淺談智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)在電氣火災(zāi)中的應(yīng)用

錢琪明

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安科瑞電氣股份有限公司?上海嘉定201801

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摘要：為了對電氣火災(zāi)事故進(jìn)行預(yù)測和預(yù)警，同時為了對電氣火災(zāi)事故的應(yīng)急救援提供支持，將智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于電氣火災(zāi)中。該系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云平臺、大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對電氣線路電流、漏電、溫度、諧波等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)控并圖形化顯示，電氣參數(shù)一旦超出閾值將會在手機(jī)端、監(jiān)控屏、電腦等終端進(jìn)行報警。智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出電氣火災(zāi)警報后，還可以通過該系統(tǒng)查看企業(yè)的基本信息、周邊環(huán)境信息、應(yīng)急信息等，提高應(yīng)急救援的速度與效率。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電氣火災(zāi)的預(yù)警，為電氣火災(zāi)事故應(yīng)急救援提供支持。

關(guān)鍵詞：電氣火災(zāi)；監(jiān)控；早期預(yù)警

近年來，我國電氣火災(zāi)事故發(fā)生頻繁，造成的損失十分嚴(yán)重。2011-2015年，我國發(fā)生火災(zāi)約140.81萬起，從火災(zāi)的起因來看，由于線路漏電、短路、超負(fù)荷、電氣故障等原因引起的火災(zāi)約為41.5萬起，在全年火災(zāi)數(shù)量中的占比約為30%，且逐年增加。究其原因，電氣線路設(shè)計、安裝不規(guī)范、使用和維保不及時是導(dǎo)致事故的重要原因。同時，在電氣火災(zāi)的應(yīng)急救援中也存在著火災(zāi)發(fā)生位置較為隱蔽、火災(zāi)發(fā)展迅速、應(yīng)急救援難度大的問題。對于電氣事故的預(yù)防監(jiān)控，國內(nèi)有不少學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)的分析和研究，對線路電氣參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，通過移動網(wǎng)絡(luò)實(shí)時將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，自動對超出范圍的異常情況進(jìn)行預(yù)警，起到預(yù)防事故的作用。筆者構(gòu)建的智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)能夠利用物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云平臺、大數(shù)據(jù)技術(shù)對電氣線路電流、剩余電流、溫度、諧波等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)的預(yù)警，為電氣火災(zāi)的應(yīng)急救援提供支持。

1智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)研究

電氣火災(zāi)事故原因分析

電氣火災(zāi)是指用電設(shè)備、電氣線路、接地電弧、雷擊、靜電等電的熱效應(yīng)導(dǎo)致電器設(shè)備內(nèi)部、電氣線路、周邊可燃物起火引發(fā)的火災(zāi)。引起電氣火災(zāi)的原因多種多樣，通過對電氣火災(zāi)事故案例進(jìn)行分析可知，引起電氣火災(zāi)的原因如圖如下。

（1）電氣線路導(dǎo)體發(fā)生短路。線路導(dǎo)體之間發(fā)生直接接觸，短路產(chǎn)生的電流很大，若線路中的保護(hù)裝置發(fā)生故障，未及時動作切斷電源，將會導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。

（2）電氣線路電弧連接短路。線路故障電弧或工作電弧由于電氣阻抗存在，短路電流不大，不能及時啟動線路保護(hù)裝置切斷電源，使得電弧引發(fā)的高溫一直烘烤線路的外護(hù)層或附近可燃物而引起火災(zāi)。

（3）線路負(fù)荷過載。線路過載火災(zāi)是指通過電氣線路的電流超過其安全載流量,導(dǎo)致線路產(chǎn)生高溫，引起本體或周圍可燃物燃燒造成的火災(zāi)。過載不僅能夠直接引起火災(zāi),而且還會引起線路短路、接觸不良、漏電等多種電氣線路故障，間接地引起火災(zāi)。

