安科瑞
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)是保障用電質量的重要依托，也是增強用電安全性的根本依據(jù)。而在其中應用物聯(lián)網(wǎng)技術，可進一步提升監(jiān)測的有效性。在此之上，文章簡要分析了低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)的設計基準與監(jiān)測內(nèi)容，并通過科學制定系統(tǒng)建設方案、打造物聯(lián)網(wǎng)架構體系、有效引入安全保護技術、實現(xiàn)準確化信息記錄等要點，以此提高低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)的應用水平，擴大其監(jiān)測范圍。
關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術；低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)；短路故障
0 前言
自2009年，國家電網(wǎng)開始開展智能電網(wǎng)項目。物聯(lián)網(wǎng)技術作為第三次信息科技革命的重要產(chǎn)物，它在眾多領域中都有涉獵，并發(fā)揮著重大效用。而在電網(wǎng)運行期間，若能依靠物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)低壓用電的安全監(jiān)測，可在原有基礎上提升監(jiān)測質量，以此確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。據(jù)此，應充分結合物聯(lián)網(wǎng)技術設計低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)改造規(guī)劃，以便在物聯(lián)網(wǎng)技術的支持下實現(xiàn)用電信息的監(jiān)測，降低系統(tǒng)故障率，提供電能。
1低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)的設計基準
1.1 經(jīng)濟性
在設計低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)時，需要考慮到改造后的系統(tǒng)是否具備突出的經(jīng)濟性特征，以免增加電網(wǎng)公司的運營負擔。同時，還應依靠物聯(lián)網(wǎng)技術在智能電網(wǎng)中為其提供多元化增值業(yè)務，使其感受到智能供電的便捷，并且還可在日常巡檢工作中加強對電氣設備的檢查效果，由此將設備安全處在可控狀態(tài)下，促使用戶的用電質量能在智能化監(jiān)測中實現(xiàn)發(fā)展，以便在有效管理環(huán)境下降低人力投入成本，包括縮減巡檢人員、創(chuàng)新巡檢模式等，從而促使整個電網(wǎng)公司擁有更高的綜合效益。
1.2 安全性
用電安全是保障人民財產(chǎn)安全的基本內(nèi)容。低壓用電是指斷路器、插座、漏電開關吹風機等設備的用電行為，而在設計低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)時，無論是引進物聯(lián)網(wǎng)技術還是智能化管理手段，都需要始終保持用電安全性，不可引發(fā)新的安全隱患，從而大化增加系統(tǒng)的可操作性。以往在故障排除期間，常在出現(xiàn)安全事故后安排維修人員予以處理，這樣不但影響故障排除效率，而且還會對用戶的生命安全帶來威脅。因此，在全新設計中應當以一種“動態(tài)監(jiān)測"的理念針對電網(wǎng)故障實施“及早預防"，即在出現(xiàn)潛在隱患前即可經(jīng)由預警裝置給出提示，以便在較佳時間內(nèi)提高維修效率，降低用電危險事件的發(fā)生率，終實現(xiàn)低壓電氣設備的穩(wěn)定運行。
1.3 綜合性
在設計低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)時，還需要以電能質量、資源配置等綜合角度針對原有電網(wǎng)建設項目予以改造。實際上，之所以需要實施低壓安全用電監(jiān)測，一是為了改善原有供電質量，確保用戶在高質量電能使用中獲得良好的用電體驗，提高供電企業(yè)的信譽度；二是結合原有人力資源與供電物資提出科學的配置規(guī)劃，從而實現(xiàn)資源的較大化利用，避免出現(xiàn)閑置資源，降低供電質量，甚至加重供電企業(yè)與電網(wǎng)公司的負擔。因此，針對低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)予以設計具有一定現(xiàn)實意義，并且可對當前電網(wǎng)高質量發(fā)展目標的實現(xiàn)創(chuàng)造有利條件。
2 低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測內(nèi)容
2.1 電能質量
低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)實際上是借助物聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)內(nèi)外電源系統(tǒng)的統(tǒng)籌管理，并結合在線監(jiān)測裝置針對電網(wǎng)相關參數(shù)如電壓值、電流值、負載率予以密切監(jiān)測，由此降低電網(wǎng)系統(tǒng)故障的發(fā)生率。同時，在移動程序支持下，還可為相關人員提供“關聯(lián)式"管理服務，即無論是否身在供電現(xiàn)場，都可經(jīng)由監(jiān)測系統(tǒng)實施操作行為，以此消除不安全因素。
