淺談高校公寓安全用電管理系統的應用與探索

　　1高校學(xué)生宿舍用電管理現狀

　　高校學(xué)生宿舍是學(xué)生學(xué)習、生活的重要場(chǎng)所，因此高校學(xué)生宿舍就成為學(xué)校安全事故的多發(fā)地段，并成為學(xué)校安全管理工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此加強學(xué)生宿舍的安全管理是宿舍管理工作的核心。據調查了解，高校學(xué)生宿舍存在的安全隱患問(wèn)題可以歸納為以下方面：

　　(1)學(xué)生安全意識淡薄，對宿舍用電安全缺乏足夠的認識，對學(xué)校的各項安全用電管理制度持抵觸態(tài)度。首先大功率違章電器屢禁不止，冬天的電熱毯、電取暖器，夏天的電風(fēng)扇，日常的電熱水壺、熱得快，做飯的電飯煲、電磁爐，由于學(xué)生宿舍的供電線(xiàn)路和設備是按照普通照明用電設計的，在人員密集區中使用大功率電器使本來(lái)設計負荷小的線(xiàn)路和設備承載著(zhù)超大負荷易引起線(xiàn)路設備著(zhù)火。另外在使用大功率電器時(shí)由于通電后遺忘或放置不當等原因引燃附近的易燃物。在宿舍內私拉電線(xiàn)現象也比較嚴重。電線(xiàn)經(jīng)常被拖來(lái)拖去造成絕緣層損壞接頭松動(dòng)極易造成線(xiàn)路短路或因接觸不良發(fā)熱而起火。

　　(2)高校管理人員對學(xué)生宿舍安全用電工作認識不到位，大多數管理人員對此存一種僥幸心理，認為火災不會(huì )發(fā)生在自己身邊。負責用電安全管理的部門(mén)，在執行檢查時(shí)，力度不夠強。學(xué)校的違規電器檢查工作大多數都是學(xué)生干部在做，這樣會(huì )形成一些死角，使得檢查不深入、不細致。對查到的違規電器使用者，學(xué)校又出于對學(xué)生發(fā)展的考慮，總是對其輕描淡寫(xiě)的處理一下就完事了，這也表明學(xué)校的相關(guān)管理部門(mén)對安全用電工作認識不到位。

　　(3)用電線(xiàn)路隨意拉扯，線(xiàn)路負荷與用電設備的不匹配，導致的安全事故時(shí)有發(fā)生。如高校代步電動(dòng)車(chē)充電沒(méi)有合理規范的充電場(chǎng)所。

　　2安全用電管理應對措施

　　(1)加強宣傳教育,對學(xué)生進(jìn)行多種形式的安全教育工作是保障高校宿舍安全用電管理工作的關(guān)鍵。

　　(2)加強設備管理，完善學(xué)生宿舍設備設施，提供公共區域的電吹風(fēng)、飲水機(熱開(kāi)水)、洗衣機等。提高了學(xué)生生活品質(zhì)，同時(shí)安全也有保障。

　　(3)加強宿舍內部用電管控，通過(guò)智能電表，對宿舍用電進(jìn)行回路改造，每個(gè)用電回路進(jìn)行相應特點(diǎn)的用電管理，對于出現違規設備的接入，給與及時(shí)有效的用電保護。

　　(4)提供智能化分析云平臺，對非安全用電的行為及時(shí)推送宿舍管理人員。并通過(guò)大數據提供系統分析，對宿舍用電電器以及用電行為進(jìn)行診斷;對線(xiàn)路線(xiàn)損進(jìn)行分析;對學(xué)生用電行為進(jìn)行分析。

　　(5)加強宿管安全用電管理培訓，提高宿管人員安全素質(zhì)及操作。

　　(6)定期檢查線(xiàn)路巡更，檢查線(xiàn)路老化、脫落等。

　　3高校安全用電智能硬件設備

　　在用電安全問(wèn)題上，宿舍智能化的硬件設施的建設尤為重要，它可以在一定程度上杜絕用電安全隱患，減少管理人員工作，減輕宿舍管理難度。目前，隨著(zhù)經(jīng)濟的快速發(fā)展科學(xué)技術(shù)不斷的提高，進(jìn)入校園學(xué)生公寓的用電器也越來(lái)越多，空調、熱水器等大功率電器也成為了學(xué)生公寓的標配，這些設備的接入，讓校園用電環(huán)境更加復雜，加之傳統的單回路式智能電表已經(jīng)不能滿(mǎn)足當前校園用電管理的需求，使得公寓管理難度越來(lái)越大。在這樣的環(huán)境下，分路管理控制的需求導致了兩路三控式智能電表應運而生，其結構框圖如 1。兩路三控式智能電表，即兩路獨立計量，三路用電獨立控制。在滿(mǎn)足單回路式智能電表所有功能外，其兩路計量具備獨立的電價(jià)方案，且支持兩路獨立扣費與合并扣費，使扣費模式更靈活。三路用電獨立控制，實(shí)現用電控制更方便。除此之外其內部還具備高速 AD 采樣芯片，對電壓、電流波形進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、分析，用于能效指紋識別，可以實(shí)現有針對性的限制非*設備的使用。目前應用環(huán)境主要是對空調的獨立控制，對插座的獨立控制，以及對照明的獨立控制，這樣的應用與設計方式，使得學(xué)生公寓管理更智能、更安全。

