韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：在電力系統領(lǐng)域，用電設備的安全運行，不僅關(guān)系到電器設備本身使用壽命，更關(guān)系到運維人員的生命安全。用電設備的正確使用及運行過(guò)程中的安全可靠，一直是人們普遍關(guān)注的內容。隨著(zhù)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，各方面的規范也在完善，用電安全事故確實(shí)得到一定程度的減少，但并沒(méi)有從根本上得到遏制。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(jīng)濟的重要性，明確了用電設備使用過(guò)程中的安全性要求，提出了基于多形式網(wǎng)絡(luò )聯(lián)接方式的用電設備安全監控策略，實(shí)現了用電設備的實(shí)時(shí)在線(xiàn)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(wèn)題。結果表明此系統理論的研究與應用對電器設備的用電安全及電力系統的穩定具有重要意義。

關(guān)鍵詞：安全用電；監控；聯(lián)網(wǎng)；預警

       隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電力設備越來(lái)越來(lái)多，用電規模也越來(lái)越來(lái)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(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)系統的穩定，以及操作人員的人身安全。為減少設備用電安全事故發(fā)生，降低事故經(jīng)濟損失，人們從設備功能的完善性，操作人員使用的規范性以及規章制度的配套性等方面不斷強化，然而并沒(méi)有從本質(zhì)上得到改善。本文論述的是基于多形式組網(wǎng)]技術(shù)，設備終端多手段采集，實(shí)現用電設備的在線(xiàn)監控，同時(shí)采用大數據技術(shù)，對海量用電設備狀態(tài)與運行數據進(jìn)行分析，實(shí)現對設備故障的預測及報警，并提供可靠的安全用電策略，對電力系統的安全穩定及國民經(jīng)濟的發(fā)展具有重要意義。

1.1 落后的用電管理

       近年來(lái)隨著(zhù)我國社會(huì )經(jīng)濟的高速發(fā)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制也越來(lái)越繁雜。然而用電設備的值班維護人員的專(zhuān)業(yè)素養及技能水平并沒(méi)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(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓就直接進(jìn)行上崗作業(yè)。

設備的保養、維護與檢修方面，無(wú)法與用電設備規模及用電負荷快速增長(cháng)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(wú)法滿(mǎn)足目前如此龐大的用電設備管理需求，設備管理時(shí)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，檢修與維護的價(jià)值發(fā)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(xiàn)路老化、導線(xiàn)腐蝕、線(xiàn)路過(guò)載、電氣短路、散熱不佳、接觸不良、設備漏電以及不規范用電等引起電源突然斷電、電氣設備或線(xiàn)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，用電規范及用電安全意識薄弱，有時(shí)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，熟悉規范、熟悉流程，提高用電安全意識。

       為減少或避免用電安全事故的發(fā)生，設備終端用戶(hù)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(shí)作為用電單位也應當制定并不斷完善用電規程及管理手段，國家與地方政府相關(guān)職能部門(mén)也應加大力度制定并推廣安全用電的相關(guān)法律與規章制度。從人的因素方面來(lái)杜絕用電安全事故是必要的但又是非常有限的，規則與制度再完善，運維人員再?lài)乐?，也難免有失誤與犯錯的時(shí)候，如何*地、從根本上解決安全用電的問(wèn)題，還是需要借助先進(jìn)的技術(shù)、裝備及控制系統來(lái)實(shí)現，利用當前先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、多形式組網(wǎng)技術(shù)、監控技術(shù)、大數據技術(shù)，構建完善的用電安全監控系統，不僅使用電更加安全，而且使得用電更加經(jīng)濟、優(yōu)化與智慧。

       安全用電監控系統是基于多種通信方式，采用大數據分析、在線(xiàn)監測技術(shù)，通過(guò)現場(chǎng)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(guò)完善的網(wǎng)絡(luò )層實(shí)時(shí)傳送至監控應用平臺，后臺應用系統對采集到的數據進(jìn)行分析、運算，準確作出故障預警并提出安全運行智能策略。安全用電監控系統采用三層架構，即終端設備層、網(wǎng)絡(luò )層及監控平臺層，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(kāi)關(guān)、電動(dòng)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、電氣火災監控探測器、無(wú)線(xiàn)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(shí)時(shí)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(tài)，以及溫度、濕度、氣體等運行環(huán)境，實(shí)時(shí)傳送到上層系統，同時(shí)接受上層控制指令，完成設備的用電控制操作。