目前，系統(tǒng)的建設已逐步朝著個性化方向發(fā)展，這也是提升電能質量與供電服務的關鍵步驟。比如針對航天醫(yī)療領域的用電，其質量略高于其它民用住宅，一旦提供的電能質量與預期要求不一致，將不利于相關領域順利完成工作任務，甚至降低電力資源的利用率。此外，電能質量不達標還可受電網(wǎng)污染事件的影響而形成電能質量問題。故而，可借助監(jiān)測系統(tǒng)隨時關注電能質量變化情況。
2.2 剩余電流
在利用低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測剩余電流時，可參照監(jiān)測結果對系統(tǒng)接地故障與過流保護動作起到一定的協(xié)調(diào)作用，進而為斷路器無法正常運行提供解決依據(jù)，確保相關人員經(jīng)由監(jiān)測系統(tǒng)可對低壓電氣設備的運行狀態(tài)實施有效監(jiān)測。剩余電流實則是中線與相線的矢量和未*消除成為零的線路，在出現(xiàn)剩余電流后，易產(chǎn)生漏電現(xiàn)象，進而對用電安全性帶來威脅。因此，可在監(jiān)測系統(tǒng)輔助下快速知曉剩余電流數(shù)值，以此有方向性的予以檢測。
2.3 線路短路
在電網(wǎng)線路中若出現(xiàn)短路現(xiàn)象，將造成線路急劇升溫，進而降低線路電芯的實用性能，甚至會對線路外部絕緣保護層的絕緣性起到削弱作用，進而不利于實現(xiàn)安全用電保護，長此以往，將在高溫狀態(tài)下發(fā)生漏電現(xiàn)象，由此對低壓電氣設備的正常使用帶來隱患。而低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)可隨時針對線路電流數(shù)值予以監(jiān)測，一旦超出額定電流或突然增加數(shù)千安培，將立即引起相關人員的注意，有效降低短路故障的發(fā)生率。
2.4 過載電流
在對過載電流予以監(jiān)測時，也是為了增加低壓用電的安全性。由于電流經(jīng)過電網(wǎng)線路時，會出現(xiàn)放熱反應，進而引起導線升溫，在其超出安全載流時，將誘發(fā)電流過載現(xiàn)象，不利于導線的安全防護，甚至會在長期出現(xiàn)過載電流的情況下引起火災。對此，若能基于物聯(lián)網(wǎng)技術設計低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)，可對過載電流現(xiàn)象給予密切關注，在適當?shù)臅r間里控制載流，防止導線燒毀增加用電危險性?；诖?，低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)的建設很有必要。
3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)的應用要點
3.1 科學制定系統(tǒng)建設方案
在低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)建設期間應用物聯(lián)網(wǎng)技術時，需要科學制定可行性建設方案，以此參照相關規(guī)定逐步完成改造任務。比如在針對剩余電流予以監(jiān)測時，可在系統(tǒng)設計環(huán)節(jié)采用“分級保護"的方法，削弱漏電現(xiàn)象的不良影響。其中剩余電流引發(fā)的嚴重后果即頻繁跳閘。
為了有效控制跳閘率，保障用戶用電質量，孝義供電企業(yè)曾在2019年專門針對剩余電流采取了相關措施，包括定期測溫檢修、加強運維管理等，由此將整體跳閘率降低了10%。結合相關經(jīng)驗可將剩余電流監(jiān)測納入到系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容中，由此為其制定可行性建設規(guī)劃，終避免用戶受漏電現(xiàn)象的干擾而無法獲得良好的用電體驗。在該方案中需要切實找到引起跳閘（漏電）的根本原因，并增設保護器，專門針對剩余電流予以重點保護。
國網(wǎng)吉安供電企業(yè)也曾就剩余電流給出整改建議，利用落實職責、一體化管理等方法，促使該企業(yè)在2019年的跳閘率由年初5.0007次/100km降低了3.2298次/100km，并在整個江西省都取得了良好的跳閘保護成果。
此外，還可將中級保護器安裝于低壓臺區(qū)內(nèi)，并將末級保護器置于客戶端中，這種逐級保護的形式不但有利于降低故障率，而且還能幫助用戶規(guī)避停電風險。其中應注意的是，在設定剩余電流額定標準時，應將其低動作值保持在300mA，其間隔時間不宜超出0.3s，從而在低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)運行期間，可對剩余電流進行細致監(jiān)測，便于工作人員隨時根據(jù)剩余電流監(jiān)測結果判斷是否存在停電隱患。此外，在系統(tǒng)中還需要借助無線通信技術，實時采集電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，并有效降低同頻干擾事件的發(fā)生率。在物聯(lián)網(wǎng)技術的支持下還可增加電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，進而在電流輸送階段也能實現(xiàn)高質量輸送，確保用戶使用的電能質量符合實際要求。
3.2 打造物聯(lián)網(wǎng)架構體系
