淺析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電氣火災系統中的應用

摘要：分析電氣火災的成因和特性，針對電氣火災防控的難點(diǎn)，提出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統電氣火災監控技術(shù)相結合的解決方案，即電氣火災智能運維管控系統，介紹系統軟件和硬件建設。結合在長(cháng)沙某商業(yè)項目中的應用，分析安裝電氣火災智能運維管控系統的效用。
關(guān)鍵詞：電氣火災；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；電氣火災監控
1引言
       近年來(lái)，我國電氣火災事故多發(fā)，造成了重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。據統計，2011-2017年，我國共發(fā)生電氣火災事故64.1萬(wàn)起，造成3832人死亡、2398人受傷，直接經(jīng)濟損失達101.1億余元，均占全國火災總量及傷亡損失的33%以上。其中，特別重大電氣火災17起，占特別重大火災總數的70%。筆者探討物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電氣防火中的應用，提出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統電氣火災監控技術(shù)相結合的解決方案。
2電氣火災的特點(diǎn)
2.1電氣火災的起火原因
       電氣火災一般是指因電氣線(xiàn)路、用電設備和器具以及供配電設備出現故障性釋放的熱能，在具備燃燒條件下引燃本體或者其他而造成的火災。根據中國電氣防火委員會(huì )的統計數據，漏電、過(guò)載、短路、接觸導致的線(xiàn)纜溫度過(guò)熱等原因引起的火災，占電氣火災起火原因的90%以上。
2.2電氣火災的特性
       （1）隱蔽性強。漏電與短路等電氣故障多發(fā)生在電器設備內部或電線(xiàn)的交叉部位，電氣起火的初部位隱蔽性強，通常在火災已形成并發(fā)展成明火后才被發(fā)現。
       （2）燃燒速度快。電纜著(zhù)火時(shí)，因短路或過(guò)流時(shí)的電線(xiàn)溫度很高，導致火焰沿電線(xiàn)燃燒的速度，借助或其他助燃物質(zhì)，會(huì )使燃燒速度進(jìn)一步。
       （3）撲救困難。電線(xiàn)或電氣設備著(zhù)火時(shí)一般在其內部，看不到起火點(diǎn)，且不能用水來(lái)?yè)渚?，故帶電的電線(xiàn)著(zhù)火時(shí)不易撲救。此外，配電線(xiàn)路復雜，造成火災線(xiàn)路擴展，給火災撲救帶來(lái)大難度。
       （4）危害性大。電氣火災不僅會(huì )導致電氣設備的損壞，還會(huì )殃及電力設備分布路徑周邊設施，對周邊設施造成危害，使火災范圍擴大，威脅人身安全。另外，電氣火災也會(huì )引發(fā)其他重要用電設備（如電梯、應急照明燈等）的斷電，帶來(lái)不可預計的損失。
2.3.當預防電氣火災的難點(diǎn)
       （1）故障不及時(shí)，無(wú)自動(dòng)巡查，發(fā)現隱患慢。
       （2）隱情位置難以把握，不知何處存在電氣隱患，事故災情損失嚴重。
       （3）無(wú)云端數據支撐，火災原因難以定位。
       （4）電氣防火技術(shù)匱乏，維護管理不到位，無(wú)隊伍，電氣隱患難以排查。
2.4電氣火災檢測設備的發(fā)展
       電氣火災檢測設備大致經(jīng)歷了保險絲熔斷器→空氣開(kāi)關(guān)/漏電開(kāi)關(guān)→傳統電氣火災監控系統的發(fā)展歷程。保險絲熔斷器、空氣開(kāi)關(guān)提供短路和過(guò)載保護，漏電開(kāi)關(guān)可以提供漏電保護，組合式的空漏開(kāi)關(guān)提供了上述三種保護功能。傳統漏電開(kāi)關(guān)、空氣開(kāi)關(guān)的主要在于：
       （1）傳統開(kāi)關(guān)均采用機械式被動(dòng)保護，很難主動(dòng)從根源上杜絕火災的形成，沒(méi)有智能監控電氣線(xiàn)路配置，當電氣線(xiàn)路出現故障之后才做出滯后的功能反應。
