摘 要：為了對電氣火災(zāi)事故進行預(yù)測和預(yù)警，同時為了對電氣火災(zāi)事故的應(yīng)急救援提供支持，將智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于電氣火災(zāi)中。該系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云平臺、大數(shù)據(jù)技術(shù)，實現(xiàn)對電氣線路電流、漏電、溫度、諧波等參數(shù)進行實時在線監(jiān)控并圖形化顯示，電氣參數(shù)一旦超出閾值將會在手機端、監(jiān)控屏、電腦等終端進行報警。智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出電氣火災(zāi)警報后，還可以通過該系統(tǒng)查看企業(yè)的基本信息、周邊環(huán)境信息、應(yīng)急信息等，提高應(yīng)急救援的速度與效率。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電氣火災(zāi)的預(yù)警，為電氣火災(zāi)事故應(yīng)急救援提供支持。
關(guān)鍵詞：電氣火災(zāi)；監(jiān)控；早期預(yù)警
 
 
0.引言
近年來，我國電氣火災(zāi)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(zāi)約140.81萬起，從火災(zāi)的起因來看，由于線路漏電、短路、超負荷、電氣故障等原因引起的火災(zāi)約為41.5萬起，在全年火災(zāi)數(shù)量中的占比約為30%，且逐年增加。究其原因，電氣線路設(shè)計、安裝不規(guī)范、使用和維保不及時是導(dǎo)致事故的重要原因。同時，在電氣火災(zāi)的應(yīng)急救援中也存在著火災(zāi)發(fā)生位置較為隱蔽、火災(zāi)發(fā)展迅速、應(yīng)急救援難度大的問題。對于電氣事故的預(yù)防監(jiān)控，國內(nèi)有不少學者已經(jīng)進行了相關(guān)的分析和研究，對線路電氣參數(shù)進行監(jiān)測，通過移動網(wǎng)絡(luò)實時將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，自動對超出范圍的異常情況進行預(yù)警，起到預(yù)防事故的作用。筆者構(gòu)建的智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)能夠利用物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云平臺、大數(shù)據(jù)技術(shù)對電氣線路電流、剩余電流、溫度、諧波等參數(shù)進行監(jiān)控，實現(xiàn)電氣火災(zāi)的預(yù)警，為電氣火災(zāi)的應(yīng)急救援提供支持。
 
1.智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)研究 
1. 1電氣火災(zāi)事故原因分析
電氣火災(zāi)是指用電設(shè)備、電氣線路、接地電弧、雷擊、靜電等電的熱效應(yīng)導(dǎo)致電器設(shè)備內(nèi)部、電氣線路、周邊可燃物起火引發(fā)的火災(zāi)。引起電氣火災(zāi)的原因多種多樣，通過對電氣火災(zāi)事故案例進行分析可知，引起電氣火災(zāi)的原因如圖 1所示。
 
圖 1 電氣火災(zāi)發(fā)生原因
 
（1）電氣線路導(dǎo)體發(fā)生短路。線路導(dǎo)體之間發(fā)生直接接觸，短路產(chǎn)生的電流很大，若線路中的保護裝置發(fā)生故障，未及時動作切斷電源，將會導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。
（2）電氣線路電弧連接短路。線路故障電弧或工作電弧由于電氣阻抗存在，短路電流不大，不能及時啟動線路保護裝置切斷電源，使得電弧引發(fā)的高溫一直烘烤線路的外護層或附近可燃物而引起火災(zāi)。
（3）線路負荷過載。線路過載火災(zāi)是指通過電氣線路的電流超過其安全載流量,導(dǎo)致線路產(chǎn)生高溫，引起本體或周圍可燃物燃燒造成的火災(zāi)。過載不僅能夠直接引起火災(zāi),而且還會引起線路短路、接觸不良、漏電等多種電氣線路故障，間接地引起火災(zāi)。
（4）線路連接接觸不良。當線路連接接觸不良時,會造成接觸電阻過大,接觸處在電流的作用下會產(chǎn)生高溫, 而接觸電阻會隨溫度升高逐漸增大,溫度循環(huán)上升，終達到電氣線路或周圍可燃物質(zhì)的燃點，引發(fā)火災(zāi)。
（5）漏電電流。漏電火災(zāi)是在電氣系統(tǒng)發(fā)生漏電故障的情況下，漏電電流從漏電點到接地點流入大地途中，在電阻較高的部位發(fā)生熱作用引燃周圍可燃物而造成的火災(zāi)。隨著線路、設(shè)備的使用，不同的物理或化學因素都會引起絕緣層的老化導(dǎo)致線路絕緣性能降低，致使電流由內(nèi)向外泄漏到建筑物、附屬設(shè)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路或者周圍易可燃物燃燒造成火災(zāi)。
（6）諧波電流。諧波是指在穩(wěn)態(tài)情況下，周期性的非正弦電氣量中頻率為基波整數(shù)倍的電氣分量。當變頻設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流對供電系統(tǒng)、負載及其他鄰近電氣設(shè)備、線路產(chǎn)生干擾，可以導(dǎo)致電源電壓的波形失真、能量損耗增加，過載發(fā)熱起火。
 
