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淺析電力儀表在樓宇建筑電氣安全中的應用

2023-08-11 13:31:04 來源：安科瑞陳芳芳

摘要：本文從電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)應用現(xiàn)狀，分析電氣安全事故隱患難以根除的原因入手，導出電氣安全與能效管理理念，通過探析電氣安全與能效管理系統(tǒng)的架構、功能和應用，得出結論：電氣安全與能效管理系統(tǒng)能及時有效地發(fā)現(xiàn)和消除“孤島”管理模式下存在的電氣安全事隱患，提高工作效率、降低樓宇建筑配電系統(tǒng)的運行維護成本，具有顯著的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：電氣安全；事故隱患；智能監(jiān)測；在線管理

1引言

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，配電系統(tǒng)在樓宇建筑特別是高層建筑中的比重也隨之加大。現(xiàn)代的建筑的功能越來越完善，變配電工程、空調工程、機電工程、電梯工程、消防工程等工程設施設備與建筑體相結合，敷設的電氣線路變得更為復雜，火災隱患明顯增多。近來來平均每年發(fā)生建筑電氣火災事故約5萬起，在火災事中的占比約30％，電氣全安成為建筑安全管理的重要內容。

2建筑電氣安全管理的現(xiàn)狀

建筑電氣安全管理涉及面非常廣，是公共場所建筑設施、多層建筑、高層建筑、工業(yè)企業(yè)廠房及古建筑安全管理的重要內容，以建筑消防為例，通過傳感器檢測監(jiān)測區(qū)域的煙霧濃度、溫度等指標，把這些指標轉化為電信號并控制消防系統(tǒng)動作，達到提高樓宇建筑中電氣安全性能的目的。近年來我國逐步推廣應用火災自動報警與聯(lián)動控制系統(tǒng)，有關資料顯示，我國已安裝的電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)超過100萬套，相應投入超過千億元，但總體效果還沒有達到理想要求，究其原因主要在以下三個方面。

2.1大量電氣安全隱患在電氣安全孤島化管理模式下難以根除

我們知道樓宇電氣安全涉及電力系統(tǒng)、運行維護、管理部門和電力用戶等環(huán)節(jié)，其中運行維護是重要的環(huán)節(jié)。目前運行維護人員多為臨時工，人員變動較為頻繁，在電工技能、技術手段和工作責任心等方面難以與電氣安全管理的要求還有一定差距，經常出現(xiàn)老的電氣安全隱患還沒發(fā)現(xiàn)、新的電氣安全隱患又進一步形成的現(xiàn)象。而電力管理部門掌握電力系統(tǒng)運行與安全信息的來源主要靠電工，電工如不匯報，管理人員很難發(fā)現(xiàn)電氣安全隱患，電氣安全隱患沉積增多，形成了運行維護環(huán)節(jié)“孤島化”模式。研究人員分析發(fā)現(xiàn)“孤島化”管理模式是電氣安全隱患得以存續(xù)的主要原因。

2.2缺乏與樓宇建筑低壓配電系統(tǒng)電氣安全管理相匹配的管理機制

近年，中國消費者協(xié)會、中國家電行業(yè)協(xié)會和國家標準化委員會等門部聯(lián)合對20多個城市開展居民用電環(huán)境調查，存在用電安全隱患的用戶占比高達75.9％。通過分析樓宇建筑低壓配電系統(tǒng)電氣安全管理的機制，發(fā)現(xiàn)：我國樓宇建筑低壓配電系統(tǒng)由沒有技術能力的業(yè)主敷設并管理，電力部門基本不涉足；消防部門主要是對樓宇建筑工程項目完工后做消防檢收，面樓宇低壓配電系統(tǒng)特別是居民戶內配電系統(tǒng)，屬于在消防檢收完結后業(yè)主開展的裝修工程；業(yè)主在進得裝修時又因技術知識及安全意識不足，難以做到樓宇低壓配電氣系統(tǒng)的安全管理。三方面的原因造成了樓宇建筑低壓配電系統(tǒng)的用電安全問題實際上處于“三不管”狀態(tài)。