       （2）傳統開(kāi)關(guān)普遍只具備短路、漏電以及過(guò)電流保護，當線(xiàn)路出現過(guò)載、過(guò)壓、欠壓、誤合閘等其他問(wèn)題時(shí)，很難快速切斷供電，容易引發(fā)火災等事故。
       （3）保護動(dòng)作速度慢、準確性差，傳統開(kāi)關(guān)因采用機械式偏心移位分斷電源，分斷速度慢，且工作中的劇烈震動(dòng)易導致元器件失靈，會(huì )造成靈敏度降低。
       （4）不具備消防聯(lián)動(dòng)和遠程監控功能，撲救奔赴現場(chǎng)，跟不上現代智能管理的要求。
3物聯(lián)網(wǎng)與傳統電氣火災監控技術(shù)相結合的解決方案
       鑒于當用電安全監測的難點(diǎn)，需要一種成熟的、的用電安全監管工具實(shí)時(shí)“在線(xiàn)”提醒或者通知安全管理人員，且能夠根據一段時(shí)間的歷史數據對建筑物的用電情況進(jìn)行的分析，評估用電風(fēng)險，從而大幅度降低火災發(fā)生的幾率，進(jìn)而避免火災尤其是電氣火災的發(fā)生。筆者提出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統電氣火災監控技術(shù)相結合的解決方案，由系統平臺和相關(guān)硬件設備組成。
3.1系統平臺
       系統平臺是電氣火災智能運維管控系統的軟件，具備以下特點(diǎn)：
       （1）方便使用。系統采用B/S結構網(wǎng)站方式設計和建設，配合移動(dòng)客戶(hù)端，使系統所有用戶(hù)和管理部門(mén)的相關(guān)人員在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間都可以通過(guò)Internet訪(fǎng)問(wèn)系統，查看和操作相應權限內的內容信息，用戶(hù)也可通過(guò)在智能手機上的公眾號實(shí)現系統登錄訪(fǎng)問(wèn)。
       （2）實(shí)時(shí)應用。系統可實(shí)時(shí)監控采集剩余電流、電流、溫度等數據，對超過(guò)閾值的數據進(jìn)行即時(shí)，并通過(guò)短信、郵件等方式通知相關(guān)用戶(hù)，用戶(hù)也可以查看相應的歷史數據。
       （3）可靠的數據管理與分析。系統對采集的原始數據和應用數據進(jìn)行分類(lèi)存儲和管理，對數據的完整性、正確性進(jìn)行檢查和分析，提供數據異常事件記錄和功能，保證原始數據的性和真實(shí)性，提供完備的數據備份和恢復機制。
       （4）開(kāi)放與兼容。系統采用分層架構，模塊化結構和低耦合設計，在各個(gè)應用環(huán)節實(shí)現系統的開(kāi)放性和兼容性，為第三方既有系統的接入和設備的集成提供相應的軟硬件接口和協(xié)議轉換。
       （5）應用控制安全。系統對用戶(hù)數據進(jìn)行高等級加密，系統中的設備、服務(wù)都按用戶(hù)的權限來(lái)配置重要的控制功能，只有授權的用戶(hù)才可以訪(fǎng)問(wèn)其權限對應的內容，支持用戶(hù)的分級分權限登錄訪(fǎng)問(wèn)，保證了系統的訪(fǎng)問(wèn)安全和數據安全。
       （6）動(dòng)態(tài)擴展。系統可根據需要隨時(shí)增加用電安全智能傳感終端。服務(wù)平臺可在不停止服務(wù)的情況下，動(dòng)態(tài)加入新的存儲節點(diǎn)，平滑實(shí)現后臺數據中心的擴容升級。
3.2.硬件設備
       （1）電氣火災監控探測器。多傳感器組合式電氣火災監控探測器能同時(shí)監測被保護線(xiàn)路中的剩余電流值和溫度變化。由于電氣線(xiàn)路的超負荷、短路也是引起電氣火災的關(guān)鍵因素之一，故增加了電流（負荷）的監控；為了能夠同時(shí)兼容探測220V及380V電路，還采用了拓展功能，大能實(shí)現一路漏電、三路電流、四路溫度的監控。
