學生宿舍用電安全管理系統解決方案

摘要:針對目學生宿舍用電的實際情況制定了一套集監測、管理、報警、控制等多功能于一體的安全管理解決方案,該方案適合于各種學生宿舍及公寓,尤其是高等院校,具有智能、安全、高效等特點。
 
關鍵詞:宿舍用電；安全；管理；監測
 
0 引言
高校學生宿舍的用電管理問題,一直是擺在高校學生宿舍管理者面的一道難題。傳統的以手工操作為主的學生宿舍用電管理方式,信息反饋慢,工作效率低,管理質量差,這種落后的管理方式與時代的步伐已經格格不入,對學生宿舍用電實行智能化、信息化管理是加強后勤管理建設,提高服務意識的必然要求。宿舍私自使用電取暖等大負載,較長時間的過負載運行,若不及時發現和有效防范,威脅著低壓配電網和電力設備的安全,對學生生命財產安全造成威脅,甚至直接引起重大事故發生。為此,特別根據學生宿舍的特點,制定了一種智能化學生宿舍用電管理方案。
 
1 系統要求
(1)要求具有智能識別惡性用電的功能通過他對學生用電進行24h監控,杜絕學生使用電熱器、熱得快等違章電器現象,同時又不影響學生正常照明和電腦的使用,從而避免火災隱患和惡性事故的發生。
(2)工作效率要高使用智能用電管理系統代替傳統的手工操作,錯誤率低,效率高。
(3)要對學生宿舍用電情況一目了然系統應具有的計量、運算和查詢功能,能夠及時、準確地反映學生宿舍的用電量,對用電量過高、過低或無用電量的宿舍,可及時通知管理人員進行調查,及時堵塞漏洞。這樣學生從公布的電費收取表中就可以清楚地了解本宿舍的用電情。
(4)要有良好的收益采用電腦計量電費,促使學生們養成隨手關燈、節約用電的好習慣,每月學校供應學生正常照明的用電量,超過部分按量計費,以節省開支。
 
2設計方案
假設某大學有10棟學生宿舍,每棟6層,每層50間房,每個房間需1只電表。每棟樓計300只電表,共計3000只。每棟樓設一個用電管理室,學校設一個管理主站。
2.1基本配置
每棟宿舍的每層樓配備2臺計量采集箱,共計120臺。每臺計量采集箱配25只電表、2臺16路采集器、3臺8路(加1路)控制器、25只脈沖轉換器、25只過負載識別器。每棟宿舍設置12臺計量采集箱,在用電管理室設置。
1臺壁掛式用電集中管理器
2.2系統結構
圖1為學生宿舍用電管理系統結構圖,系統由120臺計量采集箱、10臺集中管理器、1套管理主站組成。計量采集箱與集中管理器通信采用低壓電力載波或工業級RS485總線,集中管理器與管理主站采用工業級RS485總線或無線數據傳輸。
2.3設備功能及指標
(1)脈沖轉換器解決計量脈沖與電能表計量數據不同源不同步問題,保障抄表數據準確、可靠
(2)過載識別器其作用是識別用電用戶的負載情況,當過載時輸岀報警電平信號,通過采集器把此報警信號傳給用電集中管理器發出聲光報警。
(3)智能采集器采用以TR9810為核心的超大規模集成電路芯片,并應用上先進技術二次合成厚膜混合電路模塊,集成獨立的CPU單元和數據處理單元,即使通信線路有故障或斷電也不會引起數據丟失。采集器內部有可靠的電源檢測電路、看門狗電路、數據存儲保護電路.具有保險過載、斷電自恢復能力和防雷電、過電壓措施,并在程序上實現了數據備份、校驗處理、數據塊保護處理及指令冗余等抗干擾措施,使整個系統抗干擾能力強、穩定可靠。