（4）線路連接接觸不良。當(dāng)線路連接接觸不良時,會造成接觸電阻過大,接觸處在電流的作用下會產(chǎn)生高溫,而接觸電阻會隨溫度升高逐漸增大,溫度循環(huán)上升，最終達(dá)到電氣線路或周圍可燃物質(zhì)的燃點(diǎn)，引發(fā)火災(zāi)。

（5）漏電電流。漏電火災(zāi)是在電氣系統(tǒng)發(fā)生漏電故障的情況下，漏電電流從漏電點(diǎn)到接地點(diǎn)流入大地途中，在電阻較高的部位發(fā)生熱作用引燃周圍可燃物而造成的火災(zāi)。隨著線路、設(shè)備的使用，不同的物理或化學(xué)因素都會引起絕緣層的老化導(dǎo)致線路絕緣性能降低，致使電流由內(nèi)向外泄漏到建筑物、附屬設(shè)施或工作物等接地物體上，從而產(chǎn)生高溫、漏電電弧或電火花引起線路或者周圍易可燃物燃燒造成火災(zāi)。

（6）諧波電流。諧波是指在穩(wěn)態(tài)情況下，周期性的非正弦電氣量中頻率為基波整數(shù)倍的電氣分量。當(dāng)前變頻設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流對供電系統(tǒng)、負(fù)載及其他鄰近電氣設(shè)備、線路產(chǎn)生干擾，可以導(dǎo)致電源電壓的波形失真、能量損耗增加，過載發(fā)熱起火。

電氣火災(zāi)應(yīng)急救援中存在的問題

（1）電氣火災(zāi)發(fā)生位置比較隱蔽，不容易被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)火災(zāi)時通常已進(jìn)入燃燒階段，甚至火勢已經(jīng)開始擴(kuò)散。此時的應(yīng)急救援行動不僅難度增大，還會擴(kuò)大事故的損失與危害。

（2）應(yīng)急救援中存在有對企業(yè)情況不了解的現(xiàn)象，包括企業(yè)廠房結(jié)構(gòu)信息、儲存物料的信息等。這些現(xiàn)象不利于應(yīng)急救援行動，甚至危及救援人員的生命與健康。

（3）很多企業(yè)的管理人員對應(yīng)急救援的認(rèn)識不足，缺乏對于電氣設(shè)備狀態(tài)的有效監(jiān)控，導(dǎo)致不能及時發(fā)現(xiàn)事故隱患而造成嚴(yán)重后果。

智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)分析

電氣參數(shù)中電流、漏電、溫度、諧波情況有異常，將可能引發(fā)電氣火災(zāi)。利用電氣參數(shù)監(jiān)測設(shè)備及互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云平臺等技術(shù)，構(gòu)建智慧用電安全物聯(lián)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時線路電氣安全監(jiān)控對火災(zāi)的預(yù)防有著積極意義。

智慧用電終端

智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)終端利用現(xiàn)有電氣參數(shù)監(jiān)測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對電氣線路三相電流值、剩余電流值和溫度的監(jiān)測。能夠?qū)崿F(xiàn)對電氣線路狀態(tài)的監(jiān)測，實(shí)時傳輸電氣線路狀態(tài)參數(shù)，電氣參數(shù)出現(xiàn)異常及時發(fā)出警報。

智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)硬件由以下部分組成：

（1）電流互感器，用于采集三相電流的電流值。

（2）剩余電流互感器，用于采集剩余電流值。

（3）溫度傳感器，用于采集電氣線路和環(huán)境的溫度。

（4）AD轉(zhuǎn)換器，將采集到的模擬電流量轉(zhuǎn)化為數(shù)字電流量并輸出至CPU。

（5）CPU是智慧用電終端的核心，用于控制檢測裝置對三相電流、泄漏電流等數(shù)據(jù)的采樣，數(shù)據(jù)處理，報警輸出，與云服務(wù)器通信，液晶監(jiān)控屏顯示等，并實(shí)現(xiàn)了安裝方式的可移動化。

