淺談安全用電監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應用

時間：2021-11-15

摘要：在電力系統(tǒng)領域，用電設備的安全運行，不僅關系到電器設備本身使用壽命，較關系到運維人員的生命安全。用電設備的正確使用及運行過程中的安全可靠，一直是人們普遍關注的內容。隨著用電設備自我故障保護功能的不斷完善，人們使用設備的安全防護意識也不斷提高，各方面的規(guī)范也在完善，用電安全事故確實得到一定程度的減少，但并沒有從根本上得到遏制。本文分析了當前用電安全現(xiàn)狀，用電設備的穩(wěn)定可靠對國民經濟的重要性，明確了用電設備使用過程中的安全性要求，提出了基于多形式網絡聯(lián)接方式的用電設備安全監(jiān)控策略，實現(xiàn)了用電設備的實時在線監(jiān)測，故障報警及事故原因分析，安全隱患的事前預警，從根本上解決了設備用電安全性問題。結果表明此系統(tǒng)理論的研究與應用對電器設備的用電安全及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要意義。

關鍵詞：安全用電；監(jiān)控；聯(lián)網；預警

0 引言

隨著社會經濟的不斷發(fā)展，電力設備越來越來多，用電規(guī)模也越來越來大，設備用電事故也不斷頻發(fā)。終端設備用電安全及可靠運行，直接關系到整個電網系統(tǒng)的穩(wěn)定，以及操作人員的人身安全。為減少設備用電安全事故發(fā)生，降低事故經濟損失，人們從設備功能的完善性，操作人員使用的規(guī)范性以及規(guī)章制度的配套性等方面不斷強化，然而并沒有從本質上得到改善。本文論述的是基于多形式組網]技術，設備終端多手段采集，實現(xiàn)用電設備的在線監(jiān)控，同時采用大數(shù)據(jù)技術，對海量用電設備狀態(tài)與運行數(shù)據(jù)進行分析，實現(xiàn)對設備故障的預測及報警，并提供可靠的安全用電策略，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定及國民經濟的發(fā)展具有重要意義。

1當前普遍用電現(xiàn)狀

1.1 落后的用電管理

近年來隨著我國社會經濟的高速發(fā)展，城鄉(xiāng)建設如火如荼，電器設備不斷增多，用電負荷不斷加大，設備層級架構及邏輯控制也越來越繁雜。然而用電設備的值班維護人員的專業(yè)素養(yǎng)及技能水平并沒有相應提高，用電安全意識不強，有的用電單位甚至招聘文化水平較低的下崗工人，經過簡單培訓就直接進行上崗作業(yè)。

設備的保養(yǎng)、維護與檢修方面，無法與用電設備規(guī)模及用電負荷快速增長相匹配，目前人們對設備的管理仍普遍采用值班人員日常人工巡檢、定期計劃性維護、事故與故障后維修的模式，一方面無法滿足目前如此龐大的用電設備管理需求，設備管理時效低、管理效果差，另一方面對用電設備的故障提前預判與干預低，設備用電事故損失仍然較高，檢修與維護的**發(fā)揮不大。

1.2 用電安全意識不強

據(jù)不完全統(tǒng)計，電氣安全事故95%以上是因電氣設備運行故障及用電安全意識不強而引起的，例如線路老化、導線腐蝕、線路過載、電氣短路、散熱不佳、接觸不良、設備漏電以及不規(guī)范用電等引起電源突然斷電、電氣設備或線路燒毀、人身傷亡等用電安全事故。

對電氣設備的性能及功能不清晰，控制操作流程不熟悉，用電規(guī)范及用電安全意識薄弱，有時甚至野蠻操作，這些都是造成用電安全事故的根本的、深層次的人為原因。因此要避免或降低用電安全事故，首先要加強用電操作、值班維護人員的電氣知識培訓，熟悉規(guī)范、熟悉流程，提高用電安全意識。

