智慧安全用电管理平台

庞宏源

(山西省信息产业技术研究院有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

目前我国电气安全现状不容乐观，根据公安部消防局的火灾统计，2006年至2015年十年间，我国每年由于电气故障引发的火灾起数占总火灾起数的比例在30%左右，占重特大火灾起数的比例基本在40%～50%之间。电气火灾高发的主要原因是：老旧的线路无法满足负荷要求，超负荷运行使得绝缘加速老化，产生漏电；劣质电气产品的使用引起了火灾率的上升；供配电系统不完善导致电气火灾事故[1]；不符合国家技术标准规定的施工、私拉乱扯引起的安全隐患等。易发生电气火灾事故的场所包括：大型商场、超市、医院、学校、养老院、酒店、宾馆、公共娱乐场所、车站、机场、历史和文教建筑、劳动密集型工厂、居民小区、城中村、危化企业、易燃易爆仓库、木材加工厂等。

2017年国务院安委会决定在全国范围内组织开展为期三年的电气火灾综合治理工作。从 2017年5月开始至2020年4月分四个阶段进行电气火灾综合治理，各省市级相关部门陆续出台了电气火灾综合治理工作方案。2017年8月浙江省安全生产监督管理局和浙江省公安消防总队联合推出浙江省推广应用智慧用电技术的指导意见，就是根据国务院安委会关于开展电气火灾综合治理工作的部署，切实发挥智慧用电技术在防范安全生产事故和火灾事故中的作用，改善浙江省用电安全环境，有效减少因电气原因导致的各类安全事故。2018年四川省安全办公室在关于推进应用智慧用电技术遏制电气火灾等涉电安全事故的实施意见中，结合全省正在开展的为期3年的电气火灾综合治理工作，指出要切实发挥智慧用电技术在防范火灾事故、减少涉电事故、遏制重特大生产安全事故中的作用，改善用电安全监管服务。2017年公安部消防局在关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见中要求接入电气火灾监控系统或装置，实时监测漏电电流、线缆温度等情况；同时研发手机APP系统，动态监控、立体呈现联网单位消防安全状态，全面提升社会单位消防安全管理水平和消防监督执法效能。

1 传统安全用电管理系统的弊端

传统的安全用电管理系统存在以下问题：采用单一的监控形式，各单位系统各自孤立，数据不共享，信息不互通；电气安全管理仍以发生故障后的处置为主，缺乏主动防范意识；依靠经验判断、人工管理方式，难以有效预防电气安全事故的发生。因此，智慧安全用电管理平台系统的应用就显得尤为重要，以最少的投入建设最优的企业智慧安全用电管理系统。

2 智慧安全用电管理平台业务模式

智慧安全用电管理平台主要有以下两种业务模式：

(1) 数据云托管。平台方提供、协助用户完成智能终端设备(智能监测仪表、电气火灾探测器、剩余电流互感器、温度传感器、通信组网设备)的现场安装和调试，用户将数据上传至平台方的云平台，由平台方负责云平台数据的管理和维护。用户按设备接入点数向平台方支付管理服务费。

(2) 自建云平台。用户自行搭建私有云或者租用云平台(阿里云、百度云)，并购买云平台管理软件，将现场各种智能终端设备数据上送至云平台，由用户自行负责云平台的维护和管理。

3 智慧安全用电管理平台系统结构和功能

3.1 智慧安全用电管理平台系统结构

智慧安全用电管理平台系统结构如图1所示，它主要由剩余电流互感器、温度传感器、故障电弧探测器、组合式电气火灾监控探测器等组成。

(1) 剩余电流互感器是用于对漏电电流(即剩余电流)的检测，它是一种特殊的变压器，由线圈和铁芯组成，其工作原理是基于基尔霍夫电流定律：流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零。在线路与电气设备正常的情况下，各相电流的矢量和等于零，剩余电流互感器的二次侧绕组无信号输出；当发生接地故障时，各相电流的矢量和不为零，故障电流使剩余电流互感器的环形铁芯中产生磁通，二次侧绕组就会发出信号，当电气火灾监控探测器接收到信号后就会发出报警。

(2) 温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器，按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

(3) 故障电弧探测器是指用于防范由电气线路中的电弧故障所引发火灾的设备,是一种通过识别电弧特性探测电弧故障,以提供电弧故障报警的装置。

(4) 组合式电气火灾监控探测器采用内置的高性能单片机，通过外接剩余电流互感器和温度传感器采集被测线路上的剩余电流和温度，并进行智能分析处理。当被测线路温度或剩余电流达到报警阈值后探测器发出报警信号，从而实现实时监控、早期报警。