云服務(wù)平臺

利用移動網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建云服務(wù)器平臺。針對監(jiān)控系統(tǒng)采集到的電氣參數(shù)通過監(jiān)控設(shè)備主機(jī)進(jìn)行信號的轉(zhuǎn)換和邏輯換算，可將各參數(shù)通過移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上傳到云服務(wù)器上，建立電氣監(jiān)控云服務(wù)平臺。云服務(wù)平臺能夠?qū)⒎从畴姎鉅顟B(tài)的實(shí)時數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控顯示屏與手機(jī)端?？梢酝ㄟ^觀看生產(chǎn)現(xiàn)場的監(jiān)控顯示屏，查看企業(yè)電氣線路的運(yùn)行狀態(tài)，還可以通過手機(jī)端遠(yuǎn)程查看企業(yè)電氣線路的狀態(tài)，做到對企業(yè)電氣狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控，隨時掌握企業(yè)的電氣安全情況。

大數(shù)據(jù)分析

結(jié)合線路使用情況，通過大數(shù)據(jù)分析，自動識別電氣安全隱患，構(gòu)建隱患識別系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)企業(yè)電氣線路、設(shè)備負(fù)載明細(xì)確定線路最大電流、線路允許的溫度，以此為依據(jù)設(shè)置相關(guān)的報警值，當(dāng)電氣參數(shù)超過閾值時立即報警。系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)分析智能識別電氣線路諧波含有率情況，當(dāng)出現(xiàn)異常時進(jìn)行自動報警。系統(tǒng)還能夠通過分析企業(yè)的報警歷史記錄以及企業(yè)每天的電氣運(yùn)行情況，找到企業(yè)電氣系統(tǒng)中存在的問題包括負(fù)載過大、電氣線路老化嚴(yán)重、接地故障等。

電氣事故預(yù)警系統(tǒng)

將智慧用電終端實(shí)時采集的電氣參數(shù)與預(yù)設(shè)的報警值比較，一旦發(fā)現(xiàn)企業(yè)的電氣參數(shù)超過閾值，立即發(fā)出警報。事故報警分3個層次：一是現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備報警；二是監(jiān)控顯示屏報警；三是手機(jī)短信報警。

（1）現(xiàn)場報警?，F(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備報警，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常參數(shù)時，安裝在現(xiàn)場的智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)終端自帶的聲光報警器立即發(fā)出聲響且警示燈亮起，提醒在現(xiàn)場的相關(guān)人員對現(xiàn)場情況進(jìn)行排查。

（2）監(jiān)控顯示屏報警。系統(tǒng)會將報警信號發(fā)送到監(jiān)控顯示屏上，滿足24h圖形監(jiān)控報警，同時在監(jiān)控顯示屏上能夠看到報警區(qū)域的位置、報警區(qū)域周圍的環(huán)境情況、現(xiàn)場存放物料、現(xiàn)場負(fù)責(zé)人等信息。這些信息能使人們及時了解事故現(xiàn)場的情況，及時消除隱患或指導(dǎo)應(yīng)急救援。

（3）手機(jī)短信報警。事故發(fā)生時系統(tǒng)還會發(fā)送報警短信給相關(guān)電氣安全責(zé)任人，以保證在企業(yè)現(xiàn)場無人的情況下也能及時通知人們迅速排查隱患，確保電氣系統(tǒng)安全。

2基于用電安全監(jiān)控技術(shù)的事故救援系統(tǒng)

通過智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)，企業(yè)管理人員可以實(shí)時在線遠(yuǎn)程查看生產(chǎn)現(xiàn)場電氣設(shè)備參數(shù)動態(tài)和歷史信息，一旦發(fā)生電氣火災(zāi)事故，可通過系統(tǒng)查看事先制定的救援預(yù)案，并可以顯示出事故現(xiàn)場環(huán)境信息、周邊應(yīng)急救援設(shè)施及最佳救援路徑。

