摘  要：中小學校是培養(yǎng)未來人才的重要場所，但中小學校存在人流密集、學生安全意識不到位、用電設備多、宿舍惡性負載管理難等問題，使得近些年用電安全和電氣火災事故頻發(fā)。通過物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術，建設統(tǒng)一的中小學校安全用電監(jiān)管云平臺，可配合各類物聯(lián)網(wǎng)傳感器，對中小學校的用電安全進行不間斷的監(jiān)視，對電氣火災隱患及危害提前預警，預警信息實時推送，管理人員可通過網(wǎng)站、App、小程序等方式訪問，實現(xiàn)了學校用電安全監(jiān)控的無人值守，大大方便了教育部門對于轄區(qū)學校的用電安全管理。主要分析了中小學校安全用電監(jiān)管云平臺的設計及相關物聯(lián)網(wǎng)硬件。

關鍵詞：安全用電；中小學校；智慧用電；惡性負載識別

     隨著各地中小學校建設的智能化程度不斷提高，各種用電設備都處于學生的可接觸范圍內，由于學生的安全意識普遍較薄弱，加之校園內人員密集，用電安全隱患日益顯露。目前，中小學校面臨的用電安全隱患包括如下幾方面。

     一是宿舍、辦公室、實驗室等區(qū)域存在惡性負載、大功率電器使用、年久失修等各種情況，導致漏電風險較大，絕緣皮老化現(xiàn)象嚴重，甚至存在線頭裸露情況。

     二是實驗室、教室等區(qū)域預留插座不足，導致經(jīng)常出現(xiàn)增加新設備后私拉亂接電線的情況。

     三是宿舍區(qū)電源插座較多，違章私拉亂接現(xiàn)象比較嚴重。

     四是變壓器過負荷運行，存在電氣線路老化破損現(xiàn)象和異常發(fā)熱現(xiàn)象。

     五是電瓶車違規(guī)充電，易導致插座接觸不良，引發(fā)短路起火。

     六是學校倉庫、食堂廚房、實驗室等電器管理不善，容易引起火災。

     七是可燃性氣體累積、使用明火、吸煙等都會增加火災隱患。

     2017年，教育部辦公廳頒布了《關于開展教育系統(tǒng)電氣火災綜合治理自查檢查的通知》。針對以上種種安全隱患，結      合教育部的指導政策，應用物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等技術，建設中小學校安全用電監(jiān)管云平臺（簡稱云平臺），有效解決了學校電氣線纜老化，有些學校沒有專業(yè)電工、無法通過肉眼排查細微的電氣隱患，部分隱蔽工程年久失修造成隱患積累等難題。將發(fā)現(xiàn)的安全隱患和報警信息通過云平臺實時向管理人員發(fā)送預警信息，通過信息化手段指導中小學校開展電氣火災治理，發(fā)生緊急情況時時間進行處理，是“科技興安"的重要組成部分。

     將分布廣泛的各學校場景的物聯(lián)網(wǎng)硬件通過網(wǎng)絡進行不間斷的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，通過大數(shù)據(jù)開展隱患分析和預警分析，建設云平臺，能將一個區(qū)域內的多種學習活動納入同一個平臺進行管控(見圖1)。

圖1    云平臺界面展示

一、云平臺的系統(tǒng)架構

云平臺采用分層結構進行設計，包含物聯(lián)網(wǎng)設備層、云服務層和應用服務層，詳細拓撲結構見圖2。

圖2    云平臺的結構

     云平臺通過4G/光纖/NB-IoT網(wǎng)絡接入電氣火災探測器、故障電弧探測器、電氣防火限流式保護器、惡性負載管控表以及帶NB通信功能的煙感探測器、可燃氣體探測器等設備，實現(xiàn)電氣安全監(jiān)測信息，并通過云平臺的搭建，實現(xiàn)App、短信、微信公眾號等的信息推送，或者以語音呼叫方式實時報警。