物聯(lián)網(wǎng)技術是將電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)技術相連，以此借助先進技術實現(xiàn)電網(wǎng)的有效管控與動態(tài)監(jiān)測。在設計基于物聯(lián)網(wǎng)技術的低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)時，還需要根據(jù)低壓用電行為的具體流程打造物聯(lián)網(wǎng)架構體系，以此確保在實踐中監(jiān)測系統(tǒng)能夠展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化監(jiān)測。在物聯(lián)網(wǎng)架構體系中應涵蓋下述四個部分：其一，主站集中監(jiān)測模塊；其二，電能質量監(jiān)測模塊；其三，短路監(jiān)測；其四，通信反饋。
在上述四個重要組成部分中，主站集中監(jiān)測主要是通過獲取電能質量監(jiān)測數(shù)據(jù)與安全用電行為信息的方式，經(jīng)過科學分析對其潛在故障與危險性進行驗證識別，這樣可確保低壓電氣設備在有效評估下改善其性能，避免突發(fā)安全事故影響用戶用電安全性。而在電能質量監(jiān)測環(huán)節(jié)，它可對用電異常行為，比如插座不匹配、私拆設備、錯誤接線等，系統(tǒng)可對此模塊中接收到的有效信息遞交給電網(wǎng)主站，并給出相關指令予以管控。在短路監(jiān)測中，系統(tǒng)具體是結合電網(wǎng)終端的電流波形予以監(jiān)測，并在計算機算法協(xié)助下對短路故障實施定位，這樣一來，電網(wǎng)主站可及時獲取短路信息，便于實現(xiàn)短路故障的順利排查。在通信反饋中，它可對電網(wǎng)負載率、線損能耗度以及故障原因給出可靠依據(jù)，并將信息反饋給主站，由此在一體化的管理中實現(xiàn)電網(wǎng)線路的科學預警，幫助工作人員隨時掌控電能質量情況。
3.3 有效引入安全保護技術
在設計低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)時，除了需要保證用電行為的安全性與低壓電氣設備安全，還需要借助安全保護技術實現(xiàn)系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)的安全保障，以免影響電網(wǎng)運行穩(wěn)定性。具體包括以下內(nèi)容：
（1）認證安全防護，現(xiàn)今為了保證系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)處在安全防護狀態(tài)下，常需要借助“設置密鑰"的形式增強系統(tǒng)安全性，這樣可降低數(shù)據(jù)竊取風險，并且也可對重要數(shù)據(jù)予以特殊防護。在認證方面所采用的防護技術主要是在低壓電氣設備與系統(tǒng)間傳遞信息時，對數(shù)據(jù)進行加密處理，只有通過認證后方可順利獲取有效信息，確保信息在傳遞期間不會受網(wǎng)絡技術的影響而發(fā)生丟失現(xiàn)象。
（2）信息交換防護，基于物聯(lián)網(wǎng)技術設計低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)時，還需要在信息關聯(lián)端口處分別設置防護裝置，包括對信息進行轉換操作，將其轉換為“隨機數(shù)字"，待破解后方可知曉通信內(nèi)容，避免在信息傳遞期間受到外界干擾引發(fā)危險后果。
從目前實踐應用中可發(fā)現(xiàn)：物聯(lián)網(wǎng)技術已在電力事業(yè)中有了廣泛的應用。比如江蘇省某供電企業(yè)專門研發(fā)了“用戶側需求防護平臺"，它借助手機軟件對數(shù)據(jù)傳輸動態(tài)進行監(jiān)測，并且還可對用戶端需求予以了解，以此在強化數(shù)據(jù)防護效果的同時，也能提升供電服務質量，促使用戶的需求得到及時響應。此外，智能插座、智能電表的推廣也為物聯(lián)網(wǎng)技術的應用帶來了新的指引方向。為了保證電網(wǎng)系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)技術協(xié)助下實現(xiàn)低壓安全用電，應結合增加數(shù)據(jù)安全防護有效性，以便在電網(wǎng)主站、用戶端、供電企業(yè)多方主體中實現(xiàn)信息的安全傳輸，促使物聯(lián)網(wǎng)技術在低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)設計中發(fā)揮出重要效用，以此規(guī)避錯誤用電風險。
3.4 實現(xiàn)準確化信息記錄
在物聯(lián)網(wǎng)技術基礎上設計低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)期間，還可借助GPRS通信手段實現(xiàn)故障信息的準確化記錄，這樣才能增強電能質量、剩余電流、過載短路等參數(shù)的在線監(jiān)測準確性，確保電網(wǎng)系統(tǒng)在運行期間能為低壓電氣設備提供的供電電能，適當降低設備故障率，并且也能避免用戶頻繁發(fā)生停電現(xiàn)象影響用電體驗感。
設計者在系統(tǒng)建設項目中可增加“短路記錄"欄，并通過采集三相電流信號的方式，將其與三相波形進行比較，由此了解是否存在短路故障。好比在短路故障出現(xiàn)后，三相電流中的B相電流將為“0"，在此信息下，可判斷線路已然出現(xiàn)短路故障，之后再有針對性的對導線、低壓斷路器進行控制，促使過載電流控制在1200A之下，并高于500A，以免超出額定范圍引起電路故障問題。
