王晶晶
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
低壓安全用電系統(tǒng)是保障用電質(zhì)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)測效率。在此之上，文章簡要分析了低壓安全用電系統(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(gòu)體系、引入安全保護技術，以此提高低壓安全用電系統(tǒng)的應用水平，擴大其監(jiān)測范圍。
1.背景分析
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(zhì)量，以此確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。據(jù)此，應充分結(jié)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)用電信息監(jiān)測，降低系統(tǒng)故障率，提供電能。
低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)的設計基準：
（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(zhì)量能在智能化監(jiān)測中實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)發(fā)展，以便在高效管理環(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。
（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，最終實現(xiàn)低壓電氣設備的穩(wěn)定運行。
（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(zhì)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(zhì)量，確保用戶在高質(zhì)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(jié)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)資源的最/大/化利用，避免出現(xiàn)閑置資源，降低供電質(zhì)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(zhì)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
（1）電能質(zhì)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(jié)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(zhì)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(zhì)量略高于其它民用住宅，一旦提供的電能質(zhì)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(zhì)量不達標還可受電網(wǎng)污染事件的影響而形成電能質(zhì)量問題。故而，可借助監(jiān)測系統(tǒng)隨時關注電能質(zhì)量變化情況。
（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(jié)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完/全消除成為零的線路，在出現(xiàn)剩余電流后，容易產(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。
（3）線路隱患
在電網(wǎng)線路中若出現(xiàn)隱患現(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，有效降低隱患故障的發(fā)生率。
（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?；诖耍蛪喊踩秒姳O(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
（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(zhì)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(jié)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，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，應將其最/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(jié)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(zhì)量輸送，確保用戶使用的電能質(zhì)量符合實際要求。
（2）打造物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(zhì)量監(jiān)測模塊；其三，隱患監(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(zhì)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(zhì)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。在隱患監(jiān)測中，系統(tǒng)具體是結(jié)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)助下對隱患故障實施準確定位，這樣一來，電網(wǎng)主站可及時獲取隱患信息，便于實現(xiàn)隱患故障的順利排查。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(zhì)量情況。
（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：
一，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。
二，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(zhuǎn)換操作，將其轉(zhuǎn)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(cè)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全面了解，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(zhì)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(jié)合高新技術增加數(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。
（4）實現(xiàn)精準化信息記錄
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)故障信息的精準化記錄，這樣才能增強電能質(zhì)量、剩余電流、過載隱患等參數(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優(yōu)質(zhì)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“隱患記錄"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，由此了解是否存在隱患故障。好比在隱患故障出現(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)隱患故障，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(jié)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(jié)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(zhì)量，降低故障發(fā)生率。
4.安全用電平臺的應用
安科瑞電氣推出的安全用電管理云平臺采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員，指導企業(yè)實現(xiàn)第一時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現(xiàn)“防患于未然"的目的。
用戶可以利用PC網(wǎng)頁、手機APP、微信小程序、微信公眾號等多種方式實現(xiàn)對平臺的訪問，查詢包括系統(tǒng)信息、實時數(shù)據(jù)、報警記錄等在內(nèi)的各種信息，使用方便。利用該系統(tǒng)為用戶提供的低成本專業(yè)服務，能有效提升企業(yè)的消防安全管理和電氣設備安全水平，有效防范重大惡性火災財產(chǎn)損失、尤其是重大惡性人員傷亡責任事故的發(fā)生。
整體方案采用分層分布式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，由現(xiàn)場感知層（采集終端）、網(wǎng)絡層（智能網(wǎng)關/串口服務器）和平臺層（安全用電云平臺）三個部分組成。
●感知層：連接于網(wǎng)絡中的各類傳感器，包括智慧微斷、智慧用電在線監(jiān)控裝置，故障電弧等。
●網(wǎng)絡層：包含智能網(wǎng)關、串口服務器等，采集感知層的數(shù)據(jù)，進行規(guī)約轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)上傳至平臺。
●平臺層：在PC端及移動端為用戶提供應用服務。
（1）配電圖
在實時監(jiān)控點擊配電圖可以查看項目信息里上傳的配電圖，如圖所示。
（2）實時數(shù)據(jù)監(jiān)控
系統(tǒng)可接入電氣火災探測器、故障電弧探測器、限流式保護器、智能微斷等，并可遠程控制相應探測器。用戶可通過平臺查看回路的電壓，電流，溫度，剩余電流，有功功率和功率因數(shù)等電參量。
（3）隱患管理
隱患管理包括隱患巡查、隱患處理和隱患記錄等管理項，為用戶管理隱患和查詢提供方便，點擊菜單欄的相應的項，直接進入對應界面。
當設備檢測到回路出現(xiàn)隱患，過流，超溫，過流，過壓，欠壓，漏電等異常情況，會立刻上報平臺并產(chǎn)生報警或隱患，平臺可以針對工程人員派發(fā)工單，處理完以后工程人員能夠在系統(tǒng)中填寫相關工單任務記錄，以供歷史查詢。隱患統(tǒng)計支持對項目進行日、月、季、年的維度查詢，并能夠自定義時間查詢，將項目下隱患以曲線，圖表的形式展現(xiàn)。
（4）能耗分析
能耗概況可以查看今日、本月、今年的用電情況，且可以展示相應的同環(huán)比信息，也可以查看今日和昨日的用電峰值；報表可以逐日、逐周、逐月、逐季度、逐年、自定義等方式查看各個探測器的用能報表，包括以下報表：同比分析，環(huán)比分析，能耗報表，能耗預測，復費率報表功能。
（5）需量分析
需量分析包括最大需量報表和需量監(jiān)測等功能。最大需量報表：支持對每月、每日最大需量進行統(tǒng)計，并生成報表，如圖所示。
（6）運維管理
運維管理包括巡檢計劃、巡檢記錄、設備通訊狀態(tài)等功能。
（7）電能質(zhì)量
系統(tǒng)提供諧波監(jiān)測和三相不平衡分析功能。
諧波監(jiān)測：滿足進線、大功率整流設備、變頻設備、光伏發(fā)電輸出等電壓、電流進行在線諧波頻譜分析，支持對諧波進行逐日、逐月、逐年報表匯總，或自定義時間段查詢功能，分析諧波畸變率及各次諧波含有率，如圖所示。
三相不平衡度包括三相電壓不平衡度和三相電流不平衡度，支持查看當天的三相電流和三相電壓的曲線圖，并對應三相電流和三相電壓的不平衡度，如圖所示。
⑻報告分析
用戶報告：分析報告根據(jù)用戶指/定的周期、項目、時段等篩選生成報告摘要、統(tǒng)計清單、設備體檢摘要、報警原因分析，支持打印功能。
報告模板：用戶可以自定義勾選報告的內(nèi)容。
（9）手機APP
安全用電管理云平臺支持Android、ios系統(tǒng)APP，方便用進行項目查詢、報警、故障查詢，實時監(jiān)控數(shù)據(jù)查詢，復位及控制操作，探測器詳細信息查詢等功能。
5.產(chǎn)品選型方案
6.結(jié)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，以便提升供電質(zhì)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(gòu)體系、安全防護技術、精準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
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