3.4 安全用電監控

       安全用電監控系統采用以太網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等多種通信技術(shù)，實(shí)時(shí)采集并存儲電氣系統的運行狀態(tài)、電量運行參數及環(huán)境狀態(tài)參數，對引發(fā)電氣火災的設備過(guò)載運行、線(xiàn)路絕緣降低漏電等導致導線(xiàn)溫升與老化，電網(wǎng)系統電能質(zhì)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(jìn)行不間斷地數據跟蹤與統計分析，實(shí)時(shí)發(fā)現電氣線(xiàn)路和用電設備存在的安全隱患，經(jīng)應用平臺大數據分析，準確捕獲用電設備運行狀態(tài)，并較短時(shí)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。

       普通的電氣監控系統，功能主要集中于電氣設備在線(xiàn)運行過(guò)程中的電流、電壓、有功、無(wú)功、頻率、功率因數等電氣量監測、設備的工作狀態(tài)以及正常分合閘控制。安全用電監控系統除了包含普通監控系統設備運行過(guò)程的監控功能外，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(shí)保證了整個(gè)系統的用電安全。某人民銀行項目用電安全監控系統功能如圖4所示。

       設備投入運行前的線(xiàn)路絕緣水平、電力系統電能質(zhì)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(guò)程中在線(xiàn)實(shí)時(shí)監測開(kāi)關(guān)樁頭溫度、絕緣件局放狀況及供電質(zhì)量，若出現開(kāi)關(guān)溫度過(guò)高，絕緣水平降低，中性點(diǎn)電流、電壓超過(guò)設定值，單相負載過(guò)重或某相電壓閃絡(luò )、瞬降等現象發(fā)生，安全監控系統及時(shí)斷開(kāi)不安全點(diǎn)，保障整個(gè)系統的正常運行。不可避免的人為操作或外界雷擊等原因造成系統短路跳閘，安全監控系統較短時(shí)間發(fā)出報警，隔離故障區域，并作出故障維修策略。

       監控系統平臺對獲取的用電狀態(tài)大數據進(jìn)行整理分析及深度挖掘，從之前的事故描述、隱患提示，進(jìn)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(jìn)行維修方案制訂、設備管理流程優(yōu)化，從而實(shí)現安全用電的全周期管理。

4.1 項目基本情況

       本項目為長(cháng)沙某人民銀行配電室用電安全監控系統工程，配電設備由1套電源進(jìn)線(xiàn)柜，1套母線(xiàn)PT柜及3套負載控制柜組成。系統采用單電源供電，負載包括2臺電力變壓器及1臺電動(dòng)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系統，如圖5所示。

4.2 功能實(shí)現

       該安全用電監控系統實(shí)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(jìn)線(xiàn)電源接入到TMY母線(xiàn)前，WPMC電能質(zhì)量監測裝置通過(guò)PT1電壓互感器監測供電源質(zhì)量，DQ01絕緣監測裝置檢測線(xiàn)路及開(kāi)關(guān)設備絕緣水平，滿(mǎn)足送電要求時(shí)，監控系統下發(fā)合閘命令至HZA多模塊測控裝置，將QF1斷路器合閘，母線(xiàn)系統受電。母線(xiàn)電源輸出到負載前，DQ01絕緣監測裝置需要通過(guò)LT1、LT2或LT3零序CT檢測線(xiàn)路及開(kāi)關(guān)設備絕緣水平,滿(mǎn)足安全要求時(shí)，監控系統通過(guò)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(guò)程中，監控系統通過(guò)CG2無(wú)線(xiàn)測溫裝置實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測各斷路器進(jìn)出線(xiàn)樁頭的溫度，當溫度超過(guò)設定值或三相不平衡等異常情況時(shí)，HZA測控裝置分斷對應故障回路。同時(shí)系統也通過(guò)PT2母線(xiàn)PT、CT1—CT4回路電流互感器實(shí)時(shí)監測電源質(zhì)量及負載運行參數狀態(tài)，DQ01絕緣監測裝置監測每一回路的線(xiàn)路及設備的絕緣水平，系統不斷統計與分析，及時(shí)發(fā)現隱患，通過(guò)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，監控系統首先發(fā)出報警，分斷斷路器隔離對應故障點(diǎn)，并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(guò)配置安全用電監控系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?？煽窟\行。主要體現在：

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

       2）設備運行中，過(guò)去經(jīng)常出現因某一變壓器或電動(dòng)機故障，引起線(xiàn)路與設備燒毀，并造成整個(gè)配電系統停電，通過(guò)配置安全監控系統后，設備與線(xiàn)路的安全隱患預先發(fā)現并隔離，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(guò)安全檢測才能接入母線(xiàn)系統。

