淺析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電氣火災(zāi)系統(tǒng)中的應(yīng)用

淮亞利
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：分析電氣火災(zāi)的成因和特性，針對(duì)電氣火災(zāi)防控的難點(diǎn)，提出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合的解決方案，即電氣火災(zāi)智能運(yùn)維管控系統(tǒng)，介紹系統(tǒng)軟件和硬件建設(shè)。結(jié)合在長(zhǎng)沙某商業(yè)項(xiàng)目中的應(yīng)用，分析安裝電氣火災(zāi)智能運(yùn)維管控系統(tǒng)的效用。
關(guān)鍵詞：電氣火災(zāi)；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；電氣火災(zāi)監(jiān)控
1引言
       近年來(lái)，我國(guó)電氣火災(zāi)事故多發(fā)，造成了重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011-2017年，我國(guó)共發(fā)生電氣火災(zāi)事故64.1萬(wàn)起，造成3832人死亡、2398人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)101.1億余元，均占全國(guó)火災(zāi)總量及傷亡損失的33%以上。其中，特別重大電氣火災(zāi)17起，占特別重大火災(zāi)總數(shù)的70%。筆者探討物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電氣防火中的應(yīng)用，提出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合的解決方案。
2電氣火災(zāi)的特點(diǎn)
2.1電氣火災(zāi)的起火原因
       電氣火災(zāi)一般是指因電氣線路、用電設(shè)備和器具以及供配電設(shè)備出現(xiàn)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(zāi)。根據(jù)中國(guó)電氣防火委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，漏電、過(guò)載、短路、接觸導(dǎo)致的線纜溫度過(guò)熱等原因引起的火災(zāi)，占電氣火災(zāi)起火原因的90%以上。
2.2電氣火災(zāi)的特性
       （1）隱蔽性強(qiáng)。漏電與短路等電氣故障多發(fā)生在電器設(shè)備內(nèi)部或電線的交叉部位，電氣起火的初部位隱蔽性強(qiáng)，通常在火災(zāi)已形成并發(fā)展成明火后才被發(fā)現(xiàn)。
       （2）燃燒速度快。電纜著火時(shí)，因短路或過(guò)流時(shí)的電線溫度很高，導(dǎo)致火焰沿電線燃燒的速度，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。電線或電氣設(shè)備著火時(shí)一般在其內(nèi)部，看不到起火點(diǎn)，且不能用水來(lái)?yè)渚?，故帶電的電線著火時(shí)不易撲救。此外，配電線路復(fù)雜，造成火災(zāi)線路擴(kuò)展，給火災(zāi)撲救帶來(lái)更大難度。
       （4）危害性大。電氣火災(zāi)不僅會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備的損壞，還會(huì)殃及電力設(shè)備分布路徑周邊設(shè)施，對(duì)周邊設(shè)施造成危害，使火災(zāi)范圍擴(kuò)大，威脅人身安全。另外，電氣火災(zāi)也會(huì)引發(fā)其他重要用電設(shè)備（如電梯、應(yīng)急照明燈等）的斷電，帶來(lái)不可預(yù)計(jì)的損失。
2.3.當(dāng)前預(yù)防電氣火災(zāi)的難點(diǎn)
       （1）故障不及時(shí)，無(wú)自動(dòng)巡查，發(fā)現(xiàn)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(zāi)情損失嚴(yán)重。
       （3）無(wú)云端數(shù)據(jù)支撐，火災(zāi)原因難以定位。
       （4）電氣防火技術(shù)匱乏，維護(hù)管理不到位，無(wú)隊(duì)伍，電氣隱患難以排查。
2.4電氣火災(zāi)檢測(cè)設(shè)備的發(fā)展
       電氣火災(zāi)檢測(cè)設(shè)備大致經(jīng)歷了保險(xiǎn)絲熔斷器→空氣開(kāi)關(guān)/漏電開(kāi)關(guān)→傳統(tǒng)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程。保險(xiǎn)絲熔斷器、空氣開(kāi)關(guān)提供短路和過(guò)載保護(hù)，漏電開(kāi)關(guān)可以提供漏電保護(hù)，組合式的空漏開(kāi)關(guān)提供了上述三種保護(hù)功能。傳統(tǒng)漏電開(kāi)關(guān)、空氣開(kāi)關(guān)的主要在于：
       （1）傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)均采用機(jī)械式被動(dòng)保護(hù)，很難主動(dòng)從根源上杜絕火災(zāi)的形成，沒(méi)有智能監(jiān)控電氣線路配置，當(dāng)電氣線路出現(xiàn)故障之后才做出滯后的功能反應(yīng)。