圖 1 　學生宿舍用電管理系統結構圖
(4)控制器執行用電集中管理器發來的指令,接通或斷開對應房間的電源。關鍵部件選用新型的大電流電觸點的磁保持繼電器,平時不帶電、不發熱、無噪音,不消耗電能,不易發生電源故障。
(5)斷路器為5A小電流過流自動跳閘式小型空氣開關,便于用戶檢修電路及作為用電保險之用。
(6)用電集中管理器為一棟樓的中央控制單元,結構上采用新一代ALLONE工業級計算機,集成了CPU、內存、電子盤、RS232接口、RS485接口,以及防止程序鎖死的看門狗實時時鐘控制芯片,且具有過載、斷電自恢復能力和防雷電、過電壓措施。在程序上實現了數據備份、校驗處理、數據塊保護處理及指令冗余等抗干擾措施,使其可靠性大為提高,*系統運行的要求,同時采用了通信模塊,增強了線路傳輸的抗干擾能力,即使在強電場干擾的運行環境中仍然具有很強的通信能力。
用電集中管理器為壁掛式小型裝置,面板采用LCD或LED顯示,字體碩大,顯示清晰明亮。面板設置有小型數字鍵盤、報警指示及蜂鳴器,當有過載時自動顯示房間號并閃光,音響告警,當同時有兩個以上的房間過載時,巡回顯示房間號,只有管理員手動解除報警按鈕時,音響停止,但閃光不斷。查詢時只需輸入房間號碼,可同時顯示
該房間的“新購電量”、“用電量”“剩余電量”數據。
(7)用電管理主站和軟件包由應用軟件和數據庫等組成收費和控制系統。主站可以按照設定的項目和各集中管理器交換數據,可以打印月、日報表和計費發票,耗損平衡和分析管理,并生成數據交給其他應用系統。其主要功能特點如下：
①軟件平臺:中文版 window s98/2000
②完善的遠端參數設置和管理功能,可遠程設置和管理所有的采集器、集中管理器參數。
③良好的數據庫接口設計,便于網絡共享和數據查詢
④多種計費方式和類型,多種表格輸出。
⑤可定時自動或手動抄收各電表數據,存儲過載歷史資料
⑥可分析日和月負荷計量曲線。
⑦具有用戶口令保護,多級操作管理,高度安全保密能力
⑧管理軟件中文顯示,菜單驅動
 
3系統功能
針對目高校學生宿舍用電的特點,系統設計時具備如下功能:
(1)自動統一校準時間:自動抄收電表讀數。
(2)自動凍結數據,計算損耗
(3)集中管理器準確及時地發現過載,自動聲光
(4)集中管理器可查詢顯示房間的“新購電量”“用電量”、“剩余電量”數據。
(5)集中管理器可手動或自動關斷、閉合房間電源。
(6)管理主站可自動和集中器交換數據,也會把用戶新購電量數據傳送給集中管理器
(7)管理主站可查詢用戶詳細用電資料(包括當月每日用電量和違章用電記錄)。
(8)管理主站可自動生成并打印報表、票據單據。
(9)系統故障自動診斷、自動記錄和自動報警功能
（10）可采用學生飯卡購電。
 
4 安科瑞高校宿舍預付費管理云平臺介紹
AcreICloud-3100高校宿舍預付費電控系統為切合高校管理要求,充分體現“一切管理為學生服務”的思想,集電能計、收費管理、用電過程管理等功能于一體,具備遠程實時抄表計量、控制學生作息、惡性負載識別預警、校園一卡通自助繳費、查詢、打印用能報表等功能,創建節約校園、安全校園,方便校方進行一體化、信息化管理,并支持和智慧校園系統的數據對接。

