基于电气火灾监控系统与物联网的设计与研究

关键词：电气火灾监控系统；物联网；智慧式安全用电管理

 0引言

从火灾事故的发生原因来看，大量的事故都是由电气故障引起的。但就目前来看，现有电气火灾监控系统具有实时性差、集成度低等问题，难以满足人们的安全用电管理需求。而互联网技术的发展，为实现智慧式安全用电管理提供了技术支撑。因此，还应加强对电气火灾监控系统与物联网的研究，以便更好地推动电气火灾监控技术的发展。

1 电气火灾监控系统与物联网的结合

电气火灾监控系统的设计，目的是有效预防电气火灾事故。借助系统，则能通过实时监控完成电气火灾隐患的动态排查，从而实现事故防控和预警预报。但从家庭用电角度进行思考，采用该种系统无法实现对家庭用电情况的实时监控，所以也无法及时进行电气火灾隐患排查。近年来，随着物联网技术的发展，物联网产品向着智能化、系统化的方向发展，在不同领域相继出现了应用标准，并获得了市场和政府的支持。在这一背景下，智慧式安全用电管理理念得以被提出。不同于互联网，物联网引入了传感器，完成了传感器网络的构建，所以能够加强与现实世界的联系。作为物联网系统的感知层，传感器网络能够用于获取周围环境信息，包含温湿度、图像等，能够将信息上传网络，并进行处理、分析和存储。结合分析结果，系统则能完成相关事件的触发，进而实现对监控物体参数的调整或发出警报[1]。将电气火灾监控系统与物联网结合在一起，则能利用物联网传感技术、大数据技术等技术完成电气线路设备上的漏电、负载、短路、接触电阻过大、温度、电火花及电弧等用电数据的采集和处理，并利用无线通信技术将数据上传云平台，然后借助手机APP实现安全用电集中管理。

 2 基于物联网的电气火灾监控系统的设计

2.1 系统架构

从系统架构上来看，基于物联网的电气火灾监控系统可以划分为三个层次，即感知层、网络层和应用层。其中，感知层负责进行外界火灾信息采集，需要利用感知设备获取信息，由测温式监控探测器、剩余电流式监控探测器、故障电弧探测装置、电压式监控探测器等多种设备构成。网络层负责实现信息传递，由无线网关、互联网网关、后台数据服务器构成，无线网关负责将感知层数据上传至互联网，后台服务器由WEB服务器、智能分析服务器和数据存储服务器构成。采用无线网关，则能突破系统数据传输所受的时空限制，因此能够为系统信息交互提供保障。此外，系统应用层负责进行终端监控，可利用手机APP进行信息获取，并结合数据分析结果进行用电装置的管理。为此，还要完成开放式监控中心平台的搭设，并允许系统用户凭借账户、密码进入平台，以实现对电气火灾监控信息的随时查看。而该平台也负责完成在线监测和统计分析，能够结合电气线路参数数据及时发现线路和设备的用电安全隐患，并及时向用户发送预警信息，以指导用户对用电设备和线路隐患进行治理。

 2.2 系统工作流程

在系统工作的过程中，首先会开始监听用电情况，即将监控系统打开，并利用数据采集终端完成电气线路数据的实时采集，然后对采集得到的数据进行分析和处理。通过处理，系统则能完成电弧检测特征参数、功率值、电器识别特征参数等数据参数的获取。根据数据的实时变化情况，系统可判断电气线路是否出现设备接入或移除情况。在有设备接入或移除时，系统可根据用电采样值差值对设备用电数据和相关特征参数进行计算，然后结合线路功率变化确认采用哪种操作方式。在线路功率超负荷的条件下，系统会采取一些保护措施或向用户报警。此外，采用电弧检测算法，系统可进行线路电流特征值分析，以确认电气线路是否存在故障电弧。根据分析结果，系统可判断是否存在恶性负载，并决定是否发出警报。

 2.3 系统各部分功能

从系统功能上来看，数据采集终端负责完成电气线路中各种用电数据的采集，并负责完成采样点数据处理和分析。按照一定的格式将处理得到的数据打包，采集终端则能利用无线网关将数据上传至网络层。借助互联网网关，分散的前端数据信息则能得到集中，并传输至系统服务器端。借助大数据、云计算等技术，系统智能分析服务器可处理接收得到的数据包，以获得实时用电数据信息和终端号。从数据存储服务器中进行特征值样本的提取，智能分析服务器则能完成数据的匹配度计算，以获得设备类型和判断线路是否存在故障电弧。借助WEB服务器，系统能实现浏览器图形化界面的管理，在监控终端显示系统分析结果。系统监控终端可通过手机浏览器进行线路供电、设备用电和故障电弧等信息的显示，并通过远程管理实现设备通断电管理。在用户需要利用手机APP进行电气火灾监控管理时，可借助APP平台访问互联网网关。系统监控终端可从数据存储服务器中完成用户信息的调取，以确认用户是否有管理控制权限。在确认用户身份后，系统可提供用电信息，用户则能结合信息对各种用电设备进行远程监控和管理。