       3）隱患回路排查及安全事故處理，從過(guò)去的人為盲目低效進(jìn)行，在安全監控系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(guān)費用。

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能夠對剩余電流、設備溫度、故障電弧等電氣故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監控、報警、記錄，并且通過(guò)云端的遠程控制。設備與云端的通訊方向不受限制，能上傳數據、透傳指令，并時(shí)間顯示實(shí)時(shí)狀態(tài)。通過(guò)對上傳至云端的數據進(jìn)行分析，為用戶(hù)提供火災隱患的相關(guān)數據，能夠及早的發(fā)現問(wèn)題并實(shí)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定的服務(wù)，提升了服務(wù)質(zhì)量，對用戶(hù)的長(cháng)遠發(fā)展具有戰略意義。此外，該系統通過(guò)集中監控，使得數據通過(guò)每個(gè)節點(diǎn)的4G網(wǎng)絡(luò )傳輸至云端集中式管理和監控，主控端布置于城市消防大隊，從而能夠對采集的信息進(jìn)行統一的監控和管理。

       具體功能如下：

       （1）安全用電監管服務(wù)系統包含安全用電管理云平臺、電腦終端顯示系統、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(wù)系統平臺能展示剩余電流、溫度、電流等電氣安全參數的實(shí)時(shí)監測數據及變化曲線(xiàn)、歷史數據與變化曲線(xiàn)、實(shí)時(shí)報警數據等，能實(shí)時(shí)顯示現場(chǎng)服務(wù)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(chǎn)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(shí)具有IOS版本和安卓版本，能通過(guò)手機APP對每條報警記錄進(jìn)行呼叫，便于緊急情況下能盡快通知用電單位。

       （4）能對各個(gè)單位及設備的電氣安全運行情況進(jìn)行自動(dòng)統計和分析評估，并隨時(shí)展示電氣安全運行分析報告。

       （5）監控探測終端產(chǎn)品滿(mǎn)足國家法律法規和有關(guān)技術(shù)標準（GB14287.2《剩余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，并通過(guò)國家消防產(chǎn)品質(zhì)量監測檢驗中心提供的消防3C認證。

       （6）漏電探測器能同時(shí)探測剩余電流、四路溫度、三相電流等參數值，并能通過(guò)無(wú)線(xiàn)以移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò )接入安全用電監管系統平臺。

5.2  產(chǎn)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(chǎn)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(fā)生，并及時(shí)預警，提醒用戶(hù)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：

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(guò)載等故障信息，發(fā)生故障時(shí)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(guò)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(shí)時(shí)監測用電線(xiàn)路電流，當線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150微秒內實(shí)現快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。

       過(guò)載保護功能。當被保護線(xiàn)路的電流過(guò)載且過(guò)載持續時(shí)間超過(guò)動(dòng)作時(shí)間（3…60秒可設）時(shí)，保護器啟動(dòng)限流保護，并發(fā)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(guò)高時(shí)，保護器啟動(dòng)超溫限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。

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

       配電線(xiàn)纜溫度監測功能。當被監測線(xiàn)纜溫度超過(guò)報警設定值時(shí)，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動(dòng)限流保護。

       漏電流監測功能。當被監測的線(xiàn)路漏電超過(guò)報警設定值時(shí)，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動(dòng)限流保護。

       保護器具有1路RS485接口，1路2G無(wú)線(xiàn)通訊，可以將數據發(fā)送到后臺監控系統，實(shí)現遠程監控。

5.2.4 剩余電流互感器

5.2.5 AF-GSM400-2G/4G無(wú)線(xiàn)上傳模塊

       AF-GSM400-2G/4G/CE模塊是一款2G/4G有線(xiàn)無(wú)線(xiàn)模塊，該無(wú)線(xiàn)模塊為安全用電云平臺專(zhuān)用模塊。

       AF-GSM400接入每塊儀表所需流量為20M/月，單個(gè)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(huì )實(shí)時(shí)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(lái)監測線(xiàn)纜或配電箱體的溫度，提供溫度保護。

       本文從當前用電的安全現狀出發(fā)，闡述了當前用電安全事故頻發(fā)，以及無(wú)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，規范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(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(shù)的安全用電監控應用方案，實(shí)時(shí)全面采集用電狀態(tài)及運行信息，借助大數據分析技術(shù)，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(wèn)題。然而本文中對安全隱患的預測機制還屬于不斷學(xué)習與積累的過(guò)程，為提供更全面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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[5] 周清平.安全用電監控系統的研究與應用

[6] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版

韓歡慶，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系統的研發(fā)與應用