智慧用电安全管理系统的应用

智慧用电安全管理系统的应用

马爱民

天津海晶物流有限公司   

摘要：本文简要阐述了电气事故的严峻形势和以往对于用电安全管理模式存在的弊端，分析了伴随着科技进步和现代管理需求应运而生的智慧用电安全系统组成、功能、应用优势，并列举实例阐述了该系统在企业的实际应用，对智慧安全用电系统的应用价值和社会价值进行了总结分析，以此增强读者对于智慧用电安全管理系统的了解，对于提升用电管理工作起到积极的促进作用。

关键词： 电气安全   智慧用电安全管理  物联网、运营技术、检测

随着社会的发展和科技的进步，电力在生产和生活中的应用越来越广泛，例如用电照明，用电作为动力开动机器和设备，把电能转化为热能用于熔炼、焊接、切割、干燥、加热、金属热处理等，把电能转化为化学能用于电镀、电解、电化学加工等，电同样广泛应用于医疗、通讯、计算、测量等领域。电的无处不在的应用，促进了科学技术的发展，尤其当今时代新能源技术、物联网、大数据、云计算、人工智能的飞速发展，进一步推动了科学技术的进步。但是，如果应用不当，电不但会伤人，还会带来触电、火灾爆炸等其他灾害，所以我们在用电的同时，一定要把电气安全的问题摆在首位。

1、电气事故形势及分析

1.1电气火灾的严峻形势

近年来，我国火灾我国火灾事故频发，根据地区相关部门统计数据显示，所有火灾事故中，因电气隐患引发的火灾占比大。应急管理部发布 3.7万起，造成1407人受伤、198人死亡、直接财产损失达36.75亿元。电气火灾仍居各类火灾较大比重，占全年火灾数的34.6%。其中67起重大火灾中，1/5为电气火灾。

1.2、电气火灾的主要成因及特点

电气火灾的发生是一个长期缓变的过程，当隐患累积恶化到一定程度，一旦达到临界点，瞬间爆发酿成电气火灾事故。引发电气火灾主要有以下原因： 1、人的不安全行为。在电气线路搭建以及后期的使用过程中，有例如偷工减料，使用劣质产品，私拉乱接，用电器不断增加超负荷用电等诸多不规范行为； 2、电气线路的不安全状态。由于电气线路的老化，绝缘层破损，接触不良等原因导致电气线路的过载、短路、漏电、温度异常升高；3、管理缺陷。例如管理制度不健全，职责不清，检查不到位及人员专业技术不强等。

电气火灾特点：1、隐蔽性。用电设备内部线路和输电线路采用隐蔽布线绝大多数情况下无法直观地观测，所以具有隐蔽性；2、分散性。电气火灾主要发生在输电线路以及用电设备上，事故发生点分散；3、蔓延性。电气火灾发生后，大火能沿着输电线路燃烧，蔓延速度很快；4、危害大。电气火灾多发生在用电量大、人群密集的建筑物内部，火灾发生后难扑灭，人群难以疏散，往往造成群死群伤的严重后果。

以往的电气安全管理模式特点：多采取人工巡查、定期巡检、部门抽查等方式，存在明显的缺点：1、人力物力消耗大，工作效率低，费用成本高，同时对相关人员的专业性要求比较高； 2、人工检查不到位，监测不全面不彻底； 3、不能实时进行，隐患发现不及时； 4、隐蔽的线路监测不到，存在监测的盲区等。

通过以上分析可以发现，传统的方式在应对电气火灾上存在诸多的不足，不能有效的控制电气火灾的发生，迫切的需要依靠科技的手段来控制电气事故，在这种大背景和科技进步的共同推动下，智慧安全用电系统应运而生。

2 智慧用电安全系统简介

2.1什么是“智慧用电安全系统”

智慧用电安全管理系统是应用物联网平台、大数据、云计算、无线传输技术，通过物联网传感终端，将供电侧、用电侧电气火灾隐患数据实时传送至云平台，可实现对配电柜、二级箱柜、末端的配电箱等各关键节点的剩余电流、用电量、温度等参数的实时检测，采集剩余电流、导线温度和电流的数据变化，及时掌握线路存在的用电安全隐患状态，预防并发现电气线路动态运行中出现的安全隐患，实现物联网平台将报警信息及时发送至单位监控平台和单位相关人员手机，手机APP远程断电电气隐患应急处置的功能。

