摘要：在電力係統領域，用電設備的安全運行，不僅關係到電器設備本身使用壽命，更關係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，各方麵的規範也在完善，用電安全事故確實得到一定程度的減少，但並沒有從根本上得到遏製。本文分析了當前用電安全現狀，用電設備的穩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，提出了基於多形式網絡聯接方式的用電設備安全監控策略，實現了用電設備的實時在線監測，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。結果表明此係統理論的研究與應用對電器設備的用電安全及電力係統的穩定具有重要意義。
關鍵詞：安全用電；監控；聯網；預警
0 引言
隨著社會經濟的不斷發展，電力設備越來越來多，用電規模也越來越來大，設備用電事故也不斷頻發。終端設備用電安全及可靠運行，直接關係到整個電網係統的穩定，以及操作人員的人身安全。為減少設備用電安全事故發生，降低事故經濟損失，人們從設備功能的完善性，操作人員使用的規範性以及規章製度的配套性等方麵不斷強化，然而並沒有從本質上得到改善。本文論述的是基於多形式組網]技術，設備終端多手段采集，實現用電設備的在線監控，同時采用大數據技術，對海量用電設備狀態與運行數據進行分析，實現對設備故障的預測及報警，並提供可靠的安全用電策略，對電力係統的安全穩定及國民經濟的發展具有重要意義。
1當前普遍用電現狀
1.1 落後的用電管理
近年來隨著我國社會經濟的高速發展，城鄉建設如火如荼，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製也越來越繁雜。然而用電設備的值班維護人員的專業素養及技能水平並沒有相應提高，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。
設備的保養、維護與檢修方麵，無法與用電設備規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、事故與故障後維修的模式，一方麵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，另一方麵對用電設備的故障提前預判與幹預低，設備用電事故損失仍然較高，檢修與維護的價值發揮不大。
1.2 用電安全意識不強
據不*統計，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、設備漏電以及不規範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，控製操作流程不熟悉，用電規範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，熟悉規範、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生，設備終端用戶及用電維護人員應不斷提高用電素養、操控水平及用電安全意識，同時作為用電單位也應當製定並不斷完善用電規程及管理手段，國家與地方政府相關職能部門也應加大力度製定並推廣安全用電的相關法律與規章製度。從人的因素方麵來杜絕用電安全事故是必要的但又是非常有限的，規則與製度再完善，運維人員再嚴謹，也難免有失誤與犯錯的時候，如何*地、從根本上解決安全用電的問題，還是需要借助先進的技術、裝備及控製係統來實現，利用當前先進的自動控製技術、計算機技術、通信技術、多形式組網技術、監控技術、大數據技術，構建完善的用電安全監控係統，不僅使用電更加安全，而且使得用電更加經濟、優化與智慧。
3 安全用電監控係統
安全用電監控係統是基於多種通信方式，采用大數據分析、在線監測技術，通過現場監控模塊、傳輸模塊等數據采集測控傳感終端，將用電側電氣安全數據通過完善的網絡層實時傳送至監控應用平台，後台應用係統對采集到的數據進行分析、運算，準確作出故障預警並提出安全運行智能策略。安全用電監控係統采用三層架構，即終端設備層、網絡層及監控平台層，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、剩餘電流互感器、溫濕度測控裝置、電氣火災監控探測器、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控用電終端設備的電流、電壓、功率、頻率及功率因數等運行電量參數，設備儲能、合閘、分閘、連接及試驗等工作狀態，以及溫度、濕度、氣體等運行環境，實時傳送到上層係統，同時接受上層控製指令，完成設備的用電控製操作。
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、電能質量、工作狀態及運行環境等數據，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，上傳至係統監控平台層，或轉發至其他監控設備。
通信網絡層組網方式靈活，根據現場設備布局及特點，既可以采用有線聯接方式，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）、數據網絡連接（GPRS、CDMA、WCDMA、TD-LTE）、終端物聯網連接等，為終端設備的用電數據測控提供更多方便與實用性。