2 用電安全要求

為減少或避免用電安全事故的發(fā)生，設備終端用戶及用電維護人員應不斷提高用電素養(yǎng)、操控水平及用電安全意識，同時作為用電單位也應當制定并不斷完善用電規(guī)程及管理手段，國家與地方**相關職能部門也應加大力度制定并推廣安全用電的相關法律與規(guī)章制度。從人的因素方面來杜絕用電安全事故是必要的但又是非常有限的，規(guī)則與制度再完善，運維人員再嚴謹，也難免有失誤與犯錯的時候，如何徹底地、從根本上解決安全用電的問題，還是需要借助**的技術、裝備及控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，利用當前**的自動控制技術、計算機技術、通信技術、多形式組網技術、監(jiān)控技術、大數(shù)據(jù)技術，構建完善的用電安全監(jiān)控系統(tǒng)，不僅使用電較加安全，而且使得用電較加經濟、優(yōu)化與智慧。

3 安全用電監(jiān)控系統(tǒng)

安全用電監(jiān)控系統(tǒng)是基于多種通信方式，采用大數(shù)據(jù)分析、在線監(jiān)測技術，通過現(xiàn)場監(jiān)控模塊、傳輸模塊等數(shù)據(jù)采集測控傳感終端，將用電側電氣安全數(shù)據(jù)通過完善的網絡層實時傳送至監(jiān)控應用平臺，后臺應用系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)進行分析、運算，準確作出故障預警并提出安全運行智能策略。安全用電監(jiān)控系統(tǒng)采用三層架構，即終端設備層、網絡層及監(jiān)控平臺層，如圖1所示。

3.1 終端設備層

終端設備層即底層設備層，包括配電設備、開關、電動機、變壓器、空調、照明電器等用電設備，以及電流電壓互感器、剩余電流互感器、溫濕度測控裝置、電氣火災監(jiān)控探測器、無線透傳終端等用電采集裝置，如圖2所示。

終端設備層采集裝置實時監(jiān)控用電終端設備的電流、電壓、功率、頻率及功率因數(shù)等運行電量參數(shù)，設備儲能、合閘、分閘、連接及試驗等工作狀態(tài)，以及溫度、濕度、氣體等運行環(huán)境，實時傳送到上層系統(tǒng)，同時接受上層控制指令，完成設備的用電控制操作。

3.2 通信網絡層

終端設備層采集到用電設備的運行電量參數(shù)、電能質量、工作狀態(tài)及運行環(huán)境等數(shù)據(jù)，通過布置在通信網絡層的串口服務器、無線路由器、智能網關、網絡交換機等網絡設備，上傳至系統(tǒng)監(jiān)控平臺層，或轉發(fā)至其他監(jiān)控設備。

通信網絡層組網方式靈活，根據(jù)現(xiàn)場設備布局及特點，既可以采用有線聯(lián)接方式，如ADSL連接、有線寬帶連接、光纖連接等，也可以采用無線通信[6]方式，如WLAN連接（WiFi接入）、數(shù)據(jù)網絡連接（GPRS、CDMA、WCDMA、TD-LTE）、終端物聯(lián)網連接等，為終端設備的用電數(shù)據(jù)測控提供更多方便與實用性。

3.3 監(jiān)控平臺層

監(jiān)控平臺層對采集到的設備運行狀態(tài)、電量運行參數(shù)及環(huán)境狀態(tài)參數(shù)進行存儲、分析與決策，準確獲取用電設備的運行狀態(tài)與健康狀況，并有效進行事故預警或安全隱患提示。在感知設備不安全運行情況下，監(jiān)控平臺較短時間將用電安全隱患通過本地聲光報警、手機APP、電話、手機短信等多種方式提醒用戶，及時發(fā)現(xiàn)電氣隱患，預*災發(fā)生，如圖3所示。

3.4 安全用電監(jiān)控

安全用電監(jiān)控系統(tǒng)采用以太網、物聯(lián)網等多種通信技術，實時采集并存儲電氣系統(tǒng)的運行狀態(tài)、電量運行參數(shù)及環(huán)境狀態(tài)參數(shù)，對引發(fā)電氣火災的設備過載運行、線路絕緣降低漏電等導致導線溫升與老化，電網系統(tǒng)電能質量差，諧波高、電壓突變等引起設備絕緣故障并損壞等因素，進行不間斷地數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，實時發(fā)現(xiàn)電氣線路和用電設備存在的安全隱患，經應用平臺大數(shù)據(jù)分析，準確捕獲用電設備運行狀態(tài)，并較短時間向運維人員推送報警信息，從而達到消除電氣火災隱患，防患于未然的目的。