此外，還可依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術的優(yōu)勢開發(fā)大數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺，以安科瑞開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)電力平臺為例，它具體包含統(tǒng)計分析、隱患管理、實時監(jiān)控等功能，可在巡檢作業(yè)中對低壓電氣設備的隱患處理結果與隱患類型做出科學分析，并在信息導航功能下對故障位置進行確定，根據(jù)監(jiān)測結果予以記錄，以便相關人員后續(xù)管理工作中能夠隨時了解故障詳情。在實時監(jiān)控部分，可對電網(wǎng)項目的建設地址以及低壓電氣設備的安裝情況與潛在故障加以監(jiān)測管理，同時將實時數(shù)據(jù)傳輸給管理部門，以此參照管理部門的建議進行電網(wǎng)項目的更改。通常而言，物聯(lián)網(wǎng)技術是實現(xiàn)智能化監(jiān)測與一體化管理的重要依托，若能將其應用于低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)中，有助于保障電能質量，降低故障發(fā)生率。
4安科瑞安全用電云平臺功能介紹及選型
4.1 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，云平臺提供超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(wǎng)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(wǎng)絡接入安全用電監(jiān)管系統(tǒng)平臺。
4.2 產(chǎn)品選型
4.2.1漏電火災監(jiān)控探測器
4.2.2故障電弧探測器
安科瑞故障電弧產(chǎn)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(chǎn)品不可在同一臺AF-GSM400下與ARCM混接。如圖：
4.2.3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(chǎn)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(nèi)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)時間超過動作時間（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(nèi)超溫保護功能。當保護器內(nèi)部器件工作溫度過高時，保護器啟動超溫限流保護，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)測線纜溫度超過報警設定值時，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)測的線路漏電超過報警設定值時，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。
4.2.4剩余電流互感器
4.2.5 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分鐘，如發(fā)生報警，會實時上傳數(shù)據(jù)。
4.2.6 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。
5 結束語
綜上所述，在物聯(lián)網(wǎng)技術的協(xié)助下建設低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)，可對當前用電不穩(wěn)以及頻發(fā)故障的現(xiàn)狀起到一定的改善作用。因此，相關設計人員應在系統(tǒng)改造與升級中實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術的有效引進，以便大化提升供電質量，為大眾營造一個良好的用電環(huán)境，并從建設方案、物聯(lián)網(wǎng)架構體系、安全防護技術、準確化信息記錄等方面著手，促使電網(wǎng)系統(tǒng)在有效監(jiān)測中具有較高的安全可靠性。
參考文獻：
[1] 梁海濤，張智.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)研究及應用[J].農(nóng)村電氣化，2019
[2] 盧宏松.農(nóng)村供用電及低壓配電網(wǎng)管理的強化途徑[J].*科技與市場，2020（03）：32.
[3] 方建波.低壓電氣供配電及設備安全管理技術方法研究[J].中阿科技論壇（中英阿文），
[4] 黃書旭，劉燕平，吳仁煒，張新強，林遠興，劉林元，陳忠輝.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)研究及應用分析
[5] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版
作者簡介：
安科瑞，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(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)與應用，
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