3.3 監控平台層
監控平台層對采集到的設備運行狀態、電量運行參數及環境狀態參數進行存儲、分析與決策，準確獲取用電設備的運行狀態與健康狀況，並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，監控平台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，及時發現電氣隱患，預防火災發生，如圖3所示。
3.4 安全用電監控
安全用電監控係統采用以太網、物聯網等多種通信技術，實時采集並存儲電氣係統的運行狀態、電量運行參數及環境狀態參數，對引發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，電網係統電能質量差，諧波高、電壓突變等引起設備絕緣故障並損壞等因素，進行不間斷地數據跟蹤與統計分析，實時發現電氣線路和用電設備存在的安全隱患，經應用平台大數據分析，準確捕獲用電設備運行狀態，並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，防患於未然的目的。
普通的電氣監控係統，功能主要集中於電氣設備在線運行過程中的電流、電壓、有功、無功、頻率、功率因數等電氣量監測、設備的工作狀態以及正常分合閘控製。安全用電監控係統除了包含普通監控係統設備運行過程的監控功能外，還包括設備運行前的狀態檢測、運行中非安全因素預判以及故障後的分析與處理功能，從而切實保證了整個係統的用電安全。某人民銀行項目用電安全監控係統功能如圖4所示。
設備投入運行前的線路絕緣水平、電力係統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測開關樁頭溫度、絕緣件局放狀況及供電質量，若出現開關溫度過高，絕緣水平降低，中性點電流、電壓超過設定值，單相負載過重或某相電壓閃絡、瞬降等現象發生，安全監控係統及時斷開不安全點，保障整個係統的正常運行。不可避免的人為操作或外界雷擊等原因造成係統短路跳閘，安全監控係統較短時間發出報警，隔離故障區域，並作出故障維修策略。
監控係統平台對獲取的用電狀態大數據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製[9]及處理機製，提供給管理層進行維修方案製訂、設備管理流程優化，從而實現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控係統工程，配電設備由1套電源進線櫃，1套母線PT櫃及3套負載控製櫃組成。係統采用單電源供電，負載包括2台電力變壓器及1台電動機。為確保電源正常供電及負載的穩定可靠運行，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控係統，如圖5所示。
4.2 功能實現
該安全用電監控係統實現了設備投運前安全檢測、用電運行中的安全監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電能質量監測裝置通過PT1電壓互感器監測供電源質量，DQ01絕緣監測裝置檢測線路及開關設備絕緣水平，滿足送電要求時，監控係統下發合閘命令至HZA多模塊測控裝置，將QF1斷路器合閘，母線係統受電。母線電源輸出到負載前，DQ01絕緣監測裝置需要通過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，監控係統通過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，監控係統通過CG2無線測溫裝置實時在線監測各斷路器進出線樁頭的溫度，當溫度超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。同時係統也通過PT2母線PT、CT1—CT4回路電流互感器實時監測電源質量及負載運行參數狀態，DQ01絕緣監測裝置監測每一回路的線路及設備的絕緣水平，係統不斷統計與分析，及時發現隱患，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生後，監控係統首先發出報警，分斷斷路器隔離對應故障點，並作出安全維修處理策略。
4.3 監控效果
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控係統起到明顯的安全監控效果，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常可靠運行。主要體現在：
1）之前平均每月1～2次的係統送電線路或設備故障，通過預先安全檢測並排除後，基本可靠投運。
2）設備運行中，過去經常出現因某一變壓器或電動機故障，引起線路與設備燒毀，並造成整個配電係統停電，通過配置安全監控係統後，設備與線路的安全隱患預先發現並隔離，杜絕了安全事故的發生並保證了其他負載的正常運行。故障回路修複後需再次通過安全檢測才能接入母線係統。
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，在安全監控係統提供的策略指導下，變得更加高效、有的放矢，也降低了相關費用。
5安科瑞安全用電雲平台功能介紹及選型
5.1 安科瑞安全用電雲平台介紹