普通的電氣監(jiān)控系統(tǒng)，功能主要集中于電氣設備在線運行過程中的電流、電壓、有功、無功、頻率、功率因數(shù)等電氣量監(jiān)測、設備的工作狀態(tài)以及正常分合閘控制。安全用電監(jiān)控

系統(tǒng)除了包含普通監(jiān)控系統(tǒng)設備運行過程的監(jiān)控功能外，還包括設備運行前的狀態(tài)檢測、運行中非安全因素預判以及故障后的分析與處理功能，從而切實保證了整個系統(tǒng)的用電安全。某人民銀行項目用電安全監(jiān)控系統(tǒng)功能如圖4所示。

設備投入運行前的線路絕緣水平、電力系統(tǒng)電能質量及設備自身耐壓狀況等預先檢測，避免設備帶故障投運。運行過程中在線實時監(jiān)測開關樁頭溫度、絕緣件局放狀況及供電質量，若出現(xiàn)開關溫度過高，絕緣水平降低，中性點電流、電壓**過設定值，單相負載過重或某相電壓閃絡、瞬降等現(xiàn)象發(fā)生，安全監(jiān)控系統(tǒng)及時斷開不安全點，**整個系統(tǒng)的正常運行。不可避免的人為操作或外界雷擊等原因造成系統(tǒng)短路跳閘，安全監(jiān)控系統(tǒng)較短時間發(fā)出報警，隔離故障區(qū)域，并作出故障維修策略。

監(jiān)控系統(tǒng)平臺對獲取的用電狀態(tài)大數(shù)據(jù)進行整理分析及深度挖掘，從之前的事故描述、隱患提示，進一步做到事故原因分析及解決措施建議，建立起一套行之有效的預警機制[9]及處理機制，提供給管理層進行維修方案制訂、設備管理流程優(yōu)化，從而實現(xiàn)安全用電的全周期管理。

4 應用案例

4.1 項目基本情況

本項目為長沙某人民銀行配電室用電安全監(jiān)控系統(tǒng)工程，配電設備由1套電源進線柜，1套母線PT柜及3套負載控制柜組成。系統(tǒng)采用單電源供電，負載包括2臺電力變壓器及1臺電動機。為確保電源正常供電及負載的穩(wěn)定可靠運行，減少停電及用電安全事故損失，特在原有設備基礎上配置安全用電監(jiān)控系統(tǒng)，如圖5所示。

4.2 功能實現(xiàn)

該安全用電監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了設備投運前安全檢測、用電運行中的安全監(jiān)控及用電故障的安全分析與策略輸出。

進線電源接入到TMY母線前，WPMC電能質量監(jiān)測裝置通過PT1電壓互感器監(jiān)測供電源質量，DQ01絕緣監(jiān)測裝置檢測線路及開關設備絕緣水平，滿足送電要求時，監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)合閘命令至HZA多模塊測控裝置，將QF1斷路器合閘，母線系統(tǒng)受電。母線電源輸出到負載前，DQ01絕緣監(jiān)測裝置需要通過LT1、LT2或LT3零序CT檢測線路及開關設備絕緣水平,滿足安全要求時，監(jiān)控系統(tǒng)通過HZA多模塊測控裝置，將對應QF2、QF2或QF3斷路器合閘，負載安全受電運行。

負載正常運行過程中，監(jiān)控系統(tǒng)通過CG2無線測溫裝置實時在線監(jiān)測各斷路器進出線樁頭的溫度，當溫度**過設定值或三相不平衡等異常情況時，HZA測控裝置分斷對應故障回路。同時系統(tǒng)也通過PT2母線PT、CT1—CT4回路電流互感器實時監(jiān)測電源質量及負載運行參數(shù)狀態(tài)，DQ01絕緣監(jiān)測裝置監(jiān)測每一回路的線路及設備的絕緣水平，系統(tǒng)不斷統(tǒng)計與分析，及時發(fā)現(xiàn)隱患，通過HZA測控裝置隔離相應故障回路。