宿舍預付費管理云平臺結構
 
4.1 平臺主要功能
◆售電操作
操作人員通過后臺進行宿舍開戶、水電充值、轉戶、結算、銷戶等操作,學生可以通過一卡通、學校公眾號、支付寶等進行自助充值。
◆電表批量操作
提供批量斷電復電、基礎電量下發、電價設置、付費模式、強制控制、定時通斷、清零、空調復位等操作。
◆三回路獨立控制
可分空調、插座、照明三路獨立電源配電,兩路電源的供電保護、供電控制、供電時間相互獨立。
◆時間控制
可根據學校實際要求,進行生效日期設置、節假日設置、通斷設置和備注,并對已經設置的進行篩選查看。
◆遠程實時抄表計量功能
系統可以遠程實時讀取電能數據,電能數據通過數據網關上傳至系統數據服務器。
◆惡性負載實時監控識別預警控制
系統具備惡性負載識別功能,自動識別學院規定禁止使用的各類惡性負載(如熱得快、電吹毯、暖手煲等),并自動自動斷電,保護宿舍用電安全。
◆自動恢復供電功能
超負荷斷電或使用惡性負載自動斷電后可自動恢復供電,自動供電時間可設。管理者可設定自動供電的次數,超過設定次數后系統不能再自動供電,需找管理員查明斷電原因后,由供電管理人員手動恢復供電。
◆分戶計費管理
可以進行免費基礎電量設置、預購電量、無費關斷、用電情況查詢、退費管理、支持中途換操作員、打印報表等。
◆白名單管理
該功能用于維護電器白名單信息,系統支持學習功能,自帶不低于30類學校常用電器使用特征的數據庫。不在特征數據庫的電器可以通過現場學習進入數據庫,從而區分惡性負載及白名單負載。
◆夜間小電流
可以設置宿舍夜間小電流的使用,僅能供手機充電或夜燈使用。
◆查詢功能
學生可以用手機在一卡通平臺上,進行用電充值、查詢用電情況。平臺具有用戶剩余電量提醒功能。
 
4.2 產品選型
單相預付費電能表ADM130

主要功能

電氣特性

控制功能
1、預付費管理控制
支持預付費功能?？稍O置基礎金額,供免費使用;可對剩余金額進行四級報警:余額不足報警(一級)、預跳閘報警(二級)、欠費報警(三級)、達到賒欠上限(四級)報警。每級報警都會導致電表背光常亮,預跳閘報警跳閘方式可設置為不跳閘、跳閘后自動合閘以及跳閘后不合閘等,跳閘后可通過按鍵自行合閘,達到賒欠上限后電表跳閘,此時只有繳費后才能繼續合閘使用。
2、時間管理控制
支持時間管理控制。L1、L2、L3可分別設置為工作日和節假日模式,每天多可設置8個時間段,每個時間段可分別設置為合閘狀態或夜間模式,合閘時間段內電表保持合閘,夜間時間段內,支路功率若大于夜間允許功率上限便跳閘。
3、負載管理控制
支持豐富的負載管理控制,具體工作功能如:電流上限限制:限制支路大電流,支路電流超過設定值時,支路跳閘；負載總功率限制:限制支路大用電功率,支路功率超過設定值時,支路跳閘；夜間功率限制:需要與時間管理控制共同使用,在夜間模式下,支路電流超過設定值,支路跳閘。
4、惡性負載識別：限制支路接入未定義的惡性負載,當支路接入未經允許的惡性負載時,支路跳閘；負載白名單識別:允許已定義的具有惡性負載特征的負載正常使用(如飲水機等)；
空調模式:空調模式下,電表持續檢測空調微弱待機電流,一但存在拔斷空調插座的動作,電表便跳閘,且只能通過聯系管理人員進行合閘送電。
允許除空調模式以外的跳閘動作自動合閘。允許次數,跳閘等待時間可設置。
◆安裝外形

 
6 結束語
安科瑞宿舍用電安全管理方案設計的系統，采用新技術、新產品,依據國家《電能計量法》、《電力低壓用電用戶電能表集中抄表系統技術規范》、《自動抄表系統國家標準報批稿》等法規,計量方式合法,系統結構附合《國標》,抄收數據準確、監控方式可靠,管理模式合情合理,為高等院校學生宿舍的電能計量、用電管理現代化提供了技術手段,使學生有一個安全、舒適的學習生活、休息的空間。
 
【參考文獻】
[1]蔡旭斌,羅玲,電能計量自動抄表技術的現狀與發展[J].廣東電力,2003
[2]衛建華，徐進 學生宿舍用電安全管理系統解決方案[J].電子技術
[3]用戶側電能計量與預付費管理解決方案.2020.02版
[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊 2019.11版