簡婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

摘  要：中小學校是培養(yǎng)未來人才的重要場所，但中小學校存在人流密集、學生安全意識不到位、用電設(shè)備多、宿舍惡性負載管理難等問題，使得近些年用電安全和電氣火災(zāi)事故頻發(fā)。通過物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)，建設(shè)統(tǒng)一的中小學校安全用電監(jiān)管云平臺，可配合各類物聯(lián)網(wǎng)傳感器，對中小學校的用電安全進行不間斷的監(jiān)視，對電氣火災(zāi)隱患及危害提前預(yù)警，預(yù)警信息實時推送，管理人員可通過網(wǎng)站、App、小程序等方式訪問，實現(xiàn)了學校用電安全監(jiān)控的無人值守，大大方便了教育部門對于轄區(qū)學校的用電安全管理。主要分析了中小學校安全用電監(jiān)管云平臺的設(shè)計及相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)硬件。

關(guān)鍵詞：安全用電；中小學校；智慧用電；惡性負載識別

      隨著各地中小學校建設(shè)的智能化程度不斷提高，各種用電設(shè)備都處于學生的可接觸范圍內(nèi)，由于學生的安全意識普遍較薄弱，加之校園內(nèi)人員密集，用電安全隱患日益顯露。目前，中小學校面臨的用電安全隱患包括如下幾方面。

      一是宿舍、辦公室、實驗室等區(qū)域存在惡性負載、大功率電器使用、年久失修等各種情況，導致漏電風險較大，絕緣皮老化現(xiàn)象嚴重，甚至存在線頭裸露情況。

      二是實驗室、教室等區(qū)域預(yù)留插座不足，導致經(jīng)常出現(xiàn)增加新設(shè)備后私拉亂接電線的情況。

      三是宿舍區(qū)電源插座較多，違章私拉亂接現(xiàn)象比較嚴重。

      四是變壓器過負荷運行，存在電氣線路老化破損現(xiàn)象和異常發(fā)熱現(xiàn)象。

      五是電瓶車違規(guī)充電，易導致插座接觸不良，引發(fā)短路起火。

      六是學校倉庫、食堂廚房、實驗室等電器管理不善，容易引起火災(zāi)。

      七是可燃性氣體累積、使用明火、吸煙等都會增加火災(zāi)隱患。

      2017年，教育部辦公廳頒布了《關(guān)于開展教育系統(tǒng)電氣火災(zāi)綜合治理自查檢查的通知》。針對以上種種安全隱患，結(jié)      合教育部的指導政策，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，建設(shè)中小學校安全用電監(jiān)管云平臺（簡稱云平臺），有效解決了學校電氣線纜老化，有些學校沒有專業(yè)電工、無法通過肉眼排查細微的電氣隱患，部分隱蔽工程年久失修造成隱患積累等難題。將發(fā)現(xiàn)的安全隱患和報警信息通過云平臺實時向管理人員發(fā)送預(yù)警信息，通過信息化手段指導中小學校開展電氣火災(zāi)治理，發(fā)生緊急情況時時間進行處理，是“科技興安"的重要組成部分。

      將分布廣泛的各學校場景的物聯(lián)網(wǎng)硬件通過網(wǎng)絡(luò)進行不間斷的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，通過大數(shù)據(jù)開展隱患分析和預(yù)警分析，建設(shè)云平臺，能將一個區(qū)域內(nèi)的多種學習活動納入同一個平臺進行管控(見圖1)。

圖1    云平臺界面展示

一、云平臺的系統(tǒng)架構(gòu)

云平臺采用分層結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，包含物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備層、云服務(wù)層和應(yīng)用服務(wù)層，詳細拓撲結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2    云平臺的結(jié)構(gòu)