（1）智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)

智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)由智慧用電終端、云服務(wù)器、監(jiān)控顯示屏與手機(jī)端組成。智慧用電終端中有電流傳感器、溫度傳感器與剩余電流傳感器，可以實(shí)時檢測電氣線路的三相電流、線路溫度、環(huán)境溫度與剩余電流，并將數(shù)據(jù)通過云服務(wù)器實(shí)時傳輸?shù)奖O(jiān)控顯示屏與手機(jī)端中，以便人們能夠隨時查看企業(yè)電氣情況。當(dāng)發(fā)生電氣事故時，傳感器感知到異常數(shù)據(jù)，智慧用電終端的聲光報警器立刻發(fā)出警報，同時云服務(wù)器在監(jiān)控顯示屏上發(fā)出警報，并通過手機(jī)端對人員發(fā)出警報。

（2）企業(yè)基本信息庫

企業(yè)安全生產(chǎn)信息庫中收集企業(yè)的靜態(tài)安全生產(chǎn)信息與動態(tài)安全生產(chǎn)信息。企業(yè)靜態(tài)安全生產(chǎn)信息包括企業(yè)基本信息、人員信息、安全評估、管理體系等信息；企業(yè)動態(tài)安全生產(chǎn)信息包括企業(yè)電氣安全情況信息、企業(yè)重大危險源信息、企業(yè)周邊環(huán)境信息等。企業(yè)安全生產(chǎn)信息庫的建立不僅有利于企業(yè)的安全管理，提高企業(yè)安全管理水平，還有助于在事故的應(yīng)急救援時幫助救援人員了解企業(yè)信息，根據(jù)企業(yè)信息制定合理高效的救援方案，避免救援人員受到不必要的傷害，保障應(yīng)急救援的順利進(jìn)行。

(3)事故應(yīng)急救援系統(tǒng)

應(yīng)急救援系統(tǒng)由智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)對電氣火災(zāi)事故發(fā)出的警報開始，通過查看企業(yè)基本信息、重大危險源信息、企業(yè)周邊環(huán)境信息、企業(yè)應(yīng)急救援力量信息以及應(yīng)急預(yù)案，確定救援方式、救援路徑、救援方案等。

(4)事故響應(yīng)

智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)能夠在事故發(fā)生的初期發(fā)出警報，即使企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場沒有人員值班，也會發(fā)短信通知電氣管理人員。在事故發(fā)生初期即發(fā)出警報，盡快開展應(yīng)急救援行動，可阻止事故的擴(kuò)大。

(5)應(yīng)急支撐

在應(yīng)急救援之前可以通過智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)查看企業(yè)基本信息、重大危險源周邊環(huán)境、企業(yè)存儲物料信息、企業(yè)電氣情況信息、應(yīng)急救護(hù)力量等信息，確定救援方案，并對事故后果進(jìn)行模擬分析，預(yù)測事故危害范圍，確定疏散范圍和疏散路線。在應(yīng)急救援的過程中，智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)為事故的應(yīng)急救援提供輔助決策支持，幫助事故應(yīng)急救援安全有效地進(jìn)行，能夠極大地降低事故的損失。

3安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

3.1概述

Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數(shù)字化獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，已通過國家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的消防電子產(chǎn)品試驗認(rèn)證，并且均通過嚴(yán)格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產(chǎn)品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運(yùn)行，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)并在全國得到廣泛地應(yīng)用。該系統(tǒng)通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)對電氣火災(zāi)的早期預(yù)防和報警，當(dāng)必要時還能聯(lián)動切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標(biāo)的配電回路;并根據(jù)用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺或火災(zāi)自動報警系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享。

3.2應(yīng)用場合

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國家重點(diǎn)消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4系統(tǒng)功能

監(jiān)控設(shè)備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發(fā)出聲、光報警信號，同時設(shè)備上紅色“報警”指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間，聲光報警一直保持，直至按設(shè)備的“復(fù)位”按鈕或觸摸屏的“復(fù)位”按鍵遠(yuǎn)程對探測器實(shí)現(xiàn)復(fù)位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲”按鍵手動消除。