       （2）剩余電流傳感器。剩余電流互感器用來(lái)測量被保護線(xiàn)路中剩余電流值的變化。剩余電流傳感器有圓形和方形兩種（開(kāi)口式、閉口式）類(lèi)型，圓形用于配電線(xiàn)路是電纜的環(huán)境，方形用于配電線(xiàn)路是銅排的環(huán)境。開(kāi)口式剩余電流傳感器能夠不斷電安裝，不影響用戶(hù)的正常用電。安裝時(shí)，監控回路的零線(xiàn)火線(xiàn)同時(shí)同向穿過(guò)剩余電流傳感器，地線(xiàn)不能穿過(guò)剩余電流傳感器。
       （3）電流傳感器。電流互感器測量被保護線(xiàn)路中電流變化，一般有開(kāi)口式、閉口式兩種型式。開(kāi)口式用于在用的建筑；閉口式用于新建的建筑，在做配電箱時(shí)裝到監控回路上。安裝時(shí)，每一條火線(xiàn)單獨穿過(guò)電流傳感器。
       （4）測溫傳感器。熱敏電阻或紅外測溫等原件組成的傳感器用來(lái)測量被保護線(xiàn)路中溫度的變化。安裝時(shí)，用絕緣耐高溫的扎帶固定在火線(xiàn)與斷路器的輸出端，同時(shí)還需在配電箱/柜安裝一個(gè)環(huán)境溫度的測溫傳感器。
       （5）無(wú)線(xiàn)傳輸模塊。無(wú)線(xiàn)傳輸模塊用于探測器到云平臺直接通信傳輸的連接。其類(lèi)型有GPRS、NB、LORA等；采用RVS21.0mm2的雙絞線(xiàn)與探測器連接。1個(gè)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊可以同時(shí)傳輸4個(gè)探測器32個(gè)通道的數據；與傳統的1個(gè)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊只能連接1個(gè)探測器，傳輸8個(gè)通道的數據相比，節省了50%的費用。
4實(shí)際應用
       根據上述方案，研發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電氣火災智能運維管控系統，并成功應用于湖南省長(cháng)沙市某商業(yè)項目的電氣火災監控。該項目位于湖南省長(cháng)沙市岳麓區梅溪湖新城核心，占地面積近200100m2，規劃總建筑面積60萬(wàn)m2，總投資40億元，是集20萬(wàn)m2大型美式Shoppingmall、時(shí)尚居廣場(chǎng)、情景式時(shí)尚街區、酒店、公寓、寫(xiě)字樓、住宅等商業(yè)形態(tài)于一體的城市綜合體，是電氣火災監控的和難點(diǎn)單位。
4.1針對性考慮
       了使安裝在該商業(yè)項目中的電氣火災智能運維管控系統能夠可靠工作，從以下方面做了設計改進(jìn)。
       （1）降額設計。所有電路元器件均按滿(mǎn)額的70%以下降額使用，以增強系統對本身動(dòng)態(tài)環(huán)境的適應性及對使用環(huán)境的耐沖擊能力。
       （2）容錯設計。在數據通信、處理及存貯中，采用的容錯技術(shù)，迅速糾正偶然錯誤，保證數據的正確無(wú)誤。
       （3）標準化設計。完成了軟件接口、電氣安全、模塊電路、工程施工等設計的標準化。通過(guò)以上技術(shù)改進(jìn)，保證了該商業(yè)項目的電氣火災智能運維管控系統以高的安全等級行。
4.2應用分析
       系統應用在20萬(wàn)m2大型美式Shoppingmall的店鋪的配電系統中，配電系統為T(mén)N-C-S系統，為三相五線(xiàn)制、結構，用電末端安裝帶漏電單相雙空氣開(kāi)關(guān)，系統在每個(gè)監控點(diǎn)（配電箱/柜）采用ST-D134系列電氣火災監控探測器，1個(gè)剩余電流傳感器（圓形、方形）、3個(gè)電流傳感器、4個(gè)溫度傳感器，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊上傳電氣安全數據到云平臺上，共需要79臺ST-D監控探測器、237個(gè)ST-DA電流互感器、316個(gè)ST-W溫度探測器、48臺無(wú)線(xiàn)模塊及32個(gè)ST-LY(C)剩余電流互感器，46個(gè)ST-LF(C)剩余電流互感器方形開(kāi)口互感器。
4.3安裝電氣火災智能運維管控系統的效用
4.3.1情況1
       系統安裝時(shí)，發(fā)現L2層5號強電井存在線(xiàn)路擊穿的現象，線(xiàn)槽帶電并已打火花燒黑，如圖1所示。

