摘 要：為了對電氣火災事故進(jìn)行預測和預警，同時(shí)為了對電氣火災事故的應急救援提供支持，將智慧用電監控系統應用于電氣火災中。該系統利用物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云平臺、大數據技術(shù)，實(shí)現對電氣線(xiàn)路電流、漏電、溫度、諧波等參數進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監控并圖形化顯示，電氣參數一旦超出閾值將會(huì )在手機端、監控屏、電腦等終端進(jìn)行報警。智慧用電監控系統發(fā)出電氣火災警報后，還可以通過(guò)該系統查看企業(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。該系統能夠實(shí)現電氣火災的預警，為電氣火災事故應急救援提供支持。
關(guān)鍵詞：電氣火災;監控;早期預警
0.引言
近年來(lái)，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(wàn)起，從火災的起因來(lái)看，由于線(xiàn)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(wàn)起，在全年火災數量中的占比約為30%，且逐年增加。究其原因，電氣線(xiàn)路設計、安裝不規范、使用和維保不及時(shí)是導致事故的重要原因。同時(shí)，在電氣火災的應急救援中也存在著(zhù)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(wèn)題。對于電氣事故的預防監控，國內有不少學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)的分析和研究，對線(xiàn)路電氣參數進(jìn)行監測，通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)將數據上傳到服務(wù)器，自動(dòng)對超出范圍的異常情況進(jìn)行預警，起到預防事故的作用。筆者構建的智慧用電監控系統能夠利用物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云平臺、大數據技術(shù)對電氣線(xiàn)路電流、剩余電流、溫度、諧波等參數進(jìn)行監控，實(shí)現電氣火災的預警，為電氣火災的應急救援提供支持。
1.智慧用電監控系統研究
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(xiàn)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(xiàn)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(guò)對電氣火災事故案例進(jìn)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(xiàn)路導體發(fā)生短路。線(xiàn)路導體之間發(fā)生直接接觸，短路產(chǎn)生的電流很大，若線(xiàn)路中的保護裝置發(fā)生故障，未及時(shí)動(dòng)作切斷電源，將會(huì )導致火災的發(fā)生。
(2)電氣線(xiàn)路電弧連接短路。線(xiàn)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(shí)啟動(dòng)線(xiàn)路保護裝置切斷電源，使得電弧引發(fā)的高溫一直烘烤線(xiàn)路的外護層或附近可燃物而引起火災。
(3)線(xiàn)路負荷過(guò)載。線(xiàn)路過(guò)載火災是指通過(guò)電氣線(xiàn)路的電流超過(guò)其安全載流量,導致線(xiàn)路產(chǎn)生高溫，引起本體或周?chē)扇嘉锶紵斐傻幕馂?。過(guò)載不僅能夠直接引起火災,而且還會(huì )引起線(xiàn)路短路、接觸不良、漏電等多種電氣線(xiàn)路故障，間接地引起火災。
(4)線(xiàn)路連接接觸不良。當線(xiàn)路連接接觸不良時(shí),會(huì )造成接觸電阻過(guò)大,接觸處在電流的作用下會(huì )產(chǎn)生高溫, 而接觸電阻會(huì )隨溫度升高逐漸增大,溫度循環(huán)上升，終達到電氣線(xiàn)路或周?chē)扇嘉镔|(zhì)的燃點(diǎn)，引發(fā)火災。
(5)漏電電流。漏電火災是在電氣系統發(fā)生漏電故障的情況下，漏電電流從漏電點(diǎn)到接地點(diǎn)流入大地途中，在電阻較高的部位發(fā)生熱作用引燃周?chē)扇嘉锒斐傻幕馂?。隨著(zhù)線(xiàn)路、設備的使用，不同的物理或化學(xué)因素都會(huì )引起絕緣層的老化導致線(xiàn)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(chǎn)生高溫、漏電電弧或電火花引起線(xiàn)路或者周?chē)卓扇嘉锶紵斐苫馂摹?br />
(6)諧波電流。諧波是指在穩態(tài)情況下，周期性的非正弦電氣量中頻率為基波整數倍的電氣分量。當前變頻設備產(chǎn)生的諧波電流對供電系統、負載及其他鄰近電氣設備、線(xiàn)路產(chǎn)生干擾，可以導致電源電壓的波形失真、能量損耗增加，過(guò)載發(fā)熱起火。