       （2）傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)普遍只具備短路、漏電以及過(guò)電流保護(hù)，當(dāng)線路出現(xiàn)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(zāi)等事故。
       （3）保護(hù)動(dòng)作速度慢、準(zhǔn)確性差，傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)因采用機(jī)械式偏心移位分?jǐn)嚯娫?，分?jǐn)嗨俣嚷?，且工作中的劇烈震?dòng)易導(dǎo)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(yuǎn)程監(jiān)控功能，撲救奔赴現(xiàn)場(chǎng)，跟不上現(xiàn)代智能管理的要求。
3物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合的解決方案
       鑒于當(dāng)前用電安全監(jiān)測(cè)的難點(diǎn)，需要一種成熟的、的用電安全監(jiān)管工具實(shí)時(shí)“在線”提醒或者通知安全管理人員，且能夠根據(jù)一段時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)對(duì)建筑物的用電情況進(jìn)行的分析，評(píng)估用電風(fēng)險(xiǎn)，從而大幅度降低火災(zāi)發(fā)生的幾率，進(jìn)而避免火災(zāi)尤其是電氣火災(zāi)的發(fā)生。筆者提出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合的解決方案，由系統(tǒng)平臺(tái)和相關(guān)硬件設(shè)備組成。
3.1系統(tǒng)平臺(tái)
       系統(tǒng)平臺(tái)是電氣火災(zāi)智能運(yùn)維管控系統(tǒng)的軟件，具備以下特點(diǎn)：
       （1）方便使用。系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)網(wǎng)站方式設(shè)計(jì)和建設(shè)，配合移動(dòng)客戶端，使系統(tǒng)所有用戶和管理部門的相關(guān)人員在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間都可以通過(guò)Internet訪問(wèn)系統(tǒng)，查看和操作相應(yīng)權(quán)限內(nèi)的內(nèi)容信息，用戶也可通過(guò)在智能手機(jī)上的公眾號(hào)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)登錄訪問(wèn)。
       （2）實(shí)時(shí)應(yīng)用。系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控采集剩余電流、電流、溫度等數(shù)據(jù)，對(duì)超過(guò)閾值的數(shù)據(jù)進(jìn)行即時(shí)，并通過(guò)短信、郵件、電話及等方式通知相關(guān)用戶，用戶也可以查看相應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)。
       （3）可靠的數(shù)據(jù)管理與分析。系統(tǒng)對(duì)采集的原始數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲(chǔ)和管理，對(duì)數(shù)據(jù)的完整性、正確性進(jìn)行檢查和分析，提供數(shù)據(jù)異常事件記錄和功能，保證原始數(shù)據(jù)的性和真實(shí)性，提供完備的數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)機(jī)制。
       （4）開(kāi)放與兼容。系統(tǒng)采用分層架構(gòu)，模塊化結(jié)構(gòu)和低耦合設(shè)計(jì)，在各個(gè)應(yīng)用環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開(kāi)放性和兼容性，為第三方既有系統(tǒng)的接入和設(shè)備的集成提供相應(yīng)的軟硬件接口和協(xié)議轉(zhuǎn)換。
       （5）應(yīng)用控制安全。系統(tǒng)對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行高等級(jí)加密，系統(tǒng)中的設(shè)備、服務(wù)都按用戶的權(quán)限來(lái)配置重要的控制功能，只有授權(quán)的用戶才可以訪問(wèn)其權(quán)限對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，支持用戶的分級(jí)分權(quán)限登錄訪問(wèn)，保證了系統(tǒng)的訪問(wèn)安全和數(shù)據(jù)安全。
       （6）動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。系統(tǒng)可根據(jù)需要隨時(shí)增加用電安全智能傳感終端。服務(wù)平臺(tái)可在不停止服務(wù)的情況下，動(dòng)態(tài)加入新的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，平滑實(shí)現(xiàn)后臺(tái)數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)容升級(jí)。
3.2.硬件設(shè)備
