浅谈高校公寓安全用电管理系统的应用与探索

　　1高校学生宿舍用电管理现状

　　高校学生宿舍是学生学习、生活的重要场所，因此高校学生宿舍就成为学校安全事故的多发地段，并成为学校安全管理工作的难点，因此加强学生宿舍的安全管理是宿舍管理工作的核心。据调查了解，高校学生宿舍存在的安全隐患问题可以归纳为以下方面：

　　（1）学生安全意识淡薄，对宿舍用电安全缺乏足够的认识，对学校的各项安全用电管理制度持抵触态度。首先大功率违章电器屡禁不止，冬天的电热毯、电取暖器，夏天的电风扇，日常的电热水壶、热得快，做饭的电饭煲、电磁炉，由于学生宿舍的供电线路和设备是按照普通照明用电设计的，在人员密集区中使用大功率电器使本来设计负荷小的线路和设备承载着超大负荷易引起线路设备着火。另外在使用大功率电器时由于通电后遗忘或放置不当等原因引燃附近的易燃物。在宿舍内私拉电线现象也比较严重。电线经常被拖来拖去造成绝缘层损坏接头松动极易造成线路短路或因接触不良发热而起火。

　　（2）高校管理人员对学生宿舍安全用电工作认识不到位，大多数管理人员对此存一种侥幸心理，认为火灾不会发生在自己身边。负责用电安全管理的部门，在执行检查时，力度不够强。学校的违规电器检查工作大多数都是学生干部在做，这样会形成一些死角，使得检查不深入、不细致。对查到的违规电器使用者，学校又出于对学生发展的考虑，总是对其轻描淡写的处理一下就完事了，这也表明学校的相关管理部门对安全用电工作认识不到位。

　　（3）用电线路随意拉扯，线路负荷与用电设备的不匹配，导致的安全事故时有发生。如高校代步电动车充电没有合理规范的充电场所。

　　2安全用电管理应对措施

　　（1）加强宣传教育,对学生进行多种形式的安全教育工作是保障高校宿舍安全用电管理工作的关键。

　　（2）加强设备管理，完善学生宿舍设备设施，提供公共区域的电吹风、饮水机（热开水）、洗衣机等。提高了学生生活品质，同时安全也有保障。

　　（3）加强宿舍内部用电管控，通过智能电表，对宿舍用电进行回路改造，每个用电回路进行相应特点的用电管理，对于出现违规设备的接入，给与及时有效的用电保护。

　　（4）提供智能化分析云平台，对非安全用电的行为及时推送宿舍管理人员。并通过大数据提供系统分析，对宿舍用电电器以及用电行为进行诊断；对线路线损进行分析；对学生用电行为进行分析。

　　（5）加强宿管安全用电管理培训，提高宿管人员安全素质及操作。

　　（6）定期检查线路巡更，检查线路老化、脱落等。

　　3高校安全用电智能硬件设备

　　在用电安全问题上，宿舍智能化的硬件设施的建设尤为重要，它可以在一定程度上杜绝用电安全隐患，减少管理人员工作，减轻宿舍管理难度。目前，随着经济的快速发展科学技术不断的提高，进入校园学生公寓的用电器也越来越多，空调、热水器等大功率电器也成为了学生公寓的标配，这些设备的接入，让校园用电环境更加复杂，加之传统的单回路式智能电表已经不能满足当前校园用电管理的需求，使得公寓管理难度越来越大。在这样的环境下，分路管理控制的需求导致了两路三控式智能电表应运而生，其结构框图如 1。两路三控式智能电表，即两路独立计量，三路用电独立控制。在满足单回路式智能电表所有功能外，其两路计量具备独立的电价方案，且支持两路独立扣费与合并扣费，使扣费模式更灵活。三路用电独立控制，实现用电控制更方便。除此之外其内部还具备高速 AD 采样芯片，对电压、电流波形进行实时采集、分析，用于能效指纹识别，可以实现有针对性的限制非授权设备的使用。目前应用环境主要是对空调的独立控制，对插座的独立控制，以及对照明的独立控制，这样的应用与设计方式，使得学生公寓管理更智能、更安全。

图1：结构框图

　　4非授权用电设备的识别

　　（一）实验室建设对少量的数据进行分析得到的结果，是比较片面的，不足以证明实验结果的准确性，所以需要对大量的数据进行分析，因此对实验室的建设是不可或缺的。通过模拟校园用电环境，在实验室中布置了变频空调、定频空调、电吹风、热得快、热水壶、微波炉、笔记本电脑、台式机电脑、多功能电热锅、电磁炉、电饭煲、电饭锅、饮水机、电热毯、电风扇、可调插座等用电设备。

　　（二）数据采集与传输采用分辨率为16bit，采样率为6.4KHz 的两路完全独立的二阶 ∑-ΔADC 对功率变化前、后的电压波形、电流波形进行同步采样，并通过数据集中器等设备，将采集的波形数据实时传输至后台服务器。

　　（三）识别方法能效指纹是通过生物指纹衍生而来，它是通过对用电设备的电流波形数据进行分析，而提取出的特征值。利用存档的能效指纹与接入的用电设备的能效指纹进行比对，从而实现对用电设备种类的识别，即能效指纹识别。

　　（四）初步成果通过对用电设备电压、电流波形数据的实时捕捉与数据的远程交互，在后台利用谐波分析法、BP神经网络法、波形相似法等，实现了对用电设备能效指纹的提取，从而达到对用电设备种类的识别，其识别率高达99%。

