摘 要：為了對電氣火災事故進行預測和預警，同時為了對電氣火災事故的應急救援提供支持，將智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)應用于電氣火災中。該系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云平臺、大數(shù)據(jù)技術，實現(xiàn)對電氣線路電流、漏電、溫度、諧波等參數(shù)進行實時在線監(jiān)控并圖形化顯示，電氣參數(shù)一旦超出閾值將會在手機端、監(jiān)控屏、電腦等終端進行報警。智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出電氣火災警報后，還可以通過該系統(tǒng)查看企業(yè)的基本信息、周邊環(huán)境信息、應急信息等，提高應急救援的速度與效率。該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)電氣火災的預警，為電氣火災事故應急救援提供支持。
關鍵詞：電氣火災;監(jiān)控;早期預警
0.引言
近年來，我國電氣火災事故發(fā)生頻繁，造成的損失十分嚴重。2011-2015年，我國發(fā)生火災約140.81萬起，從火災的起因來看，由于線路漏電、短路、超負荷、電氣故障等原因引起的火災約為41.5萬起，在全年火災數(shù)量中的占比約為30%，且逐年增加。究其原因，電氣線路設計、安裝不規(guī)范、使用和維保不及時是導致事故的重要原因。同時，在電氣火災的應急救援中也存在著火災發(fā)生位置較為隱蔽、火災發(fā)展迅速、應急救援難度大的問題。對于電氣事故的預防監(jiān)控，國內有不少學者已經(jīng)進行了相關的分析和研究，對線路電氣參數(shù)進行監(jiān)測，通過移動網(wǎng)絡實時將數(shù)據(jù)上傳到服務器，自動對超出范圍的異常情況進行預警，起到預防事故的作用。筆者構建的智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)能夠利用物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云平臺、大數(shù)據(jù)技術對電氣線路電流、剩余電流、溫度、諧波等參數(shù)進行監(jiān)控，實現(xiàn)電氣火災的預警，為電氣火災的應急救援提供支持。
1.智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)研究
1. 1電氣火災事故原因分析
電氣火災是指用電設備、電氣線路、接地電弧、雷擊、靜電等電的熱效應導致電器設備內部、電氣線路、周邊可燃物起火引發(fā)的火災。引起電氣火災的原因多種多樣，通過對電氣火災事故案例進行分析可知，引起電氣火災的原因如圖 1所示。
圖 1 電氣火災發(fā)生原因
(1)電氣線路導體發(fā)生短路。線路導體之間發(fā)生直接接觸，短路產生的電流很大，若線路中的保護裝置發(fā)生故障，未及時動作切斷電源，將會導致火災的發(fā)生。
(2)電氣線路電弧連接短路。線路故障電弧或工作電弧由于電氣阻抗存在，短路電流不大，不能及時啟動線路保護裝置切斷電源，使得電弧引發(fā)的高溫一直烘烤線路的外護層或附近可燃物而引起火災。
(3)線路負荷過載。線路過載火災是指通過電氣線路的電流超過其安全載流量,導致線路產生高溫，引起本體或周圍可燃物燃燒造成的火災。過載不僅能夠直接引起火災,而且還會引起線路短路、接觸不良、漏電等多種電氣線路故障，間接地引起火災。
(4)線路連接接觸不良。當線路連接接觸不良時,會造成接觸電阻過大,接觸處在電流的作用下會產生高溫, 而接觸電阻會隨溫度升高逐漸增大,溫度循環(huán)上升，終達到電氣線路或周圍可燃物質的燃點，引發(fā)火災。
(5)漏電電流。漏電火災是在電氣系統(tǒng)發(fā)生漏電故障的情況下，漏電電流從漏電點到接地點流入大地途中，在電阻較高的部位發(fā)生熱作用引燃周圍可燃物而造成的火災。隨著線路、設備的使用，不同的物理或化學因素都會引起絕緣層的老化導致線路絕緣性能降低，致使電流由內向外泄漏到建筑物、附屬設施或工作物等接地物體上，從而產生高溫、漏電電弧或電火花引起線路或者周圍易可燃物燃燒造成火災。
(6)諧波電流。諧波是指在穩(wěn)態(tài)情況下，周期性的非正弦電氣量中頻率為基波整數(shù)倍的電氣分量。當前變頻設備產生的諧波電流對供電系統(tǒng)、負載及其他鄰近電氣設備、線路產生干擾，可以導致電源電壓的波形失真、能量損耗增加，過載發(fā)熱起火。
1. 2電氣火災應急救援中存在的問題
(1)電氣火災發(fā)生位置比較隱蔽，不容易被發(fā)現(xiàn)，當人們發(fā)現(xiàn)火災時通常已進入燃燒階段，甚至火勢已經(jīng)開始擴散。此時的應急救援行動不僅難度增大，還會擴大事故的損失與危害。
(2)應急救援中存在有對企業(yè)情況不了解的現(xiàn)象，包括企業(yè)廠房結構信息、儲存物料的信息等。這些現(xiàn)象不利于應急救援行動，甚至危及救援人員的生命與健康。
(3)很多企業(yè)的管理人員對應急救援的認識不足，缺乏對于電氣設備狀態(tài)的有效監(jiān)控，導致不能及時發(fā)現(xiàn)事故隱患而造成嚴重后果。
1. 3智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)分析
電氣參數(shù)中電流、漏電、溫度、諧波情況有異常，將可能引發(fā)電氣火災。利用電氣參數(shù)監(jiān)測設備及互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云平臺等技術，構建智慧用電安全物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)實時線路電氣安全監(jiān)控對火災的預防有著積極意義。
1. 3. 1智慧用電終端