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當(dāng)被監(jiān)測回路報警時，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護(hù)電路或其他設(shè)備，當(dāng)報警消除后，控制輸出繼電器釋放。

通訊故障報警：當(dāng)監(jiān)控設(shè)備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障或探測器本身發(fā)生故障時，監(jiān)控畫面中相應(yīng)的探測器顯示故障提示，同時設(shè)備上的黃色“故障”指示燈亮，并發(fā)出故障報警聲音。電源故障報警：當(dāng)主電源或備用電源發(fā)生故障時，監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息，可進(jìn)入相應(yīng)的界面查看詳細(xì)信息并可解除報警聲響。

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當(dāng)發(fā)生剩余電流、超溫報警或通訊、電源故障時，將報警部位、故障信息、報警時間等信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法。

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3.5配置方案

應(yīng)用場合

型號

產(chǎn)品照片

功能

消防控制室

Acrel-6000/B

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適用于1~4條通信總線最多可連接256個探測器，可適用于壁掛安裝的場所。

Acrel-6000/Q

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適用于大型組網(wǎng)，壁掛式監(jiān)控主機(jī)數(shù)量較多且需集中查看的場所，主要監(jiān)測壁掛主機(jī)信息。

一、二級

低壓配電

ARCM200L-Z 2

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三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvar h、Hz、cos中) ，?視在電能、四象限電能計量，?單回路剩余電流監(jiān)測，4路溫度監(jiān)測，2路繼電器輸出，4路開關(guān)量輸入，事件記錄，內(nèi)置時鐘，點(diǎn)陣式LCD顯示，?2路獨(dú)立RS 485/Modbus通訊

ARCM200L-J 8

8路剩余電流監(jiān)測，?2路繼電器輸出，?4路開關(guān)量輸入，?事件記錄，?內(nèi)置時鐘，?點(diǎn)陣式LCD顯示，?1路RS 485/Modbus通訊

ARCM 300-J 1

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1路剩余電流監(jiān)測，?4路溫度監(jiān)測，?1路繼電器輸出，?事件記錄，?LCD顯示，?1路RS 485/Modbus通訊

AAFD-□

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檢測末端線路的故障電弧，485通訊，導(dǎo)軌式安裝。

ASCP 200-□

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短路限流保護(hù)、過載保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測，1路RS 485通訊，?1路GPRS或NB無線通訊，?額定電流為0-40A可設(shè)。

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短路限流保護(hù)、過載保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測，1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊，額定電流為0-63A可設(shè)。

配套附件

AKH-0.66

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測量型互感器，采集交流電流信號

AKH-0.66/L

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剩余電流互感器，采集剩余電流信號

ARCM-NTC

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溫度傳感器，采集線纜或配電箱體溫度

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4結(jié)論

（1）電氣火災(zāi)的發(fā)生具有一定的隱蔽性，不容易被發(fā)現(xiàn)，一旦發(fā)生就容易造成極大的危害。

（2）智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)通過終端實(shí)時監(jiān)控企業(yè)電氣線路的參數(shù)，通過監(jiān)控顯示屏、手機(jī)、電腦圖形化顯示，電氣參數(shù)異常超過所設(shè)定的閾值時，現(xiàn)場終端、監(jiān)控顯示屏、手機(jī)發(fā)出警報，實(shí)現(xiàn)了對電氣火災(zāi)事故的預(yù)警與報警。

（3）智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)能夠在電氣火災(zāi)發(fā)生的早期進(jìn)行預(yù)警，為事故的應(yīng)急救援爭取寶貴的時間，通過查看企業(yè)基本信息、周圍環(huán)境信息與電氣報警歷史記錄可以判斷火災(zāi)類型，制定救援方案，選擇合適的救援路線，最大程度地降低事故造成的損失。

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