中小學校安全用電監管雲平台設計

簡婷

韦德1946网址 上海嘉定  201801

摘  要：中小學校是培養(yang) 未來人才的重要場所，但中小學校存在人流密集、學生安全意識不到位、用電設備多、宿舍惡性負載管理難等問題，使得近些年用電安全和電氣火災事故頻發。通過物聯網和雲(yun) 計算技術，建設統一的中小學校安全用電監管雲(yun) 平台，可配合各類物聯網傳(chuan) 感器，對中小學校的用電安全進行不間斷的監視，對電氣火災隱患及危害提前預警，預警信息實時推送，管理人員可通過網站、App、小程序等方式訪問，實現了學校用電安全監控的無人值守，大大方便了教育部門對於(yu) 轄區學校的用電安全管理。主要分析了中小學校安全用電監管雲(yun) 平台的設計及相關(guan) 物聯網硬件。

關(guan) 鍵詞：安全用電；中小學校；智慧用電；惡性負載識別

      隨著各地中小學校建設的智能化程度不斷提高，各種用電設備都處於(yu) 學生的可接觸範圍內(nei) ，由於(yu) 學生的安全意識普遍較薄弱，加之校園內(nei) 人員密集，用電安全隱患日益顯露。目前，中小學校麵臨(lin) 的用電安全隱患包括如下幾方麵。

      一是宿舍、辦公室、實驗室等區域存在惡性負載、大功率電器使用、年久失修等各種情況，導致漏電風險較大，絕緣皮老化現象嚴(yan) 重，甚至存在線頭裸露情況。

      二是實驗室、教室等區域預留插座不足，導致經常出現增加新設備後私拉亂(luan) 接電線的情況。

      三是宿舍區電源插座較多，違章私拉亂(luan) 接現象比較嚴(yan) 重。

      四是變壓器過負荷運行，存在電氣線路老化破損現象和異常發熱現象。

      五是電瓶車違規充電，易導致插座接觸不良，引發短路起火。

      六是學校倉(cang) 庫、食堂廚房、實驗室等電器管理不善，容易引起火災。

      七是可燃性氣體(ti) 累積、使用明火、吸煙等都會(hui) 增加火災隱患。

      2017年，教育部辦公廳頒布了《關(guan) 於(yu) 開展教育係統電氣火災綜合治理自查檢查的通知》。針對以上種種安全隱患，結      合教育部的指導政策，應用物聯網、雲(yun) 計算和大數據等技術，建設中小學校安全用電監管雲(yun) 平台（簡稱雲(yun) 平台），有效解決(jue) 了學校電氣線纜老化，有些學校沒有專(zhuan) 業(ye) 電工、無法通過肉眼排查細微的電氣隱患，部分隱蔽工程年久失修造成隱患積累等難題。將發現的安全隱患和報警信息通過雲(yun) 平台實時向管理人員發送預警信息，通過信息化手段指導中小學校開展電氣火災治理，發生緊急情況時時間進行處理，是“科技興(xing) 安"的重要組成部分。

      將分布廣泛的各學校場景的物聯網硬件通過網絡進行不間斷的數據采集和監控，通過大數據開展隱患分析和預警分析，建設雲(yun) 平台，能將一個(ge) 區域內(nei) 的多種學習(xi) 活動納入同一個(ge) 平台進行管控(見圖1)。

圖1    雲(yun) 平台界麵展示

一、雲(yun) 平台的係統架構

雲(yun) 平台采用分層結構進行設計，包含物聯網設備層、雲(yun) 服務層和應用服務層，詳細拓撲結構見圖2。

圖2    雲(yun) 平台的結構

      雲(yun) 平台通過4G/光纖/NB-IoT網絡接入電氣火災探測器、故障電弧探測器、電氣防火限流式保護器、惡性負載管控表以及帶NB通信功能的煙感探測器、可燃氣體(ti) 探測器等設備，實現電氣安全監測信息，並通過雲(yun) 平台的搭建，實現App、短信、微信公眾(zhong) 號等的信息推送，或者以語音呼叫方式實時報警。

      可以在教學樓、辦公樓、圖書(shu) 館、宿舍樓、食堂等建築樓層的配電井、配電箱進出線回路中設置電氣火災探測器，在食堂、實驗樓等位置設置煙感探測器和可燃氣體(ti) 探測器，在教室照明插座回路、學生宿舍和教職工宿舍等處設置故障電弧探測器和惡性負載管控表。

1.電氣火災探測器能實現的功能

      實時監測：電流、電壓、頻率、功率因數、有功功率、無功功率、視在功率。

      漏電電流監測：1路漏電電流。

      溫度監測：4路溫度監測。

      電氣火災預警：針對電流過載、電壓欠壓、電壓過壓、漏電電流過大、導線溫度過高等現象。

2.故障電弧探測器能實現的功能

      故障電弧報警。

3.惡性負載管控表的功能

      特點：具有一進三出、一進四出、一進五出等接線方式。

      計量：可對進線、分支出線電能計量，計費管理。

      管理功能：惡性負載識別、定時開關(guan) 控製、分路控製、功率控製。

      惡性負載管控表可安裝在宿舍樓的各個(ge) 房間末端，能夠有效識別學生在宿舍內(nei) 使用大功率電器、發熱類電器和其他違規電器等惡性負載，進行實時報警，預防學生宿舍電器使用不當造成的電氣火災事故。