Acrelcloud-6000安全用電雲管理係統能夠對剩餘電流、設備溫度、故障電弧等電氣故障進行實時監控、報警、記錄，並且通過雲端的遠程控製。設備與雲端的通訊方向不受限製，能上傳數據、透傳指令，並時間顯示實時狀態。通過對上傳至雲端的數據進行分析，為用戶提供火災隱患的相關數據，能夠及早的發現問題並實施排查，避免火災的發生。另一方麵，雲平台提供超大容量的信息儲存及穩定的服務，提升了服務質量，對用戶的長遠發展具有戰略意義。此外，該係統通過集中監控，使得數據通過每個節點的4G網絡傳輸至雲端集中式管理和監控，主控端布置於城市消防大隊，從而能夠對采集的信息進行統一的監控和管理。
平台的整體結構圖
具體功能如下：
（1）安全用電監管服務係統包含安全用電管理雲平台、電腦終端顯示係統、手機APP、漏電探測器、漏電互感器、電流互感器等。
（2）安全用電監管服務係統平台能展示剩餘電流、溫度、電流等電氣安全參數的實時監測數據及變化曲線、曆史數據與變化曲線、實時報警數據等，能實時顯示現場服務次數、排除隱患數、未排除隱患數、報警未處理數、常規巡檢及產品維護等數據，監管數據能保存十年以上。
（3）手機APP軟件同時具有ioses版本和安卓版本，能通過手機APP對每條報警記錄進行呼叫，便於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計和分析評估，並隨時展示電氣安全運行分析報告。
（5）監控探測終端產品滿足國家法律法規和有關技術標準（GB14287.2《剩餘電流式電氣火災監控探測器》和GB14287.3《測溫式電氣火災監控探測器》）的要求，並通過國家消防產品質量監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餘電流、四路溫度、三相電流等參數值，並能通過無線以移動通訊網絡接入安全用電監管係統平台。
5.2 產品選型
5.2.1 漏電火災監控探測器
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，可監測回路故障電弧的發生，並及時預警，提醒用戶處理，防止電弧導致的火災的發生。
AAFD可配合AF-GSM400使用並接入安全用電平台，該產品不可在同一台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，可監測回路短路過載等故障信息，發生故障時預警和產生滅弧效果，防止電弧導致的火災的發生。
ASCP200-1可配合AF-GSM400使用並接入安全用電平台，也能夠通過插入SIM卡直接上傳到平台。
以下是ASCP200-1的主要功能：
短路保護功能。保護器實時監測用電線路電流，當線路發生短路故障時，能在150微秒內實現快速限流保護，並發出聲光報警信號。
過載保護功能。當被保護線路的電流過載且過載持續時間超過動作時間（3…60秒可設）時，保護器啟動限流保護，並發出聲光報警信號。
表內超溫保護功能。當保護器內部器件工作溫度過高時，保護器啟動超溫限流保護，並發出聲光報警信號。
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。
配電線纜溫度監測功能。當被監測線纜溫度超過報警設定值時，保護器發出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。
漏電流監測功能。當被監測的線路漏電超過報警設定值時，保護器發出聲光報警信號，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，可以將數據發送到後台監控係統，實現遠程監控。
5.2.4 剩餘電流互感器
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雲平台專用模塊。
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分鍾，如發生報警，會實時上傳數據。
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°的溫度監控基準，可以用來監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狀出發，闡述了當前用電安全事故頻發，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，規範操作流程等常規措施手段，能在一程度上緩解用電安全狀態。為從根本上消除安全用電隱患，本文有針對性地提出了基於多種通信技術的安全用電監控應用方案，實時全麵采集用電狀態及運行信息，借助大數據分析技術，深入信息挖掘，分析用電安全事故原因，並預電故障狀態，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製還屬於不斷學習與積累的過程，為提供更全麵更可靠的分析預警策略，將是下一階段研究的方向與課題。
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[6] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版
作者簡介：
侯文莉，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為安全用電智能監測係統的研發與應用