       （1）電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器。多傳感器組合式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器能同時(shí)監(jiān)測(cè)被保護(hù)線路中的剩余電流值和溫度變化。由于電氣線路的超負(fù)荷、短路也是引起電氣火災(zāi)的關(guān)鍵因素之一，故增加了電流（負(fù)荷）的監(jiān)控；為了能夠同時(shí)兼容探測(cè)220V及380V電路，還采用了拓展功能，大能實(shí)現(xiàn)一路漏電、三路電流、四路溫度的監(jiān)控。
       （2）剩余電流傳感器。剩余電流互感器用來(lái)測(cè)量被保護(hù)線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）類型，圓形用于配電線路是電纜的環(huán)境，方形用于配電線路是銅排的環(huán)境。開(kāi)口式剩余電流傳感器能夠不斷電安裝，不影響用戶的正常用電。安裝時(shí)，監(jiān)控回路的零線火線同時(shí)同向穿過(guò)剩余電流傳感器，地線不能穿過(guò)剩余電流傳感器。
       （3）電流傳感器。電流互感器測(cè)量被保護(hù)線路中電流變化，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(jiān)控回路上。安裝時(shí)，每一條火線單獨(dú)穿過(guò)電流傳感器。
       （4）測(cè)溫傳感器。熱敏電阻或紅外測(cè)溫等原件組成的傳感器用來(lái)測(cè)量被保護(hù)線路中溫度的變化。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(cè)溫傳感器。
       （5）無(wú)線傳輸模塊。無(wú)線傳輸模塊用于探測(cè)器到云平臺(tái)直接通信傳輸?shù)倪B接。其類型有GPRS、NB、LORA等；采用RVS21.0mm2的雙絞線與探測(cè)器連接。1個(gè)無(wú)線傳輸模塊可以同時(shí)傳輸4個(gè)探測(cè)器32個(gè)通道的數(shù)據(jù)；與傳統(tǒng)的1個(gè)無(wú)線傳輸模塊只能連接1個(gè)探測(cè)器，傳輸8個(gè)通道的數(shù)據(jù)相比，節(jié)省了50%的費(fèi)用。
4實(shí)際應(yīng)用
       根據(jù)上述方案，研發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電氣火災(zāi)智能運(yùn)維管控系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于湖南省長(zhǎng)沙市某商業(yè)項(xiàng)目的電氣火災(zāi)監(jiān)控。該項(xiàng)目位于湖南省長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)梅溪湖新城核心，占地面積近200100m2，規(guī)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(qū)、酒店、公寓、寫字樓、住宅等商業(yè)形態(tài)于一體的城市綜合體，是電氣火災(zāi)監(jiān)控的和難點(diǎn)單位。
4.1針對(duì)性考慮
       了使安裝在該商業(yè)項(xiàng)目中的電氣火災(zāi)智能運(yùn)維管控系統(tǒng)能夠可靠工作，從以下方面做了設(shè)計(jì)改進(jìn)。
       （1）降額設(shè)計(jì)。所有電路元器件均按滿額的70%以下降額使用，以增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)本身動(dòng)態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性及對(duì)使用環(huán)境的耐沖擊能力。
       （2）容錯(cuò)設(shè)計(jì)。在數(shù)據(jù)通信、處理及存貯中，采用的容錯(cuò)技術(shù)，迅速糾正偶然錯(cuò)誤，保證數(shù)據(jù)的正確無(wú)誤。
       （3）標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。完成了軟件接口、電氣安全、模塊電路、工程施工等設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化。通過(guò)以上技術(shù)改進(jìn)，保證了該商業(yè)項(xiàng)目的電氣火災(zāi)智能運(yùn)維管控系統(tǒng)以更高的安全等級(jí)行。
4.2應(yīng)用分析
       系統(tǒng)應(yīng)用在20萬(wàn)m2大型美式Shoppingmall的店鋪的配電系統(tǒng)中，配電系統(tǒng)為TN-C-S系統(tǒng)，為三相五線制、結(jié)構(gòu)，用電末端安裝帶漏電單相雙空氣開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)在每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)（配電箱/柜）采用ST-D134系列電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)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)線傳輸模塊上傳電氣安全數(shù)據(jù)到云平臺(tái)上，共需要79臺(tái)ST-D監(jiān)控探測(cè)器、237個(gè)ST-DA電流互感器、316個(gè)ST-W溫度探測(cè)器、48臺(tái)無(wú)線模塊及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(zāi)智能運(yùn)維管控系統(tǒng)的效用
4.3.1情況1
       系統(tǒng)安裝時(shí)，發(fā)現(xiàn)L2層5號(hào)強(qiáng)電井存在線路擊穿的現(xiàn)象，線槽帶電并已打火花燒黑，如圖1所示。