1. 2電氣火災應急救援中存在的問(wèn)題
(1)電氣火災發(fā)生位置比較隱蔽，不容易被發(fā)現，當人們發(fā)現火災時(shí)通常已進(jìn)入燃燒階段，甚至火勢已經(jīng)開(kāi)始擴散。此時(shí)的應急救援行動(dòng)不僅難度增大，還會(huì )擴大事故的損失與危害。
(2)應急救援中存在有對企業(yè)情況不了解的現象，包括企業(yè)廠(chǎng)房結構信息、儲存物料的信息等。這些現象不利于應急救援行動(dòng)，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)的有效監控，導致不能及時(shí)發(fā)現事故隱患而造成嚴重后果。
1. 3智慧用電監控系統分析
電氣參數中電流、漏電、溫度、諧波情況有異常，將可能引發(fā)電氣火災。利用電氣參數監測設備及互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云平臺等技術(shù)，構建智慧用電安全物聯(lián)網(wǎng)系統，實(shí)現實(shí)時(shí)線(xiàn)路電氣安全監控對火災的預防有著(zhù)積極意義。
1. 3. 1智慧用電終端
智慧用電監控系統終端利用現有電氣參數監測技術(shù)，實(shí)現對電氣線(xiàn)路三相電流值、剩余電流值和溫度的監測。能夠實(shí)現對電氣線(xiàn)路狀態(tài)的監測，實(shí)時(shí)傳輸電氣線(xiàn)路狀態(tài)參數，電氣參數出現異常及時(shí)發(fā)出警報。
智慧用電監控系統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(xiàn)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、泄漏電流等數據的采樣，數據處理，報警輸出，與云服務(wù)器通信，液晶監控屏顯示等，并實(shí)現了安裝方式的可移動(dòng)化。
1. 3. 2云服務(wù)平臺
利用移動(dòng)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)構建云服務(wù)器平臺。針對監控系統采集到的電氣參數通過(guò)監控設備主機進(jìn)行信號的轉換和邏輯換算，可將各參數通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)上傳到云服務(wù)器上，建立電氣監控云服務(wù)平臺。云服務(wù)平臺能夠將反映電氣狀態(tài)的實(shí)時(shí)數據上傳到監控顯示屏與手機端?？梢酝ㄟ^(guò)觀(guān)看生產(chǎn)現場(chǎng)的監控顯示屏，查看企業(yè)電氣線(xiàn)路的運行狀態(tài)，還可以通過(guò)手機端遠程查看企業(yè)電氣線(xiàn)路的狀態(tài)，做到對企業(yè)電氣狀態(tài)的實(shí)時(shí)監控，隨時(shí)掌握企業(yè)的電氣安全情況。
1. 3. 3大數據分析
結合線(xiàn)路使用情況，通過(guò)大數據分析，自動(dòng)識別電氣安全隱患，構建隱患識別系統。系統根據企業(yè)電氣線(xiàn)路、設備負載明細確定線(xiàn)路大電流、線(xiàn)路允許的溫度，以此為依據設置相關(guān)的報警值，當電氣參數超過(guò)閾值時(shí)立即報警。系統通過(guò)大數據分析智能識別電氣線(xiàn)路諧波含有率情況，當出現異常時(shí)進(jìn)行自動(dòng)報警。系統還能夠通過(guò)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)電氣系統中存在的問(wèn)題包括負載過(guò)大、電氣線(xiàn)路老化嚴重、接地故障等。
1. 4電氣事故預警
系統將智慧用電終端實(shí)時(shí)采集的電氣參數與預設的報警值比較，一旦發(fā)現企業(yè)的電氣參數超過(guò)閾值，立即發(fā)出警報。事故報警分3個(gè)層次：一是現場(chǎng)監控設備報警;二是監控顯示屏報警;三是手機短信報警。
(1)現場(chǎng)報警?，F場(chǎng)監控設備報警，當系統發(fā)現異常參數時(shí)，安裝在現場(chǎng)的智慧用電監控系統終端自帶的聲光報警器立即發(fā)出聲響且燈亮起，提醒在現場(chǎng)的相關(guān)人員對現場(chǎng)情況進(jìn)行排查。
(2)監控顯示屏報警。系統會(huì )將報警信號發(fā)送到監控顯示屏上，滿(mǎn)足24 h圖形監控報警，同時(shí)在監控顯示屏上能夠看到報警區域的位置、報警區域周?chē)沫h(huán)境情況、現場(chǎng)存放物料、現場(chǎng)負責人等信息。這些信息能使人們及時(shí)了解事故現場(chǎng)的情況，及時(shí)消除隱患或指導應急救援。
(3)手機短信報警。事故發(fā)生時(shí)系統還會(huì )發(fā)送報警短信給相關(guān)電氣安全責任人，以保證在企業(yè)現場(chǎng)無(wú)人的情況下也能及時(shí)通知人們迅速排查隱患，確保電氣系統安全。
