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淺析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電氣火災(zāi)系統(tǒng)中的應(yīng)用
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,我電氣火災(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,我共發(fā)生電氣火災(zāi)事故64.1萬起,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)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)中電氣防火委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),漏電、過載、短路、接觸導(dǎo)致的線纜溫度過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)步。
(3)撲救困難。電線或電氣設(shè)備著火時(shí)般在其內(nèi)部,看不到起火點(diǎn),且不能用水來?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,帶來不可預(yù)計(jì)的損失。
2.3.當(dāng)預(yù)防電氣火災(zāi)的難點(diǎn)
(1)故障不及時(shí),無自動(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→空氣開關(guān)/漏電開關(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、空氣開關(guān)提供短路和過載保護(hù),漏電開關(guān)可以提供漏電保護(hù),組合式的空漏開關(guān)提供了上述三種保護(hù)功能。傳統(tǒng)漏電開關(guān)、空氣開關(guān)的主要在于:
(1)傳統(tǒng)開關(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)開關(guān)普遍只具備短路、漏電以及過電流保護(hù),當(dāng)線路出現(xiàn)過載、過壓、欠壓、誤合閘等其他問題時(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)開關(guān)因采用機(jī)械式偏心移位分?jǐn)嚯娫矗謹(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)用電安全監(jiān)測(cè)的難點(diǎn),需要種成熟的、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)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Internet訪問系統(tǒng),查看和操作相應(yīng)權(quán)限內(nèi)的內(nèi)容信息,用戶也可通過在智能手機(jī)上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)登錄訪問。
(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)超過閾值的數(shù)據(jù)進(jìn)行即時(shí),并通過短信、郵件、電話等方式通知相關(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)的開放性和兼容性,為三方既有系統(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)限來配置重要的控制功能,只有授權(quán)的用戶才可以訪問其權(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,保證了系統(tǒng)的訪問安全和數(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,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)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)同向穿過剩余電流傳感器,地線不能穿過剩余電流傳感器。
(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,般有開口式、閉口式兩種型式。開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),每條火線單獨(dú)穿過電流傳感器。
(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/柜安裝個(gè)環(huán)境溫度的測(cè)溫傳感器。
(5)無線傳輸模塊。無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m2,總投資40億元,是集20萬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,通過無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關(guān)進(jìn)線出線接反(見圖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開關(guān)反接
4.3.3情況3
通過平臺(tái)分析,G層8號(hào)井總開關(guān)存在漏電,且漏電值從早上開業(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)電井金釜山總開關(guān)存在漏電,而且漏電值從早上開業(yè)之后變大,到晚上打烊后變小,說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??蔀榻ㄖ锝⒔y(tǒng)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)采用自主研發(fā)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,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:100A以下回路,開口式互感器
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)器和無線模塊分開,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 火狐、360(速模式)等瀏覽器訪問。
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。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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作者簡(jiǎn)介:繆建梅,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要從事電氣防火限流式保護(hù)器的研發(fā)與應(yīng)用