2.3現(xiàn)有的監(jiān)測手段、技術措施與管理系統(tǒng)陳舊落后

監(jiān)測手段：如僅檢測溫度或漏電流，預測電氣安全隱患的效果較差，對于線路老化、接觸不良等電氣安全隱患難以預測。技術措施：例如技術參數(shù)的門限值存在人為調高門限值現(xiàn)象，監(jiān)測系統(tǒng)形同虛設；又如報警信息不直觀，不便于管理人員及時掌握存在的電氣安全隱患，提早處置；管理系統(tǒng)：很多樓宇電氣安全報警裝置沒有與自動報警與聯(lián)動控制系統(tǒng)對接并集中管理。

3電氣安全與能效管理

3.1樓宇建筑電氣安全與能效管理理念

面對電氣安全事故頻發(fā)的形勢，研究人員在對電氣安全事故的成因進行深入研究的基礎上，于近年推出提出建立“LZ電氣安全系統(tǒng)”（電氣安全與能效管理系統(tǒng)）。這是一種將建筑樓群（包括樓宇建筑、工業(yè)廠房、倉儲設施、公共站點等）內的低電壓配電系統(tǒng)與、運行維護、管理部門融合為有機聯(lián)系的整體，形成實時督導、監(jiān)測、預警和綜合評價的電氣安全與能效管理相結合的全新管理模式。這一管理模式在運行維護和管理人員與配電系統(tǒng)之間建立一個直接的信息通道，便于挖掘電氣安全隱患，降低電氣安全事故的發(fā)生。

3.2樓宇建筑電氣安全與能效管理系統(tǒng)的架構

電氣安全與能效管理系統(tǒng)的包括監(jiān)控中心、子系統(tǒng)、網絡和監(jiān)控終端等。以 LZ 電氣安全集中監(jiān)控與管理平臺為核心建立監(jiān)控中心；在各樓宇建筑配置子系統(tǒng)，進行多方位監(jiān)測與管理。子系統(tǒng)監(jiān)測的內容包括：是否有漏電流、是否有短路、電壓高低、是否過流、是否過載、是否缺相、線路是否老化等等。子系統(tǒng)通過互聯(lián)網與監(jiān)控中心聯(lián)結，管理人員和運行維護人員可通過電腦、手機等終端設備進行全過程多方位實時監(jiān)測。

3.3樓宇建筑電氣安全與能效管理系統(tǒng)的功能

樓宇建筑電氣安全與能效管理系統(tǒng)能實現(xiàn)提前發(fā)現(xiàn)、綜合分析、逐級預警、在線管理等功能。

(1)提前發(fā)現(xiàn)

該系統(tǒng)通過全過程多方位實時地采集建筑樓宇配電系統(tǒng)中的電氣技術參數(shù)，監(jiān)測電氣系統(tǒng)中的突發(fā)事件，分析配電系統(tǒng)中線路和設備的安全狀況，實現(xiàn)對短路、漏電、過壓、過流等技術指標以及線路老化、亂拉亂接等電氣安全隱患的提前發(fā)現(xiàn)。

綜合分析

LZ電氣安全集中監(jiān)控與管理平臺通過對系統(tǒng)中的電氣線路、設備及房間、樓層、樓棟的電氣安全狀況進行逐級分析，提示相關人員對電氣安全事故隱患及時地處置，以便將安全事故隱患消滅在萌芽狀態(tài)。

(3)逐級預警

將電氣安全分析的中的紅色預警信息以短信方式實時地向電氣運行維護人員推送，電氣運行維護人員收到預警信息后，在限定時段內處置并反饋處置結果，否則系統(tǒng)將進行二次警示。

(4)在線管理

管理人員和運行維護人員在終端設備上查詢、操作、管理，既提高了運行維護效率，又降低了勞動強度和管理成本。

3.4樓宇建筑電氣安全與能效管理系統(tǒng)的應用

樓宇建筑電氣安全與能效管理系統(tǒng)突破了現(xiàn)有用電安全管理和用電安全設備管理模式，可有效改善樓宇建筑的電氣安全狀況，降低了電氣事故率和運行維護成本，提高了運維效率。近 10年來，樓宇建筑電氣安全與能效管理系統(tǒng)應用于長沙市、懷化市、衡陽市等市的煙草分公司所屬的21棟建筑樓宇及長沙、株洲、駐馬店等地的移動分公司所屬的13棟建筑樓宇，共設置 1000多個監(jiān)測點，共捕獲并排除電氣安全事故隱患253起。這些電氣安全事故隱患包括過載、缺相、漏電、三相不平衡、跨接配電線路、零線地線混肴、線路老化、接觸不良。