智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)終端利用現(xiàn)有電氣參數(shù)監(jiān)測技術，實現(xiàn)對電氣線路三相電流值、剩余電流值和溫度的監(jiān)測。能夠實現(xiàn)對電氣線路狀態(tài)的監(jiān)測，實時傳輸電氣線路狀態(tài)參數(shù)，電氣參數(shù)出現(xiàn)異常及時發(fā)出警報。
智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)硬件由以下部分組成：
(1)電流互感器，用于采集三相電流的電流值。
(2)剩余電流互感器，用于采集剩余電流值。
(3)溫度傳感器，用于采集電氣線路和環(huán)境的溫度。
(4)AD轉換器，將采集到的模擬電流量轉化為數(shù)字電流量并輸出至CPU。
(5)CPU是智慧用電終端的核心，用于控制檢測裝置對三相電流、泄漏電流等數(shù)據(jù)的采樣，數(shù)據(jù)處理，報警輸出，與云服務器通信，液晶監(jiān)控屏顯示等，并實現(xiàn)了安裝方式的可移動化。
1. 3. 2云服務平臺
利用移動網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)構建云服務器平臺。針對監(jiān)控系統(tǒng)采集到的電氣參數(shù)通過監(jiān)控設備主機進行信號的轉換和邏輯換算，可將各參數(shù)通過移動網(wǎng)絡技術上傳到云服務器上，建立電氣監(jiān)控云服務平臺。云服務平臺能夠將反映電氣狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控顯示屏與手機端?？梢酝ㄟ^觀看生產現(xiàn)場的監(jiān)控顯示屏，查看企業(yè)電氣線路的運行狀態(tài)，還可以通過手機端遠程查看企業(yè)電氣線路的狀態(tài)，做到對企業(yè)電氣狀態(tài)的實時監(jiān)控，隨時掌握企業(yè)的電氣安全情況。
1. 3. 3大數(shù)據(jù)分析
結合線路使用情況，通過大數(shù)據(jù)分析，自動識別電氣安全隱患，構建隱患識別系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)企業(yè)電氣線路、設備負載明細確定線路大電流、線路允許的溫度，以此為依據(jù)設置相關的報警值，當電氣參數(shù)超過閾值時立即報警。系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)分析智能識別電氣線路諧波含有率情況，當出現(xiàn)異常時進行自動報警。系統(tǒng)還能夠通過分析企業(yè)的報警歷史記錄以及企業(yè)每天的電氣運行情況，找到企業(yè)電氣系統(tǒng)中存在的問題包括負載過大、電氣線路老化嚴重、接地故障等。
1. 4電氣事故預警
系統(tǒng)將智慧用電終端實時采集的電氣參數(shù)與預設的報警值比較，一旦發(fā)現(xiàn)企業(yè)的電氣參數(shù)超過閾值，立即發(fā)出警報。事故報警分3個層次：一是現(xiàn)場監(jiān)控設備報警;二是監(jiān)控顯示屏報警;三是手機短信報警。
(1)現(xiàn)場報警?，F(xiàn)場監(jiān)控設備報警，當系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常參數(shù)時，安裝在現(xiàn)場的智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)終端自帶的聲光報警器立即發(fā)出聲響且燈亮起，提醒在現(xiàn)場的相關人員對現(xiàn)場情況進行排查。
(2)監(jiān)控顯示屏報警。系統(tǒng)會將報警信號發(fā)送到監(jiān)控顯示屏上，滿足24 h圖形監(jiān)控報警，同時在監(jiān)控顯示屏上能夠看到報警區(qū)域的位置、報警區(qū)域周圍的環(huán)境情況、現(xiàn)場存放物料、現(xiàn)場負責人等信息。這些信息能使人們及時了解事故現(xiàn)場的情況，及時消除隱患或指導應急救援。
(3)手機短信報警。事故發(fā)生時系統(tǒng)還會發(fā)送報警短信給相關電氣安全責任人，以保證在企業(yè)現(xiàn)場無人的情況下也能及時通知人們迅速排查隱患，確保電氣系統(tǒng)安全。
2.基于用電安全監(jiān)控技術的事故救援系統(tǒng)
通過智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)，企業(yè)管理人員可以實時在線遠程查看生產現(xiàn)場電氣設備參數(shù)動態(tài)和歷史信息，一旦發(fā)生電氣火災事故，可通過系統(tǒng)查看事先制定的救援預案，并可以顯示出事故現(xiàn)場環(huán)境信息、周邊應急救援設施及救援路徑。
2. 1智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)
智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)由智慧用電終端、云服務器、監(jiān)控顯示屏與手機端組成。智慧用電終端中有電流傳感器、溫度傳感器與剩余電流傳感器，可以實時檢測電氣線路的三相電流、線路溫度、環(huán)境溫度與剩余電流，并將數(shù)據(jù)通過云服務器實時傳輸?shù)奖O(jiān)控顯示屏與手機端中，以便人們能夠隨時查看企業(yè)電氣情況。當發(fā)生電氣事故時，傳感器感知到異常數(shù)據(jù)，智慧用電終端的聲光報警器立刻發(fā)出警報，同時云服務器在監(jiān)控顯示屏上發(fā)出警報，并通過手機端對人員發(fā)出警報。
2. 2企業(yè)基本信息庫
企業(yè)安全生產信息庫中收集企業(yè)的靜態(tài)安全生產信息與動態(tài)安全生產信息。企業(yè)靜態(tài)安全生產信息包括企業(yè)基本信息、人員信息、安全評估、管理體系等信息;企業(yè)動態(tài)安全生產信息包括企業(yè)電氣安全情況信息、企業(yè)重大危險源信息、企業(yè)周邊環(huán)境信息等。企業(yè)安全生產信息庫的建立不僅有利于企業(yè)的安全管理，提高企業(yè)安全管理水平，還有助于在事故的應急救援時幫助救援人員了解企業(yè)信息，根據(jù)企業(yè)信息制定合理高效的救援方案，避免救援人員受到不必要的傷害，保障應急救援的順利進行。