當不可控因素引起用電安全事故發(fā)生后，監(jiān)控系統(tǒng)首先發(fā)出報警，分斷斷路器隔離對應故障點，并作出安全維修處理策略。

4.3 監(jiān)控效果

與之前的用電安全狀況對比，人民銀行通過配置安全用電監(jiān)控系統(tǒng)起到明顯的安全監(jiān)控效果，不僅降低了用電安全事故頻率，減少了安全事故損失，而且確保了設備的正?？煽窟\行。主要體現(xiàn)在：

1）之前平均每月1～2次的系統(tǒng)送電線路或設備故障，通過預先安全檢測并排除后，基本可靠投運。

2）設備運行中，過去經常出現(xiàn)因某一變壓器或電動機故障，引起線路與設備燒毀，并造成整個配電系統(tǒng)停電，通過配置安全監(jiān)控系統(tǒng)后，設備與線路的安全隱患預先發(fā)現(xiàn)并隔離，杜絕了安全事故的發(fā)生并保證了其他負載的正常運行。故障回路修復后需再次通過安全檢測才能接入母線系統(tǒng)。

3）隱患回路排查及安全事故處理，從過去的人為盲目低效進行，在安全監(jiān)控系統(tǒng)提供的策略指導下，變得較加高效、有的放矢，也降低了相關費用。

5安科瑞安全用電云平臺功能介紹及選型

5.1 安科瑞安全用電云平臺介紹

Acrelcloud-6000安全用電云管理系統(tǒng)能夠對剩余電流、設備溫度、故障電弧等電氣故障進行實時監(jiān)控、報警、記錄，并且通過云端的遠程控制。設備與云端的通訊方向不受限制，能上傳數(shù)據(jù)、透傳指令，并時間顯示實時狀態(tài)。通過對上傳至云端的數(shù)據(jù)進行分析，為用戶提供火災隱患的相關數(shù)據(jù)，能夠及早的發(fā)現(xiàn)問題并實施排查，避免火災的發(fā)生。另一方面，云平臺提供**大容量的信息儲存及穩(wěn)定的服務，提升了服務質量，對用戶的長遠發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。此外，該系統(tǒng)通過集中監(jiān)控，使得數(shù)據(jù)通過每個節(jié)點的4G網絡傳輸至云端集中式管理和監(jiān)控，主控端布置于城市消防大隊，從而能夠對采集的信息進行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理。

平臺的整體結構圖

具體功能如下：

（1）安全用電監(jiān)管服務系統(tǒng)包含安全用電管理云平臺、電腦終端顯示系統(tǒng)、手機APP、漏電探測器、漏電互感器、電流互感器等。

（2）安全用電監(jiān)管服務系統(tǒng)平臺能展示剩余電流、溫度、電流等電氣安全參數(shù)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)及變化曲線、歷史數(shù)據(jù)與變化曲線、實時報警數(shù)據(jù)等，能實時顯示現(xiàn)場服務次數(shù)、排除隱患數(shù)、未排除隱患數(shù)、報警未處理數(shù)、常規(guī)巡檢及產品維護等數(shù)據(jù)，監(jiān)管數(shù)據(jù)能保存十年以上。

（3）手機APP軟件同時具有IOS版本和安卓版本，能通過手機APP對每條報警記錄進行呼叫，便于緊急情況下能盡快通知用電單位。

（4）能對各個單位及設備的電氣安全運行情況進行自動統(tǒng)計和分析評估，并隨時展示電氣安全運行分析報告。

（5）監(jiān)控探測終端產品滿足國家法律法規(guī)和有關技術標準（GB14287.2《剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》和GB14287.3《測溫式電氣火災監(jiān)控探測器》）的要求，并通過國家消防產品質量監(jiān)測檢驗中心提供的消防3C認證。