2.2智慧用电安全管理系统组成

采集层：电气火灾监控终端、无线传输装置、电流互感器、温度探测器、剩余电流互感器等。

传输层：GPRS无线数据传输。

应用层：智慧安全用电管理系统web平台、手机app管理平台、短信报警系统等。

2.3智慧用电安全管理系统特点

2.3.1可有效预防火灾发生

通过智能的防火监控终端，可全面、实时的监控电气电路运行的各种指标数据。

2.3.2与移动网、互联网结合，实现无距离监控

本系统通过与移动网络、Internet网络联通，突破了传统监控设备的内联限制，实现了真正的无距离电气火灾监控管理。

2.3.3可大大节省人力成本

采用自动监控设备，无线传输，火灾的监控与报警基本不需要人工参与到电气电路的监控和预警工作中。

2.3.4可大幅度提高火灾预警实时性

监控设备可在电气线路发生异常时进行自动预警，控制进一步发展。

2.3.5可实现电气电路远程监管

通过监控设备的实时、无线数据传输，后台软件系统的支撑，监管人员可以远程及时把控电气电路运行情况。

2.3.6完善的全自动化流程

通过智能监控、无线传输、自动分析等环节实现电气火灾管控的全自动化方案。

智能安全用电管理系统集“感、传、知、用”于一体，选用智能终端作为末端认知设备，结合Internet、4G、Wifi等信息通信基础设施建设，给予当地、远程控制Web端、手机等设备的操纵、传送及管理决策，适用智慧化运用与服务。

3 智慧用电安全管理系统应用实例

下面以某生产企业对用电系统进行智慧安全用电管理系统升级改造为例，对智慧安全用电管理系统的应用进行阐述。

3.1企业用电管理现状

该用电企业采用智慧安全用电系统之前的用电管理采用传统的电力计量仪表，其中大部分靠人工抄表，存在工作量大、抄表周期长、数据不准确、不能查询历史数据、不能及时发现电气隐患、不能及时发现能源浪费和泄露等现象、不能实时报警，并且曾多次发生电气事故的案例等情况。

3.2企业智慧安全用电需求

该企业结合存在的问题和自身需求，对用电系统推行智慧安全用电管理，管理精细化，具体为：

3.2.1 建立智慧用电管理中心

通过建立用电管理中心，企业可以通过智慧微断的监测和数据上传，实时的了解到各个末端用电设备的用电情况，及时的问题和预警告警，保障和提升用电的安全性。

3.2.2 节能管理

对企业用电设备实施的节能技改的收益无法实施监测及量化展示，下达的用电指标无法有效监管，智慧用电管理考核制度难以实施。通过智慧安全用电系统实时用电数据和历史用电基准做对比分析，量化用电变化数据，提供可视化的信息图表，衡量用电或节能绩效。

3.2.3 电能监测

对企业各个用电回路设备实时在线监测电流、电压、功率、电量等运行电参数，有效保障设备的正常运行。通过智能微断，可在云平台上实现对用电的实时监测分析，若发生故障第一时间发出报警，为企业解决智慧用电管理提供方案。

3.2.4安全智能保障

通过智慧安全用电系统对建筑内各个用电回路进行实时监测、故障预警、故障报警、断电保护等电气安全保障，把事后处理转向事前防范，杜绝因安全隐患引起的事故发生。

短路、漏电、过流、过载、打火、过压、欠压等保护功能；

漏保功能自检、功率限定、电量计算；

在线检测、手机远程遥控、遥控功能限定；

真正手自一体控制；

定时开关、故障报警、安全记录。

4 智能安全用电管理系统方案设计

4.1设计架构

设计架构包含三层：传感器感知和数据采集层、云平台与大数据分析层、应用服务层。主要涵盖了设备运行参数及用电状况的数据采集、基于分布式闭环控制、云平台大数据分析、以及相关的接口/协议/标准等。

        智慧安全用电管理架构

4.2智慧安全用电图示

5智慧安全用电管理系统应用介绍

5.1全面保护、实时监测

智慧安全用电安全监管与电能管理系统采用智慧式微型断路器，监测与处理漏电、短路、过流、过载、打火、过压、欠压、雷击浪涌、过温等电气故障，并实时将报警与负载信息通过互联网提供到系统平台，便于用电管理人员第一时间、全面掌握用电异常情况，最大限度预防电气火灾，避免人员触电伤亡。

系统还允许远程操控、定时开关和漏保自检，可以在通过电脑平台或手机平台，远程打开或关闭开关设备；而且能分组控制；还可以令开关在指定时间打开或关闭；或令漏保开关在每月指定时间自动检测漏保性能。

图5-1 智慧安全用电系统架构

5.2明晰数据，让用电有据可依

通过智慧安全用电管理系统，可以分时段精确查询各用电回路的报警记录、历史电压数据、历史负载数据，为用电安全管理人员提供清晰、精确的第一手资料。同时系统可以远程查询各类用电电流、电压、漏电流、开关温度等实时用电数据，为用电安全管理提供更多的现实依据，管理人员可以通过高科技手段提升管辖区域内各用电区域的电气安全，最大限度预防电气火灾和人员触电伤亡事故。

图5-2：智慧安全用电管理系统用电安全监管与电能管理平台界面

5.3智慧安全用电管理系统功能

5.3.1分区域用电安全管理

该系统可以对企业中所有安装智慧断路器（传感器感知和数据采集层）的场所按区域进行用电安全管理及预防；还可以通过超级管理账号对每个子账号的登陆和操作记录进行查询，对管理片区内各现场用电安全管理工作做到有效及时的监督。