　　圖1：結構框圖

　　4非*用電設備的識別

　　(一)實(shí)驗室建設對少量的數據進(jìn)行分析得到的結果，是比較片面的，不足以證明實(shí)驗結果的準確性，所以需要對大量的數據進(jìn)行分析，因此對實(shí)驗室的建設是*的。通過(guò)模擬校園用電環(huán)境，在實(shí)驗室中布置了變頻空調、定頻空調、電吹風(fēng)、熱得快、熱水壺、微波爐、筆記本電腦、臺式機電腦、多功能電熱鍋、電磁爐、電飯煲、電飯鍋、飲水機、電熱毯、電風(fēng)扇、可調插座等用電設備。

　　(二)數據采集與傳輸采用分辨率為16bit，采樣率為6.4KHz 的兩路*獨立的二階 ∑-ΔADC 對功率變化前、后的電壓波形、電流波形進(jìn)行同步采樣，并通過(guò)數據集中器等設備，將采集的波形數據實(shí)時(shí)傳輸至后臺服務(wù)器。

　　(三)識別方法能效指紋是通過(guò)生物指紋衍生而來(lái)，它是通過(guò)對用電設備的電流波形數據進(jìn)行分析，而提取出的具有的特征值。利用存檔的能效指紋與接入的用電設備的能效指紋進(jìn)行比對，從而實(shí)現對用電設備種類(lèi)的識別，即能效指紋識別。

　　(四)初步成果通過(guò)對用電設備電壓、電流波形數據的實(shí)時(shí)捕捉與數據的遠程交互，在后臺利用諧波分析法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )法、波形相似法等，實(shí)現了對用電設備能效指紋的提取，從而達到對用電設備種類(lèi)的識別，其識別率高達99%。

　　5物聯(lián)網(wǎng)以及系統大數據分析診斷

　　每一臺智能電表具備了一個(gè)固定RS485通訊端口和可熱插拔的通訊模塊端口。安裝是集中式，通過(guò)布置有線(xiàn) RS485 連接的方式進(jìn)行通訊;安裝是分散式，通過(guò)熱插拔模塊的微功率自組網(wǎng)方式進(jìn)行通訊;從而保證每一臺設備都能夠穩定、時(shí)效、準確地將數據和狀態(tài)反饋給系統。系統可以根據表計終端的狀態(tài)或者通過(guò)終端反饋的數據進(jìn)行分析，對于重要的報警信息可以進(jìn)行APP推送，也可以進(jìn)行 WEB 端報警顯示。右圖是針對管理員對學(xué)生公寓違規電器的信息推送，表計能夠智能識別判斷線(xiàn)路上的用電負載，可以對增量屬性進(jìn)行判斷，總負荷進(jìn)行管控，當可能存在安全隱患的時(shí)候，會(huì )進(jìn)行跳閘斷電，并將信息進(jìn)行記錄，系統會(huì )向管理員推送報警信息，做到事故可查、可追溯、可管理。

　　6安科瑞宿舍用電管理系統及選型

　　6.1 系統方案

　　  高校宿舍作為一個(gè)特殊應用場(chǎng)合，在傳統的電能管理需求的基礎上有著(zhù)與其他應用場(chǎng)合所不同的要求，強調的是用電控制管理，如宿舍的時(shí)間管理(按時(shí)熄燈、按時(shí)送電，某一些設備如空調不能納入熄燈范圍)、惡性負載控制、基礎電量設置等。系統建設的意義：

　　  方便學(xué)校對宿舍的用電收費，學(xué)生群體眾多，傳統的后付費方式已無(wú)法滿(mǎn)足校方需求，收費管理可與校園一卡通對接，學(xué)生可以自助繳費。

　　  通過(guò)技術(shù)手段加強對宿舍的用電管理，可實(shí)現時(shí)間定時(shí)控制、惡性負載檢測、基礎電費下發(fā)等適合學(xué)校規范管理的功能。

　　  人性化的方案設計，可實(shí)現單一宿舍內的多個(gè)支路的獨立控制，讓學(xué)生可獲得更高質(zhì)量的宿舍生活提供了支持。

　　  惡性負載控制(如卷發(fā)棒、電吹風(fēng)、電爐、熱得快、電熱杯等實(shí)施自動(dòng)識別控制)、夜間小功率設置、移相插座識別、負載學(xué)習功能(白名單)。