（6）漏電探測器能同時探測剩余電流、四路溫度、三相電流等參數(shù)值，并能通過無線以移動通訊網絡接入安全用電監(jiān)管系統(tǒng)平臺。

5.2 產品選型

5.2.1 漏電火災監(jiān)控探測器

5.2.2 故障電弧探測器

安科瑞故障電弧產品型號代碼為AAFD，共有兩種電流等級，可監(jiān)測回路故障電弧的發(fā)生，并及時預警，提醒用戶處理，防止電弧導致的火災的發(fā)生。

AAFD可配合AF-GSM400使用并接入安全用電平臺，該產品不可在同一臺AF-GSM400下與ARCM混接。如圖：

5.2.3 限流式保護器

安科瑞限流式保護器型號代碼為ASCP200-1，有三種電流等級，可監(jiān)測回路短路過載等故障信息，發(fā)生故障時預警和產生滅弧效果，防止電弧導致的火災的發(fā)生。

ASCP200-1可配合AF-GSM400使用并接入安全用電平臺，也能夠通過插入SIM卡直接上傳到平臺。

以下是ASCP200-1的主要功能：

短路保護功能。保護器實時監(jiān)測用電線路電流，當線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內實現(xiàn)快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。

過載保護功能。當被保護線路的電流過載且過載持續(xù)時間**過動作時間（3…60秒可設）時，保護器啟動限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。

表內**溫保護功能。當保護器內部器件工作溫度過高時，保護器啟動**溫限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。

過、欠壓保護功能。當保護器檢測到線路電壓過壓或欠壓時，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。

配電線纜溫度監(jiān)測功能。當被監(jiān)測線纜溫度**過報警設定值時，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。

漏電流監(jiān)測功能。當被監(jiān)測的線路漏電**過報警設定值時，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。

保護器具有1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

5.2.4 剩余電流互感器

5.2.5 AF-GSM400-2G/4G無線上傳模塊

AF-GSM400-2G/4G/CE模塊是一款2G/4G有線無線模塊，該無線模塊為安全用電云平臺**模塊。

AF-GSM400接入每塊儀表所需流量為20M/月，單個模塊可以接入30塊儀表。默認上傳間隔2分鐘，如發(fā)生報警，會實時上傳數(shù)據(jù)。

5.2.6 溫度傳感器

溫度傳感器為一熱敏電阻NTC，它提供0-120°的溫度監(jiān)控基準，可以用來監(jiān)測線纜或配電箱體的溫度，提供溫度保護。

6 結論

本文從當前用電的安全現(xiàn)狀出發(fā)，闡述了當前用電安全事故頻發(fā)，以及無處不在的安全隱患。加強電器設備使用管理，提高用電安全意識，規(guī)范操作流程等常規(guī)措施手段，能在一程度上緩解用電安全狀態(tài)。為從根本上消除安全用電隱患，本文有針對性地提出了基于多種通信技術的安全用電監(jiān)控應用方案，實時全面采集用電狀態(tài)及運行信息，借助大數(shù)據(jù)分析技術，深入信息挖掘，分析用電安全事故原因，并預**電故障狀態(tài)，從根本上解決了用電安全問題。然而本文中對安全隱患的預測機制還屬于不斷學習與積累的過程，為提供較全面較可靠的分析預警策略，將是下一階段研究的方向與課題。

參考文獻

[1] 楊躍平,王驍,項斌,等.智能用電管理系統(tǒng)研究[J].電力需求側管理,2014(6):39-42.

[2] 李映雪,陸俊,徐志強,等.多技術融合的智能配用電終端通信接入架構設計[J].電力系統(tǒng)自動化,2018,42(10):163-169.

[3] 張華.電氣綜合監(jiān)控系統(tǒng)的應用[J].電氣自動化,2018,40(5):92-94,107.

[4] 陳輝,余南華,陳炯聰.探討智能用電技術的應用[J].廣東電力,2011,24(1):82-86.

[5] 周清平.安全用電監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應用

[6] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06版

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