图5-3：分区域用电安全管理界面

5.3.2故障类型统计与分析

可以实现对管辖区域内各安装现场所有用电故障及其故障类型进行统计和分析，电力维护主管人员清晰了解某段时间内用电事故最频发事故及具体每个用电事故发生的线路，便于快速解决用电故障及针对性进行线路改造和优化。

图5-4：故障类型统计与分析界面

5.3.3实时报警断电

漏电电流管控：可以对每个区域进行24小时漏电监测，可具体分析每个区域24小时漏电流，根据区域漏电流实时监测数值可对整个区域漏电安全做出整体判断。还可以对区域每个智慧用电点位进行漏电流实时监测；对于单个线路，漏电流达到15mA漏电预警，漏电流达到22.7mA漏电保护开关跳闸并且发出漏电报警；而且可以设置使漏电保护开关每月自动进行功能检验、漏保自检信息将被实时推送到云平台，从漏电流状态到设备状态全面监管。

图5-5：漏电流管控界面

开关实时温度监控：可以对每个区域所有开关端口温度进行24小时实时监测，可具体分析整个区域24小时智能开关端口温度平均值，根据开关温度的实时监测数值可对区域内所有开关温度状态做出大致判断。对于单个开关，温度超过70℃预警，超过90℃报警并自动断电。

图5-6：开关实时温度监控

短路报警：可对当日短路报警信息按时段统计和分析。短路之后0.04s自动断电，起到保护的作用。

过欠压：可对当日过压、欠压报警信息按时段统计和分析。超过250V/430V发送预警信息，超过263V/456V发送报警信息并自动断电。

过流过载：可对当日过流、过载报警信息按时段统计和分析。超过额定电流的5%，10s自动断电；超过35%，5s自动断电；超过100%，1s自动断电。

打火报警：可对当日打火报警信息按时段统计和分析。

三相报警：可对当日三相不平衡报警信息按时段统计和分析。

图5-7：多种实时报警断电功能

窃电报警：可以对某段线路设定窃电检测，发现有私接回路用电时发出报警。

图5-8：窃电报警

5.4能耗管理

可对年度用电量、月度用电量、日用电量、小时用电量进行同比与环比趋势分析，为区域能耗管理提供可视化的趋势信息。同时本系统还可以对区域内每个点位的用电量进行查询，并具备报表打印功能。

图5-4 能耗管理

5.5远程终端控制

针对管理人员的整体管理的需求，智慧安全用电管理系统为企业提供了个人版的APP用于管理该项目区域内的的智慧微断，可以在苹果商店、安卓市场免费下载使用。企业可以获取本项目下所有报警信息，开关自由分组定时控制或遥控，项目所有设备的自动完成漏电保护功能自检、功率限定、分线路用电计量，故障实时报警、负载情况等。

6、项目实际效益

省能：精细化用电管理，深度节能措施分析；依据现场实际情况及抓取实时数据库，依据用能具体情况，进行定制化用能管理，避免用能浪费。

省人：自动化巡检，远程监控，最大程度降低工作量，合理配置人员；消减额外成本。

省事：异常设备实时报警，全面监测运行状况。

安全预防：安全用电，预防事故发生，和相关预案规划。

有据可依：实现数据化管理，为决策进行数据支持。

精细化用电管理，转变粗旷的管理方式。

有一套对用电衡量和管理的工具平台，提升信息化水平和工作效率。

可以给予用电平台做大数据分析，将原来沉睡的数据变成数据资源，挖掘数据的价值，建立用电模型，做用电预测，用电分析，节能改造，负荷预测等。

智慧管控:用户侧电气线路和设备的认知计算分析、安全防护与健康管理智能硬件，高频谐波采样+自学习+经验运算+高效执行机构+物联网技术。

电气云：用户侧电气大数据，电气安全多维数据+全电量监测计量+智慧能源服务。

结束语：

随着智能电网的发展，配用电系统正在产生出越来越多的数据，适应安全、绿色及数据化管理的大趋势，该系统的应用可顺利实现用电的安全保障和用户侧数据的采集和互动，利用大数据技术对这些数据进行处理和分析，对提高配用电系统的安全管理、节能管理及智慧运行水平有着巨大的应用价值和社会价值。

参考文献：

[1]张文亮，刘壮志，王明俊，等， 智能电网的研究进展及发展趋势[J] 电网技术，2009，33（13）：1—11

[2] 彭金华，舒少龙，林峰，等， 家庭能耗管理系统研究综述[J]   电力需求侧管理2

  011，13910;35--38

[3] 古丽萍，国外智能电网发展概述[J]    8（8）：29--32 

[4] 国家电网公司，国外智能电网发展综述[J]     物联网技术，2012，2（1）:4—8

作者简介：马爱民（1968-09-11）,男,籍贯：河北故城,学校：天津科技大学,职称：副高级工程师,学历：大学本科,主要研究方向：安全工程。

1