圖1線(xiàn)路擊穿

4.3.2情況2
       系統安裝時(shí)，發(fā)現L2層4號強電井漏電斷路器上開(kāi)關(guān)進(jìn)線(xiàn)出線(xiàn)接反（見(jiàn)圖2），造成漏電斷路器動(dòng)作后，電壓依然加在脫扣線(xiàn)圈上，會(huì )燒毀線(xiàn)圈，使整個(gè)漏電斷路器喪失漏電保護功能。

圖2開(kāi)關(guān)反接

4.3.3情況3
       通過(guò)平臺分析，G層8號井總開(kāi)關(guān)存在漏電，且漏電值從早上開(kāi)業(yè)之后變大，到晚上打烊后變小，可以判定此回路的漏電主要由設備引起的。而L2層7號強電井金釜山總開(kāi)關(guān)存在漏電，而且漏電值從早上開(kāi)業(yè)之后變大，到晚上打烊后變小，說(shuō)明此回路的漏電主要由設備引起。
5技術(shù)創(chuàng )新
       （1）實(shí)用性。系統將電氣火災監控與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合，實(shí)現了24h電氣防火的遠程管理，消滅了安全死角，大提升了管理部門(mén)對建筑物的管轄保護能力。
       （2）智能化。系統通過(guò)電氣火災監控探測器采集、上傳數據，能實(shí)時(shí)傳輸電氣火災監控信息及火災自動(dòng)信息，自動(dòng)分析數據，平臺即時(shí)展現數據，實(shí)現實(shí)時(shí)。
       （3）易實(shí)施。系統項目施工中無(wú)需布線(xiàn)、穿墻，能夠快速、低成本地完成監控網(wǎng)絡(luò )的建設，避免建筑物的受損；可隨意增減數據采集節點(diǎn)，便捷地改變網(wǎng)絡(luò )規模，快速實(shí)現系統擴容；系統運行策略可以遠程換，實(shí)現遠程維護；任何物聯(lián)節點(diǎn)都能接入既有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，使用者可根據需求換傳感器，實(shí)現系統功能的擴展。
       （4）體系化。管理部門(mén)可以在計算機終端（PC端）和手機客戶(hù)端查看到新數據，執行相應操作?？蔀榻ㄖ锝⒔y一的安全保護數據管理體系，為火災分析、防災方案、用電安全等日常管理提供數據支持和保障。
6安科瑞物聯(lián)網(wǎng)電氣防火系統架構和硬件選型
       安科瑞電氣推出的物聯(lián)網(wǎng)電氣防火系統采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器和電氣火災探測器、故障電弧探測器和電氣防火限流式保護器，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線(xiàn)溫度、電流、剩余電流、故障電弧等）進(jìn)行不間斷的數據與統計分析，并將發(fā)現的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員，指導企業(yè)實(shí)現時(shí)間的排查和治理，達到潛在電氣火災安全隱患，實(shí)現“防患于未然”的目的。
       用戶(hù)可以利用PC、手機、平板電腦等多種終端實(shí)現對平臺的訪(fǎng)問(wèn)，查詢(xún)包括系統信息、實(shí)時(shí)數據、報記錄等在內的各種信息，使用方便。利用該系統為用戶(hù)提供的低成本服務(wù)，能有提升企業(yè)的消防安全管理和電氣設備安全水平，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。

       本系統的整體結構如圖所示：

6.1硬件配置：
       平臺服務(wù)器：建議按照我方提供配置標準購買(mǎi)，或者客戶(hù)自己租用阿里云資源。
       硬件配置：（如申請阿里云可忽略）

       現場(chǎng)硬件配置

       方案一：100A以下回路，開(kāi)口式互感器

       方案二：100A以下回路，普通互感器，會(huì )增加施工量

       方案三：100A以下回路，普通電流互感器，探測器和無(wú)線(xiàn)模塊分開(kāi)，可適用多回路

       配置針對1個(gè)回路，剩余電流互感器根據現場(chǎng)回路電流大小選擇。

6.2運行條件
1）瀏覽器運行設備：
       臺式電腦（WindowsXP以上），安卓系統或IOS系統手機（android或IOS4.0及以上版本）。
2）瀏覽器端運行環(huán)境：
       Windows系統下使用谷歌、火狐、360（速模式）等瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)。
6.3主要技術(shù)指標 
數據上傳頻率：2分鐘
通信方式：RS485、2G/3G/4G
并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)量：>=10000
歷史數據存儲：>=3年
7結論
       基于物聯(lián)網(wǎng)電氣火災監測技術(shù)的使用，采用可視的數字化監控模式，做到準確、監測用電戶(hù)線(xiàn)路中的漏電、電流、溫度等變化。一旦用電戶(hù)發(fā)生線(xiàn)路異常情況，系統能夠迅速發(fā)出信號并準確報出故障點(diǎn)，便于電氣人員及時(shí)排除線(xiàn)路故障，將電氣火災消滅在萌芽狀態(tài)，起到預警作用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入還將地建立起集中、完整、的城域消防網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現意義上的遠程監控，充分體現物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電氣安全運行監控中的積作用。

參考文獻：
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