4平臺介紹

AcrelEMS企業(yè)微電網系統(tǒng)通過在源、網、荷、儲、充的各個關鍵節(jié)點安裝監(jiān)測、分析、保護、治理裝置，通過高性能邊緣計算網關采集數(shù)據并上傳至企業(yè)微網平臺。平臺根據電網價格、用電負荷、電網調度指令等情況，調整各系統(tǒng)控制策略并遠程下發(fā)，使企業(yè)微電網始終合理穩(wěn)定運行，降低企業(yè)用電成本，實現(xiàn)能源互聯(lián)、信息互動。

4.1業(yè)務邏輯圖

4.2平臺架構

4.3組網結構

4.4平臺功能

4.5主要功能

4.5.1電力監(jiān)控

實現(xiàn)電力系統(tǒng)的五遙功能，根據現(xiàn)場情況進行頁面組態(tài)繪制配電一次圖監(jiān)視，能實現(xiàn)曲線趨勢分析，對電力參數(shù)進行集抄，查看綜保SOE事件，查看故障錄波，對電力參數(shù)進行平均值統(tǒng)計，對主要設備進行監(jiān)測如：直流屏、發(fā)電機、變壓器等。

4.5.2電能管理

提供用電集抄，用電統(tǒng)計，分時段用電統(tǒng)計，用電同環(huán)比分析，分組用電統(tǒng)計等功能。

4.5.3電能質量

提供電能質量的穩(wěn)態(tài)監(jiān)測，諧波頻譜圖分析，曲線分析，SOE事件，ITIC、SEMI容忍度曲線分析、故障錄波等功能。

4.5.4能耗分析

提供支路能耗統(tǒng)計，分組能耗統(tǒng)計，能耗折標統(tǒng)計，能耗同環(huán)比分析，能源流向圖等功能。

4.5.5分布式光伏

提供光伏電站運行監(jiān)視，逆變器運行監(jiān)視，電站發(fā)電統(tǒng)計，逆變器發(fā)電統(tǒng)計，光伏電站配電監(jiān)測，逆變器曲線分析等功能。