1. 2電氣火災(zāi)應(yīng)急救援中存在的問題
（1）電氣火災(zāi)發(fā)生位置比較隱蔽，不容易被發(fā)現(xiàn)，當人們發(fā)現(xiàn)火災(zāi)時通常已進入燃燒階段，甚至火勢已經(jīng)開始擴散。此時的應(yīng)急救援行動不僅難度增大，還會擴大事故的損失與危害。
（2）應(yīng)急救援中存在有對企業(yè)情況不了解的現(xiàn)象，包括企業(yè)廠房結(jié)構(gòu)信息、儲存物料的信息等。這些現(xiàn)象不利于應(yīng)急救援行動，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(yīng)急救援的認識不足，缺乏對于電氣設(shè)備狀態(tài)的有效監(jiān)控，導(dǎo)致不能及時發(fā)現(xiàn)事故隱患而造成嚴重后果。
 
1. 3智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)分析
電氣參數(shù)中電流、漏電、溫度、諧波情況有異常，將可能引發(fā)電氣火災(zāi)。利用電氣參數(shù)監(jiān)測設(shè)備及互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云平臺等技術(shù)，構(gòu)建智慧用電安全物聯(lián)系統(tǒng)，實現(xiàn)實時線路電氣安全監(jiān)控對火災(zāi)的預(yù)防有著積極意義。
1. 3. 1智慧用電終端
智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)終端利用現(xiàn)有電氣參數(shù)監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)對電氣線路三相電流值、剩余電流值和溫度的監(jiān)測。能夠?qū)崿F(xiàn)對電氣線路狀態(tài)的監(jiān)測，實時傳輸電氣線路狀態(tài)參數(shù)，電氣參數(shù)出現(xiàn)異常及時發(fā)出警報。
智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)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，用于采集電氣線路和環(huán)境的溫度。
（4）AD轉(zhuǎn)換器，將采集到的模擬電流量轉(zhuǎn)化為數(shù)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(shù)據(jù)的采樣，數(shù)據(jù)處理，報警輸出，與云服務(wù)器通信，液晶監(jiān)控屏顯示等，并實現(xiàn)了安裝方式的可移動化。
1. 3. 2云服務(wù)平臺
利用移動網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建云服務(wù)器平臺。針對監(jiān)控系統(tǒng)采集到的電氣參數(shù)通過監(jiān)控設(shè)備主機進行信號的轉(zhuǎn)換和邏輯換算，可將各參數(shù)通過移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上傳到云服務(wù)器上，建立電氣監(jiān)控云服務(wù)平臺。云服務(wù)平臺能夠?qū)⒎从畴姎鉅顟B(tài)的實時數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控顯示屏與手機端。可以通過觀看生產(chǎn)現(xiàn)場的監(jiān)控顯示屏，查看企業(yè)電氣線路的運行狀態(tài)，還可以通過手機端遠程查看企業(yè)電氣線路的狀態(tài)，做到對企業(yè)電氣狀態(tài)的實時監(jiān)控，隨時掌握企業(yè)的電氣安全情況。
1. 3. 3大數(shù)據(jù)分析
結(jié)合線路使用情況，通過大數(shù)據(jù)分析，自動識別電氣安全隱患，構(gòu)建隱患識別系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)企業(yè)電氣線路、設(shè)備負載明細確定線路大電流、線路允許的溫度，以此為依據(jù)設(shè)置相關(guān)的報警值，當電氣參數(shù)超過閾值時立即報警。系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)分析智能識別電氣線路諧波含有率情況，當出現(xiàn)異常時進行自動報警。系統(tǒng)還能夠通過分析企業(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(tǒng)中存在的問題包括負載過大、電氣線路老化嚴重、接地故障等。
 