　　6.2系統結構

　　  AcrelCloud-3100整合高校需求，在原有預付費基礎上增加了宿舍電能管理所需的各種功能，完美解決了高校宿舍電能管理問(wèn)題。

　　6.3系統功能

　　  AcrelCloud-3100學(xué)生宿舍版預付費云平臺是與ADM130(一進(jìn)三出)或ADF300L(多回路計量箱)預付費電能表配套的云平臺。它是以電能管理和集中抄表軟件為主，包括服務(wù)器，通訊管理機在內的集成系統。針對高校宿舍這一特殊應用場(chǎng)合研發(fā)，主要實(shí)現電能監控、時(shí)間管理、惡性負載管理、預付費管理等在高校宿舍中存在的特殊需求。

　　批量操作：系統支持對宿舍進(jìn)行批量設置，批量初始化、批量下發(fā)基礎電量、批量設置負控、批量設置時(shí)控等，方便學(xué)校進(jìn)行統一管理。

　　惡性負載自動(dòng)識別控制：對不允許使用的發(fā)熱電器(如電爐、熱得快、電熱杯等)實(shí)施自動(dòng)識別控制，發(fā)現這些發(fā)熱電器自動(dòng)斷電。惡性負載暫停時(shí)間和次數可通過(guò)軟件設定。

　　基礎電費：可以設置每月給學(xué)生下發(fā)的免費輔助電費，覆蓋式下發(fā)，不累計。

　　時(shí)間控制功能：支持多8個(gè)時(shí)段設置宿舍供電斷電，方便管理學(xué)生宿舍作息 。

　　對接一卡通支付：系統支持中間庫，接口等方式對接學(xué)校一卡通，方便學(xué)生自助購電 。

　　一進(jìn)三出：ADM130電表支持多三回路輸出，各回路單獨分合閘、惡性負載、時(shí)控等設置。

　　遠程售電：操作員可以通過(guò)后臺給宿舍進(jìn)行電費充值，學(xué)生也可以通過(guò)學(xué)習一卡通、學(xué)校公眾號進(jìn)行自助充值。

　　遠程集中抄表：抄表信息通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)上傳到云平臺，快速便捷，免去人工抄表 。

　　遠程控制：可對任意一塊電表執行遠程拉閘或保電等一系列遠程控制操作，方便管理。

　　6.4系統設備選型

　　7安科瑞故障電弧產(chǎn)品介紹

　　7.1概述

　　故障電弧探測器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)探測器)對接入線(xiàn)路中的故障電弧(包括故障并聯(lián)電弧、故障串聯(lián)電弧)進(jìn)行有效的檢測，當檢測到線(xiàn)路中存在引起火災的故障電弧時(shí)，可以進(jìn)行現場(chǎng)的聲光報警，并將報警信息傳輸給上端監控設備，以實(shí)現預警火災發(fā)生的目的。故障電弧探測器適用于工業(yè)與民用建筑中10KW及其以下的電氣線(xiàn)路，其保護線(xiàn)路長(cháng)度不宜大于100米。

　　產(chǎn)品遵循國標GB 14287.4-2014，可適用于養老院、學(xué)校、商業(yè)建筑、賓館、工廠(chǎng)、庫房、圖書(shū)館、辦公室、家庭住宅、以及娛樂(lè )場(chǎng)所等。

　　7.2 技術(shù)參數

　　7.3 功能應用

　　(1)故障電弧檢測 故障電弧探測器對接入線(xiàn)路中的故障電弧(包括故障并聯(lián)電弧、故障串聯(lián)電弧)進(jìn)行有效的檢測，當檢測到線(xiàn)路中存在引起火災的故障電弧時(shí)，發(fā)出聲光報警信號。

　　出廠(chǎng)默認電流保護設定值為2.5A，聯(lián)動(dòng)DO開(kāi)關(guān)打開(kāi)。

　　(2)自檢功能 探測器具備自檢功能，在主界面下長(cháng)按/自檢鍵，系統將進(jìn)入自檢狀態(tài)，查看設備是否完好。

　　(3)消音功能 在報警狀態(tài)下，長(cháng)按消音鍵，探測器報警聲音消除。

　　(4)報警復位(解除報警)當發(fā)生報警時(shí)，可通過(guò)長(cháng)按復位解除報警;如果在進(jìn)行復位操作后未排除報警故障，探測器將再次進(jìn)入故障報警狀態(tài)。

　　(5)集中監控 集中監控計算機通過(guò)RS485，接受現場(chǎng)采集信號，發(fā)出報警信號及控制指令。采用Modbus-RTU 協(xié)議通訊，通訊距離為500米，同一鏈路可監控32臺探測器。

　　【參考文獻】

　　金曦.當前高校學(xué)生宿舍消防安全管理現狀分析及對策[J].高教高職研究 ,2011,3.

　　林進(jìn)鵬.高校公寓安全用電管理新探[J].2017

　　安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2019.11版