      云平臺通過4G/光纖/NB-IoT網(wǎng)絡(luò)接入電氣火災(zāi)探測器、故障電弧探測器、電氣防火限流式保護器、惡性負載管控表以及帶NB通信功能的煙感探測器、可燃氣體探測器等設(shè)備，實現(xiàn)電氣安全監(jiān)測信息，并通過云平臺的搭建，實現(xiàn)App、短信、微信公眾號等的信息推送，或者以語音呼叫方式實時報警。

      可以在教學樓、辦公樓、圖書館、宿舍樓、食堂等建筑樓層的配電井、配電箱進出線回路中設(shè)置電氣火災(zāi)探測器，在食堂、實驗樓等位置設(shè)置煙感探測器和可燃氣體探測器，在教室照明插座回路、學生宿舍和教職工宿舍等處設(shè)置故障電弧探測器和惡性負載管控表。

1.電氣火災(zāi)探測器能實現(xiàn)的功能

      實時監(jiān)測：電流、電壓、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、視在功率。

      漏電電流監(jiān)測：1路漏電電流。

      溫度監(jiān)測：4路溫度監(jiān)測。

      電氣火災(zāi)預(yù)警：針對電流過載、電壓欠壓、電壓過壓、漏電電流過大、導線溫度過高等現(xiàn)象。

2.故障電弧探測器能實現(xiàn)的功能

      故障電弧報警。

3.惡性負載管控表的功能

      特點：具有一進三出、一進四出、一進五出等接線方式。

      計量：可對進線、分支出線電能計量，計費管理。

      管理功能：惡性負載識別、定時開關(guān)控制、分路控制、功率控制。

      惡性負載管控表可安裝在宿舍樓的各個房間末端，能夠有效識別學生在宿舍內(nèi)使用大功率電器、發(fā)熱類電器和其他違規(guī)電器等惡性負載，進行實時報警，預(yù)防學生宿舍電器使用不當造成的電氣火災(zāi)事故。

4.電氣防火限流式保護器能實現(xiàn)的功能

      短路保護：短路時可實現(xiàn)快速限流保護，保障人身安全，發(fā)生事故前可實現(xiàn)“微秒級"防護。

      監(jiān)測預(yù)警：針對電流過載、電壓過壓和欠壓、導線溫度過高、漏電電流過大等現(xiàn)象。

      與漏電保護開關(guān)或故障電弧探測器相比，電氣防火限流式保護器能夠在發(fā)生觸電等安全事故前就進行防護，有效防止事故的發(fā)生。

      對此，GB  51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計標準》、上海市工程建設(shè)規(guī)范DGJ  08—2048—2016《民用建筑電氣防火設(shè)計規(guī)程》、江蘇省地方標準DB32/T  3698—2019《建筑電氣防火設(shè)計標準》和DB 32/T  3904—2020《電動自行車停放充電場所消防技術(shù)規(guī)范》中，都明文規(guī)定了電氣防火限流式保護器的安裝配備要求。

二、云平臺的系統(tǒng)功能設(shè)計

1.設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)

      數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與設(shè)備通信：數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與監(jiān)控設(shè)備使用485連接通信，網(wǎng)關(guān)實時數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測參數(shù)報警。

      物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與云端通信：設(shè)備或數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與云服務(wù)器使用TCP協(xié)議加密通信。

2.云端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

      信息推送服務(wù)：產(chǎn)生報警提醒，進行App、短信、郵件等推送。

      數(shù)據(jù)存儲解析：接收設(shè)備上傳的實時數(shù)據(jù)，解析存儲，數(shù)據(jù)存儲模塊使用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和文件數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的模式。

      控制命令下發(fā)：將控制命令下發(fā)給監(jiān)控設(shè)備，由監(jiān)控設(shè)備對設(shè)備本身或者斷路器進行控制，如分合閘或參數(shù)修改等。

3.WEB應(yīng)用服務(wù)

      實時數(shù)據(jù)監(jiān)控：系統(tǒng)對漏電電流過大、溫度過高、電流過載、電壓過壓和欠壓、故障電弧監(jiān)測、短路等電氣故障進行實時監(jiān)控，發(fā)生故障時實時報警。建議接入電氣火災(zāi)探測器、故障電弧探測器、電氣防火限流式保護器、NB煙感探測器、NB可燃氣體探測器等，使系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程遙控各種探測器。