图1 智慧安全用电管理平台系统结构示意图

作为智慧安全用电管理平台系统的主要组成部分，电气火灾监控探测器的主要功能如下：①智能报警，支持报警阈值随动算法，有效解决因阈值设置不当和灵敏度不一导致的剩余电流误报和漏报的问题，同时采用固有剩余电流补偿技术，避免电气设备和线路中正常剩余电流过大所引起的误报警；②灵活选择全波真有效值或滤波算法，测量不同类型负载的真实剩余电流，掉电后装置仍持续运行一段时间并立即上传数据，保证数据完整不丢失；③当剩余电流、温度探头连接异常时，发出故障报警，并可进行接线诊断、主动监测，确保装置工作状态正常；④标准导轨式安装，安装简单方便，采用开口式CT，便于改造项目中免停电施工；⑤具有通信及网关功能，报警信息通过GPRS接口上传，并采用IoT-350主动上送协议，提高了响应速度，节省了流量，同时支持各类云平台协议定制，可作为通信网关，把故障电弧探测器等接入平台。

3.2 智慧安全用电管理平台系统的组网优势

系统支持多种无线通信组网方式(如NB-loT、GPRS无线)，组网建设成本低，适合建设和部署，适用于远距离传输；信号穿墙能力强，避免障碍物影响通信效果；系统数据采集全面，监控范围广，能够解决系统之间相互孤立的问题。通过对互联网、物联网、运营商通道结合，降低了建设成本，无需独立主机和人员值守，安装调试简单。一旦发生故障，可快速定位位置、回路，可以以多种方式提醒运行人员检修。用户不受时间、地点、环境限制，可通过手机、短信实时接收系统的报警信息，实时高效。

3.3 智慧安全用电管理平台系统主要功能

(1) 实时监控画面展示。集中展现系统的实时运行工况，多角度多效果地显示实时监控信息并进行数据采集与分析；可对任意时间段进行多次采集、分析、统计；对历史数据(如剩余电流、温度)进行统计对比(同比、环比)，分析异常回路的报警原因；精准定位报警位置和远程管控；通过本地工作站，全面了解各单位用电状态， 一旦提示异常，可快速定位位置、回路，及时进行处理。

(2) 事件统计分析。对历史事件进行统计分析，按照管理区域、管理单位、设备类型、报警类型、处理状态等进行分类统计，并通过饼图、棒图、表格等方式展示分析结果；进行设备基础信息录入和现场资料录入，便于平台或APP快速查询与管理现场及设备信息，帮助现场建立设备检修维护计划。

(3) 安全评估报告及权限管理。基于海量数据存储，结合大数据分析技术应用，定期向客户提供专业的电气安全评估报告；自定义现场账户，建立安全权限分配管理功能，通过对不同的账户分配不同的管理和查看权限，确保平台数据的安全。

(4) 多种消息推送方式。根据现场的配置，将满足触发条件的各类报警事件以短信息或者邮件形式发送到指定现场手机或者邮箱； 支持短信分级报警，当异常状态超时未处理，发送提醒短信至上级领导，实现对现场检修人员工作效率和状况的监督。

(5) 地图监测。基于地图的项目位置标注，分色块展示运行状况；地图监测界面有信息总览、事件窗口展示，使用户一览无遗； 地图界面还具有快速定位和紧急情况联系方式。

(6) 报警与远程消音。精准定位现场终端设备故障，第一时间推送到手机 APP；用户可快速查询每一天的历史事件及设备信息，并可通过APP远程消音与复位。

(7) 实时监控。随时展示现场终端设备的实时运行数据和通信状态。

(8) 趋势曲线分析。分析历史运行数据趋势曲线，深入判断和分析故障 发生的原因，及时排查电气安全隐患；支持按日和按月查询；并具有统计周报功能。

(9) 事件统计分析及信息管理。对各管理节点进行事件排名统计和分类事件占比分析，定位和确定重点管理区域和主要的事件类型；用户通过APP可查看各项目管理节点的紧急联系人员电话，方便第一时间与现场人员保持联系。

4 结语

智慧安全用电管理平台采用集中监控+APP+Web+线下巡检多维度监管的模式，所有电气数据通过物联网传送到云平台进行集中存储和分析[2]，实现了电气设备的集中监控和管理；采用多级故障预警+多方式报警，能够建立有效的故障预警和报警机制，及早发现电气安全隐患，提前对电气安全大数据进行分析，对电气线路进行维护和管理，对用电安全进行诊断评估，杜绝事故发生[3]；基于新技术、新产品的应用，对电气线路实现全天候的监测和管理，杜绝电气线路和设备带病运行。