     可以在教學樓、辦公樓、圖書館、宿舍樓、食堂等建筑樓層的配電井、配電箱進出線回路中設置電氣火災探測器，在食堂、實驗樓等位置設置煙感探測器和可燃氣體探測器，在教室照明插座回路、學生宿舍和教職工宿舍等處設置故障電弧探測器和惡性負載管控表。

1.電氣火災探測器能實現(xiàn)的功能

     實時監(jiān)測：電流、電壓、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、視在功率。

     漏電電流監(jiān)測：1路漏電電流。

     溫度監(jiān)測：4路溫度監(jiān)測。

     電氣火災預警：針對電流過載、電壓欠壓、電壓過壓、漏電電流過大、導線溫度過高等現(xiàn)象。

2.故障電弧探測器能實現(xiàn)的功能

     故障電弧報警。

3.惡性負載管控表的功能

     特點：具有一進三出、一進四出、一進五出等接線方式。

     計量：可對進線、分支出線電能計量，計費管理。

     管理功能：惡性負載識別、定時開關控制、分路控制、功率控制。

     惡性負載管控表可安裝在宿舍樓的各個房間末端，能夠有效識別學生在宿舍內使用大功率電器、發(fā)熱類電器和其他違規(guī)電器等惡性負載，進行實時報警，預防學生宿舍電器使用不當造成的電氣火災事故。

4.電氣防火限流式保護器能實現(xiàn)的功能

     短路保護：短路時可實現(xiàn)快速限流保護，保障人身安全，發(fā)生事故前可實現(xiàn)“微秒級"防護。

     監(jiān)測預警：針對電流過載、電壓過壓和欠壓、導線溫度過高、漏電電流過大等現(xiàn)象。

     與漏電保護開關或故障電弧探測器相比，電氣防火限流式保護器能夠在發(fā)生觸電等安全事故前就進行防護，有效防止事故的發(fā)生。

     對此，GB  51348—2019《民用建筑電氣設計標準》、上海市工程建設規(guī)范DGJ  08—2048—2016《民用建筑電氣防火設計規(guī)程》、江蘇省地方標準DB32/T  3698—2019《建筑電氣防火設計標準》和DB 32/T  3904—2020《電動自行車停放充電場所消防技術規(guī)范》中，都明文規(guī)定了電氣防火限流式保護器的安裝配備要求。

二、云平臺的系統(tǒng)功能設計

1.設備數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)

     數(shù)據(jù)網(wǎng)關與設備通信：數(shù)據(jù)網(wǎng)關與監(jiān)控設備使用485連接通信，網(wǎng)關實時數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測參數(shù)報警。

     物聯(lián)網(wǎng)設備與云端通信：設備或數(shù)據(jù)網(wǎng)關與云服務器使用TCP協(xié)議加密通信。

2.云端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

     信息推送服務：產生報警提醒，進行App、短信、郵件等推送。

     數(shù)據(jù)存儲解析：接收設備上傳的實時數(shù)據(jù)，解析存儲，數(shù)據(jù)存儲模塊使用內存數(shù)據(jù)庫、關系型數(shù)據(jù)庫和文件數(shù)據(jù)庫相結合的模式。

     控制命令下發(fā)：將控制命令下發(fā)給監(jiān)控設備，由監(jiān)控設備對設備本身或者斷路器進行控制，如分合閘或參數(shù)修改等。

3.WEB應用服務

     實時數(shù)據(jù)監(jiān)控：系統(tǒng)對漏電電流過大、溫度過高、電流過載、電壓過壓和欠壓、故障電弧監(jiān)測、短路等電氣故障進行實時監(jiān)控，發(fā)生故障時實時報警。建議接入電氣火災探測器、故障電弧探測器、電氣防火限流式保護器、NB煙感探測器、NB可燃氣體探測器等，使系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程遙控各種探測器。