2. 3事故應急救援系統(tǒng)
應急救援系統(tǒng)由智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)對電氣火災事故發(fā)出的警報開始，通過查看企業(yè)基本信息、重大危險源信息、企業(yè)周邊環(huán)境信息、企業(yè)應急救援力量信息以及應急預案，確定救援方式、救援路徑、救援方案等。
2. 3. 1事故響應
智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)能夠在事故發(fā)生的初期發(fā)出警報，即使企業(yè)生產現(xiàn)場沒有人員值班，也會發(fā)短信通知電氣管理人員。在事故發(fā)生初期即發(fā)出警報，盡快開展應急救援行動，可阻止事故的擴大。
2. 3. 2應急支撐
在應急救援之前可以通過智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)查看企業(yè)基本信息、重大危險源周邊環(huán)境、企業(yè)存儲物料信息、企業(yè)電氣情況信息、應急救護力量等信息，確定救援方案，并對事故后果進行模擬分析，預測事故危害范圍，確定疏散范圍和疏散路線。在應急救援的過程中，智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)為事故的應急救援提供輔助決策支持，幫助事故應急救援安全有效地進行，能夠極大地降低事故的損失。
3.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。
具體功能如下：
3.1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。
3.2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)巡檢及產品維護等數(shù)據(jù)，監(jiān)管數(shù)據(jù)能保存十年以上。
3.3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。
3.4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。
3.5監(jiān)控探測終端產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，并通過國家消防產品質量監(jiān)測檢驗中心提供的消防3C認證。
3.6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.安科瑞設備產品選型
4.1漏電火災監(jiān)控探測器
4.2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(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，該產品不可在同一臺AF-GSM400下與ARCM混接。如圖：
4.3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：
4.3.1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微秒內實現(xiàn)快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。
4.3.2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。
4.3.3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，并發(fā)出聲光報警信號。
4.3.4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。
4.3.5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。
4.3.6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。
4.3.7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。
4.4剩余電流互感器
4.5AF-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模塊。
AF-GSM400接入每塊儀表所需流量為20M/月，單個模塊多可以接入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)。
4.6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 論
(1)電氣火災的發(fā)生具有一定的隱蔽性，不容易被發(fā)現(xiàn)，一旦發(fā)生就容易造成極大的危害。
(2)智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)通過終端實時監(jiān)控企業(yè)電氣線路的參數(shù)，通過監(jiān)控顯示屏、手機、電腦圖形化顯示，電氣參數(shù)異常超過所設定的閾值時，現(xiàn)場終端、監(jiān)控顯示屏、手機發(fā)出警報，實現(xiàn)了對電氣火災事故的預警與報警。
(3)智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)能夠在電氣火災發(fā)生的早期進行預警，為事故的應急救援爭取寶貴的時間，通過查看企業(yè)基本信息、周圍環(huán)境信息與電氣報警歷史記錄可以判斷火災類型，制定救援方案，選擇合適的救援路線，降低事故造成的損失。
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