      數(shù)據(jù)和隱患分析：為用戶提供參考價值，杜絕隱患，系統(tǒng)提供歷史曲線和報警信息查看功能。

      遙控功能：對監(jiān)控回路的分合閘、遠程復位進行遙控操作，能夠設(shè)置報警漏電電流、報警溫度、報警電壓、開關(guān)量輸入輸出等參數(shù)。

      報警提醒：報警啟動時，可實時對管理人員進行短信、郵件、App推送，語音電話等。

      權(quán)限管理：云平臺通過對用戶類型實施分級管理可實現(xiàn)更高水平的信息安全管理。擁有相應(yīng)授權(quán)的用戶可以對授權(quán)范圍內(nèi)的項目、設(shè)備、探測器等監(jiān)測數(shù)據(jù)和運行情況進行查看、修改，從而提高系統(tǒng)整體安全性。

      數(shù)據(jù)分析：針對采集的數(shù)據(jù)進行各種模型分析和報告，為客戶消除安全隱患；提供能耗分析。

      巡檢管理：可以制訂巡檢計劃，巡檢人員可使用手機NFC芯片、二維碼掃描、GPS定位等巡檢打卡，進行運維上報，形成巡檢記錄。

      用戶報告：系統(tǒng)按單個學習項目提供每個月的用戶分析報告并支持打印。

三、云平臺系統(tǒng)的意義及收益

      云平臺能夠?qū)⒅行W校的用電安全數(shù)據(jù)納入云端大系統(tǒng)進行統(tǒng)一管控，對校舍各級配電可能出現(xiàn)的漏電電流過大、溫度過高、電流過載、電壓過壓和欠壓、故障電弧監(jiān)測、短路等電氣故障進行實時監(jiān)控、報警、記錄，同時為學生宿舍的惡性負載識別和管理也提供了解決方案，能夠通過大數(shù)據(jù)分析，及早預(yù)防排查和報警處理。另一方面，云平臺還能提供大數(shù)據(jù)存儲、能源分析和隱患報告分析服務(wù)，能有效利用大數(shù)據(jù)分析中小學校用電安全的趨勢。此外，云平臺通過云端進行集中式管理和監(jiān)控，這使得教育部門和消防部門可以隨時了解區(qū)域內(nèi)各學校安全隱患的存在情況，從而對采集的信息進行統(tǒng)一的監(jiān)控和聯(lián)動。

      云平臺為教育部門和消防部門提供了一個行之有效的預(yù)警平臺建設(shè)范式，統(tǒng)一的大平臺建設(shè)，也讓每一所學校都能夠隨時隨地看到自身的安全用電情況，避免重復投資。

參考文獻

[1] 連理枝.剩余電流動作保護裝置的應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用,2000(2):27-29.

[2] 陳英武,樊可清,羅炳聰.商用中央空調(diào)的剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)[J].五邑大學學報(自然科學版),2015(3):70-74.

[3] 錢立軍,陸寒熹,尹建悅.基于智能電表的剩余電流監(jiān)測功能研究[J].電氣應(yīng)用,2015(S1):204-207.

[4] 戚星宇,嚴永輝,黃申茂,等.一種低壓配電網(wǎng)剩余電流監(jiān)測系統(tǒng):中國,204536414 U[P].2015-08-05.

[5] 周晨.剩余電流在線監(jiān)測平臺的研究[D].南京:南京師范大學,2016.

[6] 路金川,隨惠斌.配電網(wǎng)狀態(tài)估計的量測配置探討[J].山東電力技術(shù),2004(6):72-76.

[7] 陳志根.變電站無線測溫系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].中國電力,2010(Z3):77-79.

作者簡介：簡婷，女，本科，現(xiàn)就職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)。