圖1線路擊穿

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

圖2開(kāi)關(guān)反接

4.3.3情況3
       通過(guò)平臺(tái)分析，G層8號(hào)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(shè)備引起的。而L2層7號(hào)強(qiáng)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(shè)備引起。
5技術(shù)創(chuàng)新
       （1）實(shí)用性。系統(tǒng)將電氣火災(zāi)監(jiān)控與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)了24h電氣防火的遠(yuǎn)程管理，消滅了安全死角，大提升了管理部門對(duì)建筑物的管轄保護(hù)能力。
       （2）智能化。系統(tǒng)通過(guò)電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器采集、上傳數(shù)據(jù)，能實(shí)時(shí)傳輸電氣火災(zāi)監(jiān)控信息及火災(zāi)自動(dòng)信息，自動(dòng)分析數(shù)據(jù)，平臺(tái)即時(shí)展現(xiàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)。
       （3）易實(shí)施。系統(tǒng)項(xiàng)目施工中無(wú)需布線、穿墻，能夠快速、低成本地完成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，避免建筑物的受損；可隨意增減數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，便捷地改變網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，快速實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)容；系統(tǒng)運(yùn)行策略可以遠(yuǎn)程更換，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)；任何物聯(lián)節(jié)點(diǎn)都能接入既有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，使用者可根據(jù)需求更換傳感器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。
       （4）體系化。管理部門可以在計(jì)算機(jī)終端（PC端）和手機(jī)客戶端查看到新數(shù)據(jù)，執(zhí)行相應(yīng)操作。可為建筑物建立統(tǒng)一的安全保護(hù)數(shù)據(jù)管理體系，為火災(zāi)分析、防災(zāi)方案、用電安全等日常管理提供數(shù)據(jù)支持和保障。
6安科瑞物聯(lián)網(wǎng)電氣防火系統(tǒng)架構(gòu)和硬件選型
       安科瑞電氣推出的物聯(lián)網(wǎng)電氣防火系統(tǒng)采用的剩余電流互感器、溫度傳感器和電氣火災(zāi)探測(cè)器、故障電弧探測(cè)器和電氣防火限流式保護(hù)器，對(duì)引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素（導(dǎo)線溫度、電流、剩余電流、故障電弧等）進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員，指導(dǎo)企業(yè)實(shí)現(xiàn)時(shí)間的排查和治理，達(dá)到潛在電氣火災(zāi)安全隱患，實(shí)現(xiàn)“防患于未然”的目的。
       用戶可以利用PC、手機(jī)、平板電腦等多種終端實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)的訪問(wèn)，查詢包括系統(tǒng)信息、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)記錄等在內(nèi)的各種信息，使用方便。利用該系統(tǒng)為用戶提供的低成本服務(wù)，能有提升企業(yè)的消防安全管理和電氣設(shè)備安全水平，防范重大惡性火災(zāi)財(cái)產(chǎn)損失、尤其是重大惡性人員傷亡責(zé)任事故的發(fā)生。

       本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖所示：

6.1硬件配置：
       平臺(tái)服務(wù)器：建議按照我方提供配置標(biāo)準(zhǔn)購(gòu)買，或者客戶自己租用阿里云資源。
       硬件配置：（如申請(qǐng)阿里云可忽略）

       現(xiàn)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(cè)器和無(wú)線模塊分開(kāi)，可適用多回路

       配置針對(duì)1個(gè)回路，剩余電流互感器根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)回路電流大小選擇。

6.2運(yùn)行條件
1）瀏覽器運(yùn)行設(shè)備：
       臺(tái)式電腦（WindowsXP以上），安卓系統(tǒng)或IOS系統(tǒng)手機(jī)（android或IOS4.0及以上版本）。
2）瀏覽器端運(yùn)行環(huán)境：
       Windows系統(tǒng)下使用谷歌、火狐、360（速模式）等瀏覽器訪問(wèn)。
6.3主要技術(shù)指標(biāo) 
數(shù)據(jù)上傳頻率：2分鐘
通信方式：RS485、2G/3G/4G
并發(fā)訪問(wèn)量：>=10000
歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：>=3年
7結(jié)論
       基于物聯(lián)網(wǎng)電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)的使用，采用可視的數(shù)字化監(jiān)控模式，做到準(zhǔn)確、監(jiān)測(cè)用電戶線路中的漏電、電流、溫度等變化。一旦用電戶發(fā)生線路異常情況，系統(tǒng)能夠迅速發(fā)出信號(hào)并準(zhǔn)確報(bào)出故障點(diǎn)，便于電氣人員及時(shí)排除線路故障，將電氣火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)，起到預(yù)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(xiàn)意義上的遠(yuǎn)程監(jiān)控，充分體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電氣安全運(yùn)行監(jiān)控中的積作用。

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