5物联网以及系统大数据分析诊断

　　每一台智能电表具备了一个固定RS485通讯端口和可热插拔的通讯模块端口。安装是集中式，通过布置有线 RS485 连接的方式进行通讯；安装是分散式，通过热插拔模块的微功率自组网方式进行通讯；从而保证每一台设备都能够稳定、时效、准确地将数据和状态反馈给系统。系统可以根据表计终端的状态或者通过终端反馈的数据进行分析，对于重要的报警信息可以进行微信推送，也可以进行 WEB 端报警显示。右图是微信针对管理员对学生公寓违规电器的信息推送，表计能够智能识别判断线路上的用电负载，可以对增量属性进行判断，总负荷进行管控，当可能存在安全隐患的时候，会进行跳闸断电，并将信息进行记录，系统会向管理员推送报警信息，做到事故可查、可追溯、可管理。

　　6安科瑞宿舍用电管理系统及选型

　　6.1 系统方案

　　  高校宿舍作为一个特殊应用场合，在传统的电能管理需求的基础上有着与其他应用场合所不同的要求，强调的是用电控制管理，如宿舍的时间管理（按时熄灯、按时送电，某一些设备如空调不能纳入熄灯范围）、恶性负载控制、基础电量设置等。系统建设的意义：

　　  方便学校对宿舍的用电收费，学生群体众多，传统的后付费方式已无法满足校方需求，收费管理可与校园一卡通对接，学生可以自助缴费。

　　  通过技术手段加强对宿舍的用电管理，可实现时间定时控制、恶性负载检测、基础电费下发等适合学校规范管理的功能。

　　  人性化的方案设计，可实现单一宿舍内的多个支路的独立控制，让学生可获得更高质量的宿舍生活提供了支持。

　　  恶性负载控制（如卷发棒、电吹风、电炉、热得快、电热杯等实施自动识别控制）、夜间小功率设置、移相插座识别、负载学习功能（白名单）。

　　6.2系统结构

　　  AcrelCloud-3100整合高校需求，在原有预付费基础上增加了宿舍电能管理所需的各种功能，解决了高校宿舍电能管理问题。

        6.3系统功能

　　  AcrelCloud-3100学生宿舍版预付费云平台是与ADM130（一进三出）或ADF300L（多回路计量箱）预付费电能表配套的云平台。它是以电能管理网站和集中抄表软件为主，包括服务器，通讯管理机在内的集成系统。针对高校宿舍这一特殊应用场合研发，主要实现电能监控、时间管理、恶性负载管理、预付费管理等在高校宿舍中存在的特殊需求。

　　批量操作：系统支持对宿舍进行批量设置，批量初始化、批量下发基础电量、批量设置负控、批量设置时控等，方便学校进行统一管理。

　　恶性负载自动识别控制：对不允许使用的发热电器（如电炉、热得快、电热杯等）实施自动识别控制，发现这些发热电器自动断电。恶性负载暂停时间和次数可通过软件设定。

　　基础电费：可以设置每月给学生下发的免费辅助电费，覆盖式下发，不累计。

　　时间控制功能：支持最多8个时段设置宿舍供电断电，方便管理学生宿舍作息 。

　　对接一卡通支付：系统支持中间库，接口等方式对接学校一卡通，方便学生自助购电 。

　　一进三出：ADM130电表支持最多三回路输出，各回路单独分合闸、恶性负载、时控等设置。

　　远程售电：操作员可以通过后台给宿舍进行电费充值，学生也可以通过学习一卡通、学校微信公众号进行自助充值。

　　远程集中抄表：抄表信息通过网关实时上传到云平台，快速便捷，免去人工抄表 。

　　远程控制：可对任意一块电表执行远程拉闸或保电等一系列远程控制操作，方便管理。

　　6.4系统设备选型

7安科瑞故障电弧产品介绍

　　7.1概述

　　故障电弧探测器（以下简称探测器）对接入线路中的故障电弧（包括故障并联电弧、故障串联电弧）进行有效的检测，当检测到线路中存在引起火灾的故障电弧时，可以进行现场的声光报警，并将报警信息传输给上端监控设备，以实现预警火灾发生的目的。故障电弧探测器适用于工业与民用建筑中10KW及其以下的电气线路，其保护线路长度不宜大于100米。

　　产品遵循国标GB 14287.4-2014，可适用于养老院、学校、商业建筑、宾馆、工厂、库房、图书馆、办公室、家庭住宅、以及娱乐场所等。

      7.2 技术参数

       7.3 功能应用

　　（1）故障电弧检测 故障电弧探测器对接入线路中的故障电弧（包括故障并联电弧、故障串联电弧）进行有效的检测，当检测到线路中存在引起火灾的故障电弧时，发出声光报警信号。

　　出厂默认电流保护设定值为2.5A，联动DO开关打开。

　　（2）自检功能 探测器具备自检功能，在主界面下长按/自检键，系统将进入自检状态，查看设备是否完好。

　　（3）消音功能 在报警状态下，长按消音键，探测器报警声音消除。

　　（4）报警复位（解除报警）当发生报警时，可通过长按复位解除报警；如果在进行复位操作后未排除报警故障，探测器将再次进入故障报警状态。

　　（5）集中监控 集中监控计算机通过RS485，接受现场采集信号，发出报警信号及控制指令。采用Modbus-RTU 协议通讯，通讯距离为500米，同一链路可监控32台探测器。

　　【参考文献】

　　[1] 金曦.当前高校学生宿舍消防安全管理现状分析及对策[J].高教高职研究 ,2011,3.

　　[2] 林进鹏.高校公寓安全用电管理新探[J].2017

　　[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019.11版

        作者简介：

        耿敏花，女，本科  江苏安科瑞电器制造有限公司，主要研究方向为智能电网供配电