4.電氣防火限流式保護器能實現的功能

      短路保護：短路時可實現快速限流保護，保障人身安全，發生事故前可實現“微秒級"防護。

      監測預警：針對電流過載、電壓過壓和欠壓、導線溫度過高、漏電電流過大等現象。

      與(yu) 漏電保護開關(guan) 或故障電弧探測器相比，電氣防火限流式保護器能夠在發生觸電等安全事故前就進行防護，有效防止事故的發生。

      對此，GB  51348—2019《民用建築電氣設計標準》、上海市工程建設規範DGJ  08—2048—2016《民用建築電氣防火設計規程》、江蘇省地方標準DB32/T  3698—2019《建築電氣防火設計標準》和DB 32/T  3904—2020《電動自行車停放充電場所消防技術規範》中，都明文規定了電氣防火限流式保護器的安裝配備要求。

二、雲(yun) 平台的係統功能設計

1.設備數據傳(chuan) 輸子係統

      數據網關(guan) 與(yu) 設備通信：數據網關(guan) 與(yu) 監控設備使用485連接通信，網關(guan) 實時數據采集和監測參數報警。

      物聯網設備與(yu) 雲(yun) 端通信：設備或數據網關(guan) 與(yu) 雲(yun) 服務器使用TCP協議加密通信。

2.雲(yun) 端數據采集子係統

      信息推送服務：產(chan) 生報警提醒，進行App、短信、郵件等推送。

      數據存儲(chu) 解析：接收設備上傳(chuan) 的實時數據，解析存儲(chu) ，數據存儲(chu) 模塊使用內(nei) 存數據庫、關(guan) 係型數據庫和文件數據庫相結合的模式。

      控製命令下發：將控製命令下發給監控設備，由監控設備對設備本身或者斷路器進行控製，如分合閘或參數修改等。

3.WEB應用服務

      實時數據監控：係統對漏電電流過大、溫度過高、電流過載、電壓過壓和欠壓、故障電弧監測、短路等電氣故障進行實時監控，發生故障時實時報警。建議接入電氣火災探測器、故障電弧探測器、電氣防火限流式保護器、NB煙感探測器、NB可燃氣體(ti) 探測器等，使係統可以實現遠程遙控各種探測器。

      數據和隱患分析：為(wei) 用戶提供參考價(jia) 值，杜絕隱患，係統提供曆史曲線和報警信息查看功能。

      遙控功能：對監控回路的分合閘、遠程複位進行遙控操作，能夠設置報警漏電電流、報警溫度、報警電壓、開關(guan) 量輸入輸出等參數。

      報警提醒：報警啟動時，可實時對管理人員進行短信、郵件、App推送，語音電話等。

      權限管理：雲(yun) 平台通過對用戶類型實施分級管理可實現更高水平的信息安全管理。擁有相應授權的用戶可以對授權範圍內(nei) 的項目、設備、探測器等監測數據和運行情況進行查看、修改，從(cong) 而提高係統整體(ti) 安全性。

      數據分析：針對采集的數據進行各種模型分析和報告，為(wei) 客戶消除安全隱患；提供能耗分析。

      巡檢管理：可以製訂巡檢計劃，巡檢人員可使用手機NFC芯片、二維碼掃描、GPS定位等巡檢打卡，進行運維上報，形成巡檢記錄。

      用戶報告：係統按單個(ge) 學習(xi) 項目提供每個(ge) 月的用戶分析報告並支持打印。

三、雲(yun) 平台係統的意義(yi) 及收益

      雲(yun) 平台能夠將中小學校的用電安全數據納入雲(yun) 端大係統進行統一管控，對校舍各級配電可能出現的漏電電流過大、溫度過高、電流過載、電壓過壓和欠壓、故障電弧監測、短路等電氣故障進行實時監控、報警、記錄，同時為(wei) 學生宿舍的惡性負載識別和管理也提供了解決(jue) 方案，能夠通過大數據分析，及早預防排查和報警處理。另一方麵，雲(yun) 平台還能提供大數據存儲(chu) 、能源分析和隱患報告分析服務，能有效利用大數據分析中小學校用電安全的趨勢。此外，雲(yun) 平台通過雲(yun) 端進行集中式管理和監控，這使得教育部門和消防部門可以隨時了解區域內(nei) 各學校安全隱患的存在情況，從(cong) 而對采集的信息進行統一的監控和聯動。

      雲(yun) 平台為(wei) 教育部門和消防部門提供了一個(ge) 行之有效的預警平台建設範式，統一的大平台建設，也讓每一所學校都能夠隨時隨地看到自身的安全用電情況，避免重複投資。

參考文獻

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作者簡介：簡婷，女，本科，現就職於(yu) 韦德1946网址，主要研究方向為(wei) 建築能耗監測係統。