2.基于用電安全監控技術(shù)的事故救援系統
通過(guò)智慧用電監控系統，企業(yè)管理人員可以實(shí)時(shí)在線(xiàn)遠程查看生產(chǎn)現場(chǎng)電氣設備參數動(dòng)態(tài)和歷史信息，一旦發(fā)生電氣火災事故，可通過(guò)系統查看事先制定的救援預案，并可以顯示出事故現場(chǎng)環(huán)境信息、周邊應急救援設施及救援路徑。
2. 1智慧用電監控系統
智慧用電監控系統由智慧用電終端、云服務(wù)器、監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(shí)時(shí)檢測電氣線(xiàn)路的三相電流、線(xiàn)路溫度、環(huán)境溫度與剩余電流，并將數據通過(guò)云服務(wù)器實(shí)時(shí)傳輸到監控顯示屏與手機端中，以便人們能夠隨時(shí)查看企業(yè)電氣情況。當發(fā)生電氣事故時(shí)，傳感器感知到異常數據，智慧用電終端的聲光報警器立刻發(fā)出警報，同時(shí)云服務(wù)器在監控顯示屏上發(fā)出警報，并通過(guò)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(chǎn)信息庫中收集企業(yè)的靜態(tài)安全生產(chǎn)信息與動(dòng)態(tài)安全生產(chǎn)信息。企業(yè)靜態(tài)安全生產(chǎn)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(dòng)態(tài)安全生產(chǎn)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(chǎn)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(shí)幫助救援人員了解企業(yè)信息，根據企業(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(jìn)行。
2. 3事故應急救援系統
應急救援系統由智慧用電監控系統對電氣火災事故發(fā)出的警報開(kāi)始，通過(guò)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
智慧用電監控系統能夠在事故發(fā)生的初期發(fā)出警報，即使企業(yè)生產(chǎn)現場(chǎng)沒(méi)有人員值班，也會(huì )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(kāi)展應急救援行動(dòng)，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(guò)智慧用電監控系統查看企業(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(jìn)行模擬分析，預測事故危害范圍，確定疏散范圍和疏散路線(xiàn)。在應急救援的過(guò)程中，智慧用電監控系統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(jìn)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能夠對剩余電流、設備溫度、故障電弧等電氣故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監控、報警、記錄，并且通過(guò)云端的遠程控制。設備與云端的通訊方向不受限制，能上傳數據、透傳指令，并*時(shí)間顯示實(shí)時(shí)狀態(tài)。通過(guò)對上傳至云端的數據進(jìn)行分析，為用戶(hù)提供火災隱患的相關(guān)數據，能夠及早的發(fā)現問(wèn)題并實(shí)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定的服務(wù)，提升了服務(wù)質(zhì)量，對用戶(hù)的長(cháng)遠發(fā)展具有戰略意義。此外，該系統通過(guò)集中監控，使得數據通過(guò)每個(gè)節點(diǎn)的4G網(wǎng)絡(luò )傳輸至云端集中式管理和監控，主控端布置于城市消防大隊，從而能夠對采集的信息進(jìn)行統一的監控和管理。
具體功能如下：
3.1安全用電監管服務(wù)系統包含安全用電管理云平臺、電腦終端顯示系統、手機APP、漏電探測器、漏電互感器、電流互感器等。
3.2安全用電監管服務(wù)系統平臺能展示剩余電流、溫度、電流等電氣安全參數的實(shí)時(shí)監測數據及變化曲線(xiàn)、歷史數據與變化曲線(xiàn)、實(shí)時(shí)報警數據等，能實(shí)時(shí)顯示現場(chǎng)服務(wù)次數、排除隱患數、未排除隱患數、報警未處理數、常規巡檢及產(chǎn)品維護等數據，監管數據能保存十年以上。
3.3手機APP軟件同時(shí)具有IOS版本和安卓版本，能通過(guò)手機APP對每條報警記錄進(jìn)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(gè)單位及設備的電氣安全運行情況進(jìn)行自動(dòng)統計和分析評估，并隨時(shí)展示電氣安全運行分析報告。