     數(shù)據(jù)和隱患分析：為用戶提供參考價值，杜絕隱患，系統(tǒng)提供歷史曲線和報警信息查看功能。

     遙控功能：對監(jiān)控回路的分合閘、遠程復位進行遙控操作，能夠設置報警漏電電流、報警溫度、報警電壓、開關量輸入輸出等參數(shù)。

     報警提醒：報警啟動時，可實時對管理人員進行短信、郵件、App推送，語音電話等。

     權限管理：云平臺通過對用戶類型實施分級管理可實現(xiàn)更高水平的信息安全管理。擁有相應授權的用戶可以對授權范圍內的項目、設備、探測器等監(jiān)測數(shù)據(jù)和運行情況進行查看、修改，從而提高系統(tǒng)整體安全性。

     數(shù)據(jù)分析：針對采集的數(shù)據(jù)進行各種模型分析和報告，為客戶消除安全隱患；提供能耗分析。

     巡檢管理：可以制訂巡檢計劃，巡檢人員可使用手機NFC芯片、二維碼掃描、GPS定位等巡檢打卡，進行運維上報，形成巡檢記錄。

     用戶報告：系統(tǒng)按單個學習項目提供每個月的用戶分析報告并支持打印。

三、云平臺系統(tǒng)的意義及收益

     云平臺能夠將中小學校的用電安全數(shù)據(jù)納入云端大系統(tǒng)進行統(tǒng)一管控，對校舍各級配電可能出現(xiàn)的漏電電流過大、溫度過高、電流過載、電壓過壓和欠壓、故障電弧監(jiān)測、短路等電氣故障進行實時監(jiān)控、報警、記錄，同時為學生宿舍的惡性負載識別和管理也提供了解決方案，能夠通過大數(shù)據(jù)分析，及早預防排查和報警處理。另一方面，云平臺還能提供大數(shù)據(jù)存儲、能源分析和隱患報告分析服務，能有效利用大數(shù)據(jù)分析中小學校用電安全的趨勢。此外，云平臺通過云端進行集中式管理和監(jiān)控，這使得教育部門和消防部門可以隨時了解區(qū)域內各學校安全隱患的存在情況，從而對采集的信息進行統(tǒng)一的監(jiān)控和聯(lián)動。

     云平臺為教育部門和消防部門提供了一個行之有效的預警平臺建設范式，統(tǒng)一的大平臺建設，也讓每一所學校都能夠隨時隨地看到自身的安全用電情況，避免重復投資。

參考文獻

[1] 連理枝.剩余電流動作保護裝置的應用[J].電氣應用,2000(2):27-29.

[2] 陳英武,樊可清,羅炳聰.商用中央空調的剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)[J].五邑大學學報(自然科學版),2015(3):70-74.

[3] 錢立軍,陸寒熹,尹建悅.基于智能電表的剩余電流監(jiān)測功能研究[J].電氣應用,2015(S1):204-207.

[4] 戚星宇,嚴永輝,黃申茂,等.一種低壓配電網(wǎng)剩余電流監(jiān)測系統(tǒng):中國,204536414 U[P].2015-08-05.

[5] 周晨.剩余電流在線監(jiān)測平臺的研究[D].南京:南京師范大學,2016.

[6] 路金川,隨惠斌.配電網(wǎng)狀態(tài)估計的量測配置探討[J].山東電力技術,2004(6):72-76.

[7] 陳志根.變電站無線測溫系統(tǒng)的應用研究[J].中國電力,2010(Z3):77-79.

作者簡介：簡婷，女，本科，現(xiàn)就職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)。

智慧安全用電用戶需求

●安裝用戶

實時監(jiān)控場所電氣設備運行狀況

當出現(xiàn)隱患后能及時收到通知

緊急情況下能遠程控制電氣設備

●運維人員

查看所轄用戶設備的實時情況

出現(xiàn)隱患后能及時收到通知

能對用戶的設備進行定期巡檢維護

提供對應項目的運維報告

對基礎數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理

智慧安全用電結構圖