 3安科瑞安全用电云平台及选型

3.1安科瑞安全用电云平台介绍

Acrelcloud-6000安全用电云管理系统能够对剩余电流、设备温度、故障电弧等电气故障进行实时监控、报警、记录，并且通过云端的远程控制。设备与云端的通讯方向不受限制，能上传数据、透传指令，并短时间显示实时状态。通过对上传至云端的数据进行分析，为用户提供火灾隐患的相关数据，能够及早的发现问题并实施排查，避免火灾的发生。另一方面，云平台提供超大容量的信息储存及稳定的服务，提升了服务质量，对用户的长远发展具有战略意义。此外，该系统通过集中监控，使得数据通过每个节点的4G网络传输至云端集中式管理和监控，主控端布置于城市消防大队，从而能够对采集的信息进行统一的监控和管理。

         具体功能如下：

    3.1.1安全用电监管服务系统包含安全用电管理云平台、电脑终端显示系统、手机APP、漏电探测器、漏电互感器、电流互感器等。
    3.1.2安全用电监管服务系统平台能展示剩余电流、温度、电流等电气安全参数的实时监测数据及变化曲线、历史数据与变化曲线、实时报警数据等，能实时显示现场服务次数、排除隐患数、未排除隐患数、报警未处理数、常规巡检及产品维护等数据，监管数据能保存十年以上。
    3.1.3手机APP软件同时具有IOS版本和安卓版本，能通过手机APP对每条报警记录进行呼叫，便于紧急情况下能尽快通知用电单位。
    3.1.4能对各个单位及设备的电气安全运行情况进行自动统计和分析评估，并随时展示电气安全运行分析报告。
    3.1.5监控探测终端产品满足国家法律法规和有关技术标准（GB14287.2《剩余电流式电气火灾监控探测器》和GB14287.3《测温式电气火灾监控探测器》）的要求，并通过国家消防产品质量监测检验中心提供的消防3C认证。
    3.1.6漏电探测器能同时探测剩余电流、四路温度、三相电流等参数值，并能通过无线以移动通讯网络接入安全用电监管系统平台。

 3.2漏电火灾监控探测器 

 3.3故障电弧探测器

        安科瑞故障电弧产品型号代码为AAFD，共有两种电流等级，可监测回路故障电弧的发生，并及时预警，提醒用户处理，防止电弧导致的火灾的发生。

        AAFD可配合AF-GSM400使用并接入安全用电平台，该产品不可在同一台AF-GSM400下与ARCM混接。如图：

 3.4限流式保护器
        安科瑞限流式保护器型号代码为ASCP200-1，有三种电流等级，可监测回路短路过载等故障信息，发生故障时预警和产生灭弧效果，防止电弧导致的火灾的发生。
        ASCP200-1可配合AF-GSM400使用并接入安全用电平台，也能够通过插入SIM卡直接上传到平台。
        以下是ASCP200-1的主要功能：
        3.4.1短路保护功能。保护器实时监测用电线路电流，当线路发生短路故障时，能在150微秒内实现快速限流保护，并发出声光报警信号。
        3.4.2过载保护功能。当被保护线路的电流过载且过载持续时间超过动作时间（3…60秒可设）时，保护器启动限流保护，并发出声光报警信号。
        3.4.3表内超温保护功能。当保护器内部器件工作温度过高时，保护器启动超温限流保护，并发出声光报警信号。
        3.4.4过、欠压保护功能。当保护器检测到线路电压过压或欠压时，保护器发出声光报警信号，可预先设置是否启动限流保护。
        3.4.5配电线缆温度监测功能。当被监测线缆温度超过报警设定值时，保护器发出声光报警信号，可预先设置是否启动限流保护。
        3.4.6漏电流监测功能。当被监测的线路漏电超过报警设定值时，保护器发出声光报警信号，可预先设置是否启动限流保护。
        3.4.7保护器具有1路RS485接口，1路2G无线通讯，可以将数据发送到后台监控系统，实现远程监控。

3.5剩余电流互感器

3.6AF-GSM400-2G/4G无线上传模块
        AF-GSM400-2G/4G/CE模块是一款2G/4G有线无线模块，该无线模块为安全用电云平台专用模块。
        AF-GSM400接入每块仪表所需流量为20M/月，单个模块可以接入30块仪表。默认上传间隔2分钟，如发生报警，会实时上传数据。

3.7温度传感器

        温度传感器为一热敏电阻NTC，它提供0-120°的温度监控基准，可以用来监测线缆或配电箱体的温度，提供温度保护。

4 结束语 
        通过分析可以发现，将电气火灾监控系统与物联网结合在一起，则能实现智慧式安全用电管理，从而为用户用电提供安全保障。所以，在电气火灾预防管理方面，还应加强基于物联网的电气火灾监控系统的应用推广，以突破电气火灾监控的时空限制，并进一步推动电气火灾监控技术的发展。因此，相信随着相关技术的发展，智慧式安全用电管理系统也将迎来良好发展前景。

【参考文献】
[1]张科强,池雄飞,石艳玲.基于物联网技术的家庭火灾监控硬件系统[J].中国科技信息,2016,(12):44-45.
[2]林杰强.关于电气火灾监控系统与物联网的研究.
[3]安科瑞安全用电管理云平台手册.2020.02版.

作者简介：王蒙蒙，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要从事安全用电的研发与应用。