3.5監控探測終端產(chǎn)品滿(mǎn)足國家法律法規和有關(guān)技術(shù)標準(GB14287.2《剩余電流式電氣火災監控探測器》和GB14287.3《測溫式電氣火災監控探測器》)的要求，并通過(guò)國家消防產(chǎn)品質(zhì)量監測檢驗中心提供的消防3C認證。
3.6漏電探測器能同時(shí)探測剩余電流、四路溫度、三相電流等參數值，并能通過(guò)無(wú)線(xiàn)以移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò )接入安全用電監管系統平臺。
4.安科瑞設備產(chǎn)品選型
4.1漏電火災監控探測器
4.2故障電弧探測器
安科瑞故障電弧產(chǎn)品型號代碼為AAFD，共有兩種電流等級，可監測回路故障電弧的發(fā)生，并及時(shí)預警，提醒用戶(hù)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(chǎn)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，可監測回路短路過(guò)載等故障信息，發(fā)生故障時(shí)預警和產(chǎn)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(guò)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(shí)時(shí)監測用電線(xiàn)路電流，當線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150微秒內實(shí)現快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。
4.3.2過(guò)載保護功能。當被保護線(xiàn)路的電流過(guò)載且過(guò)載持續時(shí)間超過(guò)動(dòng)作時(shí)間(3…60秒可設)時(shí)，保護器啟動(dòng)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(guò)高時(shí)，保護器啟動(dòng)超溫限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。
4.3.4過(guò)、欠壓保護功能。當保護器檢測到線(xiàn)路電壓過(guò)壓或欠壓時(shí)，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動(dòng)限流保護。
4.3.5配電線(xiàn)纜溫度監測功能。當被監測線(xiàn)纜溫度超過(guò)報警設定值時(shí)，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動(dòng)限流保護。
4.3.6漏電流監測功能。當被監測的線(xiàn)路漏電超過(guò)報警設定值時(shí)，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動(dòng)限流保護。
4.3.7保護器具有1路RS485接口，1路2G無(wú)線(xiàn)通訊，可以將數據發(fā)送到后臺監控系統，實(shí)現遠程監控。
4.4剩余電流互感器
4.5AF-GSM400-2G/4G無(wú)線(xiàn)上傳模塊
AF-GSM400-2G/4G/CE模塊是一款2G/4G有線(xiàn)無(wú)線(xiàn)模塊，該無(wú)線(xiàn)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(gè)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(huì )實(shí)時(shí)上傳數據。
4.6溫度傳感器
溫度傳感器為一熱敏電阻NTC，它提供0-120°的溫度監控基準，可以用來(lái)監測線(xiàn)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，一旦發(fā)生就容易造成極大的危害。
(2)智慧用電監控系統通過(guò)終端實(shí)時(shí)監控企業(yè)電氣線(xiàn)路的參數，通過(guò)監控顯示屏、手機、電腦圖形化顯示，電氣參數異常超過(guò)所設定的閾值時(shí)，現場(chǎng)終端、監控顯示屏、手機發(fā)出警報，實(shí)現了對電氣火災事故的預警與報警。
(3)智慧用電監控系統能夠在電氣火災發(fā)生的早期進(jìn)行預警，為事故的應急救援爭取寶貴的時(shí)間，通過(guò)查看企業(yè)基本信息、周?chē)h(huán)境信息與電氣報警歷史記錄可以判斷火災類(lèi)型，制定救援方案，選擇合適的救援路線(xiàn)，降低事故造成的損失。
【參考文獻】
[1]司戈. 近五年我國電氣火災形勢及特點(diǎn)分析[J]. 消防科學(xué)與技術(shù)，2014，33(5):569-572.
[2]趙 棟，劉 宏.智慧用電監控系統在電氣火災中的應用[J]. 消防科學(xué)與技術(shù)2018.12
[3]安科瑞安全用電管理云平臺手冊.2020.02版