4.5.6檔案、運維

提供設備定義，設備檔案管理，設備保養(yǎng)報表，設備二維碼維護等功能。提供任務管理，巡檢記錄，缺陷記錄，消警記錄，搶修記錄，通知工單等功能。

4.6硬件選型

	型號規(guī)格	功能
	AWT100	支持串口MODBUS RTU協(xié)議的數(shù)據采集，并通過安科瑞平臺協(xié)議與安科瑞服務器通訊。
	ARTU系列	ARTU遙信遙控單元，負責對現(xiàn)場工業(yè)設備的狀態(tài)進行監(jiān)測和控制，分為開關量信號采集和繼電器輸出，用于執(zhí)行系統(tǒng)的遙控操作。
	ARD3M電動機保護器	測量三相電流、三相電壓、頻率、有功功率、有功電能、無功功率、無功電能、接地電流PTC等多種電參量。過載、斷相、堵轉、阻塞、不平衡、過壓、欠壓等多種保護。保護模式、直接起動、星三角、雙速等多種起動方式。標配10D1/6D0可編程，2路MODBUS-RTU通訊。
	ARD2F電動機保護器	能對額定電流范圍內的電動機進行起動超時、過載、堵轉、阻塞、欠載、不平衡、斷相等保護
	AEM96	三相電參量 (U、I、P、Q、S、PF、Hz、相序圖) ;正反向有功/無功電能、四象限電能、視在電能;實時需量(I、P、Q、S);當月電參量值(U、I、P、Q、S);基波及諧波電參量(U、I、P、Q)、三相電壓及電流的總、奇、偶諧波與2-63次諧波;電壓、電流不平衡度;電流規(guī)格3X1.5(6)A，有功電能精度0.5S級無功電能精度2級
	AEM72	三相電參量(U、I、P、Q、S、PF、Hz、cos中);正反向有功/無功電能、四象限電能、視在電能;實時需量(I、P、Q、S);當月電參量值(U、I、P、Q、S);基波及諧波電參量(U、I、P、Q)、三相電壓及電流的總、奇、偶諧波與2-31次諧波;電壓、電流不平衡度;電流規(guī)格3X1.5(6)A，有功電能精度0.5S級無功電能精度2級
	AGF	AGF-T穿孔式光伏匯流采集裝置是專門應用于智能光伏匯流箱，用于監(jiān)測光電池陣列中電池板運行狀態(tài)，組串電流測量，匯流箱中防雷器狀態(tài)采集、直流斷路器狀態(tài)采集、裝置帶有RS485接口可以把測量和采集到的數(shù)據和設備狀態(tài)上傳。
	ATC600無線測溫	工作電源:AC/DC85~265V或DC12~48V 安裝方式:35mm導軌安裝通訊方式:一路RS485接口，Modbus協(xié)議報警接口:2路D0
	ARTM-Pn無線測溫	ARTM-Pn無線測溫裝置:ARTM-Pn無線測溫裝置可以單獨安裝在高壓柜、低壓抽屜柜內，每臺裝置可以接收18個傳感器的數(shù)據，傳感器型號可選配ATE100、ATE200、ATE300。裝置帶有一路485接口，可將采集到的溫度數(shù)據上傳到監(jiān)控中心。
	ACR系列	該系列儀表能測量所有的常用電力參數(shù)，如三相電流、電壓，有功、無功功率，電度，諧波等，并具備完善的通信聯(lián)網功能，非常適合于實時電力監(jiān)控系統(tǒng)。
	APM系列	APM系列網絡電力儀表按IEC標準設計，具有全電量測量，電能統(tǒng)計，電能質量分析及網絡通訊等功能，主要用于對電網供電質量的綜合監(jiān)控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設計，當客戶需要增加開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網通訊時，只需在背部插入對應模塊即可。
	DDS	單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向有功電能統(tǒng)計，正反向無功電能統(tǒng)計;電流規(guī)格:直接接入10(60)A，有功電能精度1級，無功電能精度2級
	DDSD	單相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量;紅外通訊;電流規(guī)格:直接接入10(60)A，有功電能精度1級無功電能精度2級
	ADL200	單相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量;電流規(guī)格:直接接入10(80)A，有功電能精度1級，無功電能精度2級
	ADL400	三相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計;電流規(guī)格:經互感器接入3X1(6)A，直接接入3X 10 (80)A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級;2-31次分次諧波及總諧波分析 (H)
	ACR10R	外置開合式互感器的導軌式多功能電力儀表，適用于冶煉、鋼鐵、電焊、半導體等高能耗行業(yè)的節(jié)能改造工程，也適用于分布式光伏并網柜的功率監(jiān)測、電力需求側管理等應用。具有無需拆一次母線、接線簡單方便、施工安全，為用戶節(jié)約改造成本等特點。它集成全部電力參數(shù)的測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率、頻率、功率因數(shù))以及電能監(jiān)測和考核管理。
	ADW200	ADW2xx系列導軌式多回路電力儀表主要用于低壓三相回路全電參量測量，同時可選擇四個回路的電流輸入。可直接或間接測量電壓、電流、功率、功率因數(shù)、相角、不平衡度、諧波等參數(shù)。還可通過其RJ45接口擴展輔助功能，實現(xiàn)DI、DO、測溫、剩余電流測量，以及2G、4G、LoRa、LoRaWan、NB-Lot無線通信功能。
	ADW210	ADW2xx系列導軌式多回路電力儀表主要用于低壓三相回路全電參量測量，同時可選擇四個回路的電流輸入。可直接或間接測量電壓、電流、功率、功率因數(shù)、相角、不平衡度、諧波等參數(shù)。還可通過其RJ45接口擴展輔助功能，實現(xiàn)DI、DO、測溫、剩余電流測量，以及2G、4G、LoRa、LoRaWan、NB-Lot無線通信功能。
	DJSF1352直流電能表	直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量;8位LCD顯示;紅外通訊;電壓輸入可到1000V，電流外接分流器接入· (75mV)或爾元件接入 (0-20mA、0-5V):電能精度1級

5結語

樓宇建筑電氣安全與能效管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)的電氣監(jiān)控系統(tǒng)截然不同，是一種基于泛終端的具有互聯(lián)網功能的排除電氣安全事故隱患的技術方案，是管理創(chuàng)新與現(xiàn)代信息技術融合的全新概念，能實現(xiàn)電氣監(jiān)測、控制、運行維護的全過程、自動化、一體化管理，能克服傳統(tǒng)電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)的缺陷，及時有效地發(fā)現(xiàn)和消除“孤島”管理模式下存在的電氣安全事隱患，提高工作效率、降低樓宇建筑配電系統(tǒng)的運行維護成本，具有顯著的經濟效益和社會效益。

參考文獻

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