1. 4電氣事故預(yù)警
系統(tǒng)將智慧用電終端實時采集的電氣參數(shù)與預(yù)設(shè)的報警值比較，一旦發(fā)現(xiàn)企業(yè)的電氣參數(shù)超過閾值，立即發(fā)出警報。事故報警分3個層次：一是現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備報警；二是監(jiān)控顯示屏報警；三是手機短信報警。
（1）現(xiàn)場報警?，F(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備報警，當系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常參數(shù)時，安裝在現(xiàn)場的智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)終端自帶的聲光報警器立即發(fā)出聲響且警示燈亮起，提醒在現(xiàn)場的相關(guān)人員對現(xiàn)場情況進行排查。
（2）監(jiān)控顯示屏報警。系統(tǒng)會將報警信號發(fā)送到監(jiān)控顯示屏上，滿足24 h圖形監(jiān)控報警，同時在監(jiān)控顯示屏上能夠看到報警區(qū)域的位置、報警區(qū)域周圍的環(huán)境情況、現(xiàn)場存放物料、現(xiàn)場負責人等信息。這些信息能使人們及時了解事故現(xiàn)場的情況，及時消除隱患或指導(dǎo)應(yīng)急救援。
（3）手機短信報警。事故發(fā)生時系統(tǒng)還會發(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(xiàn)場無人的情況下也能及時通知人們迅速排查隱患，確保電氣系統(tǒng)安全。
 
2.基于用電安全監(jiān)控技術(shù)的事故救援系統(tǒng) 
通過智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)，企業(yè)管理人員可以實時在線遠程查看生產(chǎn)現(xiàn)場電氣設(shè)備參數(shù)動態(tài)和歷史信息，一旦發(fā)生電氣火災(zāi)事故，可通過系統(tǒng)查看事先制定的救援預(yù)案，并可以顯示出事故現(xiàn)場環(huán)境信息、周邊應(yīng)急救援設(shè)施及救援路徑。
 
2. 1智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)
智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)由智慧用電終端、云服務(wù)器、監(jiān)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，可以實時檢測電氣線路的三相電流、線路溫度、環(huán)境溫度與剩余電流，并將數(shù)據(jù)通過云服務(wù)器實時傳輸?shù)奖O(jiān)控顯示屏與手機端中，以便人們能夠隨時查看企業(yè)電氣情況。當發(fā)生電氣事故時，傳感器感知到異常數(shù)據(jù)，智慧用電終端的聲光報警器立刻發(fā)出警報，同時云服務(wù)器在監(jiān)控顯示屏上發(fā)出警報，并通過手機端對人員發(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(yīng)急救援時幫助救援人員了解企業(yè)信息，根據(jù)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(yīng)急救援的順利進行。
 
2. 3事故應(yīng)急救援系統(tǒng)
應(yīng)急救援系統(tǒng)由智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)對電氣火災(zāi)事故發(fā)出的警報開始，通過查看企業(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(yīng)急救援力量信息以及應(yīng)急預(yù)案，確定救援方式、救援路徑、救援方案等。
2. 3. 1事故響應(yīng)
智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)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(xiàn)場沒有人員值班，也會發(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，盡快開展應(yīng)急救援行動，可阻止事故的擴大。
2. 3. 2應(yīng)急支撐
在應(yīng)急救援之可以通過智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)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(yīng)急救護力量等信息，確定救援方案，并對事故后果進行模擬分析，預(yù)測事故危害范圍，確定疏散范圍和疏散路線。在應(yīng)急救援的過程中，智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)為事故的應(yīng)急救援提供輔助決策支持，幫助事故應(yīng)急救援安全有效地進行，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(tǒng)能夠?qū)κＳ嚯娏?、設(shè)備溫度、故障電弧等電氣故障進行實時監(jiān)控、報警、記錄，并且通過云端的遠程控制。設(shè)備與云端的通訊方向不受限制，能上傳數(shù)據(jù)、透傳指令，并時間顯示實時狀態(tài)。通過對上傳至云端的數(shù)據(jù)進行分析，為用戶提供火災(zāi)隱患的相關(guān)數(shù)據(jù)，能夠及早的發(fā)現(xiàn)問題并實施排查，避免火災(zāi)的發(fā)生。另一方面，云平臺提供超大容量的信息儲存及穩(wěn)定的服務(wù)，提升了服務(wù)質(zhì)量，對用戶的長遠發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。此外，該系統(tǒng)通過集中監(jiān)控，使得數(shù)據(jù)通過每個節(jié)點的4G網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端集中式管理和監(jiān)控，主控端布置于城市消防大隊，從而能夠?qū)Σ杉男畔⑦M行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理。
具體功能如下：
3.1安全用電監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)包含安全用電管理云平臺、電腦終端顯示系統(tǒng)、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(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)平臺能展示剩余電流、溫度、電流等電氣安全參數(shù)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)及變化曲線、歷史數(shù)據(jù)與變化曲線、實時報警數(shù)據(jù)等，能實時顯示現(xiàn)場服務(wù)次數(shù)、排除隱患數(shù)、未排除隱患數(shù)、報警未處理數(shù)、常規(guī)巡檢及產(chǎn)品維護等數(shù)據(jù)，監(jiān)管數(shù)據(jù)能保存十年以上。
    3.3手機APP軟件同時具有IOS版本和安卓版本，能通過手機APP對每條報警記錄進行呼叫，便于緊急情況下能盡快通知用電單位。
    3.4能對各個單位及設(shè)備的電氣安全運行情況進行自動統(tǒng)計和分析評估，并隨時展示電氣安全運行分析報告。
    3.5監(jiān)控探測終端產(chǎn)品滿足國家法律法規(guī)和有關(guān)技術(shù)標準（GB14287.2《剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》和GB14287.3《測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》）的要求，并通過國家消防產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測檢驗中心提供的消防3C認證。
    3.6漏電探測器能同時探測剩余電流、四路溫度、三相電流等參數(shù)值，并能通過無線以移動通訊網(wǎng)絡(luò)接入安全用電監(jiān)管系統(tǒng)平臺。
 
