基于物联网技术的智能施工临时用电系统设计

聂 堃

（江西省送变电工程有限公司，江西南昌330043）

0 引言

电力施工作业现场的临时用电系统遵循三级配电、两级保护的原则配置，其中一、二级配电箱均需上锁并由专人管理，施工人员要确保超过3h无工作时须将电源切断，且每天开工前应通过手动试验确保漏电保护器可以正常工作。当配电箱存在箱体带电、温度过高、潮湿、积水等问题，现场施工人员在配电箱内接线，容易发生了意外触电，而配电箱内空开未跳开或者拒动未能及时将电源切除时，将引发人身设备安全事故。此外，对于施工人员而言，有些故障点不易发现，将埋下很大的安全隐患，例如，当保护零线、地线的接线端子连接不可靠的情况下电阻过大，虽然设备可以照常工作，但不容易发现故障点，漏电情况一旦发生，再加上故障点接头松弛或腐蚀等，极易出现高阻，在其局部产生过多热量，并且在连接端子处也会产生电弧、高温，造成周围可燃物质被引燃，烧坏电气设备，导致火灾事故的发生。如果对施工现场临时用电状态进行实时在线监控，就可以降低临时用电安全事故发生的概率。

1 物联网与作业现场临时用电安全管控

1.1 物联网概述

物联网是把所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来进行信息交换和通信，即物物相连、物物相息，以实现智能化识别和管理的技术[1]，通常包括3个层面：

1）感知层（主要利用信息传感器、射频识别等各种装置与技术，实时采集热、电、力学、位置等各种信息）；

2）网络层（利用互联网进行“物与物、物与人”的泛在连接，实现“物－网”相连）；

3）应用层（对感知层进行采集，通过网络层上传的数据，利用云计算技术进行计算分析，实现物的智能感知、识别和管理）。

1.2 作业现场临时用电安全管控与物联网应用

分析作业现场临时用电安全事故，总结事故发生的原因，其很大程度上是制度执行的基础工作不到位，此点目前主要由人为管控。但是作业管理流程多，全面监管难度和工作量较大，且各监管部门通过不同平台实施管理，缺乏统一、高效的一体化信息管理平台来实现数据的有效衔接，导致管控效率不高。

如图1所示，在安全管控的关键流程与环节，均设置物联网监控信息点，覆盖整个三级配电系统，全方位部署物联网监控网络，通过一体化平台，实现全面的实时监控，有效提高管控效率。

图1 基于物联网技术的智能施工临时用电系统构架

2 智能施工临时用电配电箱概述

为解决作业现场传统地临时用电配电箱无法实现远程防护和状态监测的问题，需要设计一种能够将配电箱内的运行参数及环境数据传输至终端并可接受远端指令的智能施工临时用电配电箱。如图2所示，该配电箱主要由箱体、数据采集装置、控制电路板等组成。

图2 智能施工临时用电配电箱示意图

2.1 箱体

配电箱的箱体上设置有LCD显示屏、紧急按钮、温湿度传感器、空气开关、蜂鸣器、指示灯等元器件，LCD显示屏通过控制电路板上的单片机与显示电路相连。

2.2 数据采集装置

采集数据主要包括交流电流、交流电压、空气开关状态、箱门状态、箱体是否带电、温湿度等。进线开关的一端与配电变压器的低压侧相连，进线开关的另一端依次通过进线电流互感器、进线电压端子、出线开关、出线电流互感器、出线电压端子与负载相连，进线电压端子和出线开关之间设置有无功补偿单元，进线电流互感器还与A/D转换器的输入端相连。

2.3 控制电路板

控制电路板主要由A/D转换电路、单片机、无线通信单元、温度调理电路、湿度调理电路等组成。A/D转换电路的输入端与数据采集装置、温度调理电路、湿度调理电路相连；A/D转换器的输出端与单片机的输入端相连；单片机的输出端通过无线通信单元与移动终端通信连接，通过二次电线与配电箱本体“紧急按钮”、蜂鸣器和指示灯相连；无线通信单元通过专用收发器与移动终端通信连接；云存储单元与专用收发器通信连接；温、湿度传感器通过温、湿度调理电路与A/D转换电路的输入端相连。

3 物联网管控平台核心技术概述

3.1 基于无线通信模块的安全用电监控系统

基于施工现场作业具有点多、面广、周期短等特点，管理部门无法全过程、全天候、零距离监管作业现场，设计一套基于无线通信模块的智能施工临时用电系统是有必要的。无线通信模块的应用使得监控不再受限于地域，让任意地点、任意时间、分布式、远程监控、集中控制成为可能，作业现场的实时数字化数据也为大数据分析和实时决策提供了有力支撑。

智能施工临时用电系统远程监控构架如图3所示。该系统基于4G和Wifi网络，通过无线通信模块传输数据，通过管理软件实现基于网络的点对点、点对多点的远程实时监控，实现智能化处理，随时随地通过网络进行远程状态监测和指令控制。

图3 智能施工临时用电系统远程监控构架

该系统由前端采集（完成作业现场临时用电配电箱数据采集及压缩转换）、传输中枢（多种形式的网络传输）和后台监控（接收、解码与呈现）三部分组成，后台监控部分不仅便于监控中心对作业现场实施监控，还可以下发远程命令实施远程操控[2]。

3.2 一体化智慧监管云平台

由于电力现场作业流程较为复杂，涉及不同角色多种权限的人员操作，因此设计一体化智慧监管云平台来满足多种用户的需求。监管云平台需要构建合理的技术构架，以实现高性能数据存储与数据处理、多样化服务，并提供丰富的人机交互接口。

1）数据存储与处理方面。云端采用HBase大数据存储分析系统，本地非云端采用关系型数据库系统，通过专用数据模型，可提供高效、统一的数据接口。

2）服务模块方面。集多种服务于一体，涵盖TCP/消息服务/API服务/云短信/微信等服务，可提供丰富多样的服务接口。

3）人机接口方面。通过Web云信息管理系统，如图4所示，运用手机APP、微信客户端、公众号、小程序等，完成信息管理维护、大数据分析、报表生成、视频监控等业务逻辑处理。

图4 手机APP显示界面示意图

4 创新点

4.1 智能控制功能

该配电箱具有“紧急断电”三重保护功能，可最大程度保障人身和设备安全[3]。

1）配电箱本体会智能判断事故严重程度来自动启动“紧急断电”功能；

2）现场监护人可通过按下箱体上的“紧急按钮”迅速手动切断电源；

3）手机专用APP第一时间推送“人身触电信息”至所有管理人员手机，并自动在主屏弹出红色“紧急按钮”，同时伴有鸣笛震动报警，接收到弹窗报警信号的人员均可通过按下该“紧急按钮”来远程切断电源。

4.2 预警监测功能

通过就地LCD屏和移动终端专用APP实时监测各项数据（包括箱体是否带电、电压、电流、空开状态、箱门状态、箱内温湿度等），远端具有越限报警功能，实现准确定位故障，及时排查安全隐患。

5 结语

为提升电力施工作业现场安全用电管控水平，解决传统管控模式对辖区作业现场存在管控盲区、无法全面覆盖、无法远程远程防护和状态监测等痛点问题，设计了一种基于物联网技术的智能施工临时用电系统，通过“传统安全+物联网安全”管控新模式，以基于无线通信模块的临时用电配电箱为支撑，实现了对辖区作业现场全方位、一体化和远程管控，保障了现场作业人员的用电安全。