4.安科瑞設(shè)備產(chǎn)品選型
4.1漏電火災(zāi)監(jiān)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(jiān)測回路故障電弧的發(fā)生，并及時預(yù)警，提醒用戶處理，防止電弧導(dǎo)致的火災(zāi)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(jiān)測回路短路過載等故障信息，發(fā)生故障時預(yù)警和產(chǎn)生滅弧效果，防止電弧導(dǎo)致的火災(zāi)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。保護器實時監(jiān)測用電線路電流，當線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。
4.3.2過載保護功能。當被保護線路的電流過載且過載持續(xù)時間超過動作時間（3…60秒可設(shè)）時，保護器啟動限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。
4.3.3表內(nèi)超溫保護功能。當保護器內(nèi)部器件工作溫度過高時，保護器啟動超溫限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。
4.3.4過、欠壓保護功能。當保護器檢測到線路電壓過壓或欠壓時，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護。
4.3.5配電線纜溫度監(jiān)測功能。當被監(jiān)測線纜溫度超過報警設(shè)定值時，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護。
4.3.6漏電流監(jiān)測功能。當被監(jiān)測的線路漏電超過報警設(shè)定值時，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護。
4.3.7保護器具有1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
4.4剩余電流互感器
 
4.5AF-GSM400-2G/4G無線上傳模塊
AF-GSM400-2G/4G/CE模塊是一款2G/4G有線無線模塊，該無線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，會實時上傳數(shù)據(jù)。
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(jiān)控基準，可以用來監(jiān)測線纜或配電箱體的溫度，提供溫度保護。
 
5.結(jié) 論 
（1）電氣火災(zāi)的發(fā)生具有一定的隱蔽性，不容易被發(fā)現(xiàn)，一旦發(fā)生就容易造成極大的危害。
（2）智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)通過終端實時監(jiān)控企業(yè)電氣線路的參數(shù)，通過監(jiān)控顯示屏、手機、電腦圖形化顯示，電氣參數(shù)異常超過所設(shè)定的閾值時，現(xiàn)場終端、監(jiān)控顯示屏、手機發(fā)出警報，實現(xiàn)了對電氣火災(zāi)事故的預(yù)警與報警。
（3）智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)能夠在電氣火災(zāi)發(fā)生的早期進行預(yù)警，為事故的應(yīng)急救援爭取寶貴的時間，通過查看企業(yè)基本信息、周圍環(huán)境信息與電氣報警歷史記錄可以判斷火災(zāi)類型，制定救援方案，選擇合適的救援路線，盡可能地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(zāi)形勢及特點分析[J]. 消防科學與技術(shù)，2014，33(5):569-572.
[2]趙 棟，劉 宏.智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)在電氣火災(zāi)中的應(yīng)用[J]. 消防科學與技術(shù)2018.12
[3]安科瑞安全用電管理云平臺手冊.2020.02版