物聯(lián)網技術下的智能施工用電系統(tǒng)設計

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摘要：在電力施工作業(yè)現場，臨時用電系統(tǒng)缺乏必要的遠程防護和狀態(tài)監(jiān)測設備，施工用電人員專業(yè)素質參差不齊、操作方法各異，極易造成人身觸電、電氣火災和設備損壞等事故，是潛在安全隱患較多的重大危險源之一。針對以上安全痛點，基于物聯(lián)網技術設計了一種智能施工臨時用電系統(tǒng)，提升了電力現場作業(yè)的安全用電管控水平。

關鍵詞：物聯(lián)網；智能施工；臨時用電系統(tǒng)

引言

電力施工作業(yè)現場的臨時用電系統(tǒng)遵循三級配電、兩級保護的原則配置，其中一、二級配電箱均需上鎖并由專人管理，施工人員要確保超過3h無工作時須將電源切斷，且每天開工前應通過手動試驗確保漏電保護器可以正常工作。當配電箱存在箱體帶電、溫度過高、潮濕、積水等問題，現場施工人員在配電箱內接線，容易發(fā)生了意外觸電，而配電箱內空開未跳開或者拒動未能及時將電源切除時，將引發(fā)人身設備安全事故。此外，對于施工人員而言，有些故障點不易發(fā)現，將埋下很大的安全隱患，例如，當保護零線、地線的接線端子連接不可靠的情況下電阻過大，雖然設備可以照常工作，但不容易發(fā)現故障點，漏電情況一旦發(fā)生，再加上故障點接頭松弛或腐蝕等，極易出現高阻，在其局部產生過多熱量，并且在連接端子處也會產生電弧、高溫，造成周圍可燃物質被引燃，燒壞電氣設備，導致火災事故的發(fā)生。如果對施工現場臨時用電狀態(tài)進行實時在線監(jiān)控，就可以降低臨時用電安全事故發(fā)生的概率。

1物聯(lián)網與作業(yè)現場臨時用電安全管控

1.1物聯(lián)網概述

物聯(lián)網是把所有物品通過信息傳感設備與互聯(lián)網連接起來進行信息交換和通信，即物物相連、物物相息，以實現智能化識別和管理的技術[1]，通常包括3個層面：1）感知層（主要利用信息傳感器、射頻識別等各種裝置與技術，實時采集熱、電、力學、位置等各種信息）；2）網絡層（利用互聯(lián)網進行“物與物、物與人”的泛在連接，實現“物－網”相連）；3）應用層（對感知層進行采集，通過網絡層上傳的數據，利用云計算技術進行計算分析，實現物的智能感知、識別和管理）。

1.2作業(yè)現場臨時用電安全管控與物聯(lián)網應用

分析作業(yè)現場臨時用電安全事故，總結事故發(fā)生的原因，其很大程度上是制度執(zhí)行的基礎工作不到位，此點目前主要由人為管控。但是作業(yè)管理流程多，全面監(jiān)管難度和工作量較大，且各監(jiān)管部門通過不同平臺實施管理，缺乏統(tǒng)一、高效的一體化信息管理平臺來實現數據的有效銜接，導致管控效率不高。如圖1所示，在安全管控的關鍵流程與環(huán)節(jié)，均設置物聯(lián)網監(jiān)控信息點，覆蓋整個三級配電系統(tǒng)，全方位部署物聯(lián)網監(jiān)控網絡，通過一體化平臺，實現全面的實時監(jiān)控，有效提高管控效率。

2智能施工臨時用電配電箱概述

為解決作業(yè)現場傳統(tǒng)地臨時用電配電箱無法實現遠程防護和狀態(tài)監(jiān)測的問題，需要設計一種能夠將配電箱內的運行參數及環(huán)境數據傳輸至終端并可接受遠端指令的智能施工臨時用電配電箱。如圖2所示，該配電箱主要由箱體、數據采集裝置、控制電路板等組成。

2.1箱體

配電箱的箱體上設置有LCD顯示屏、緊急按鈕、溫濕度傳感器、空氣開關、蜂鳴器、指示燈等元器件，LCD顯示屏通過控制電路板上的單片機與顯示電路相連。

2.2數據采集裝置

采集數據主要包括交流電流、交流電壓、空氣開關狀態(tài)、箱門狀態(tài)、箱體是否帶電、溫濕度等。進線開關的一端與配電變壓器的低壓側相連，進線開關的另一端依次通過進線電流互感器、進線電壓端子、出線開關、出線電流互感器、出線電壓端子與負載相連，進線電壓端子和出線開關之間設置有無功補償單元，進線電流互感器還與A/D轉換器的輸入端相連。

2.3控制電路板

控制電路板主要由A/D轉換電路、單片機、無線通信單元、溫度調理電路、濕度調理電路等組成。A/D轉換電路的輸入端與數據采集裝置、溫度調理電路、濕度調理電路相連；A/D轉換器的輸出端與單片機的輸入端相連；單片機的輸出端通過無線通信單元與移動終端通信連接，通過二次電線與配電箱本體“緊急按鈕”、蜂鳴器和指示燈相連；無線通信單元通過專用收發(fā)器與移動終端通信連接；云存儲單元與專用收發(fā)器通信連接；溫、濕度傳感器通過溫、濕度調理電路與A/D轉換電路的輸入端相連。

3物聯(lián)網管控平臺核心技術概述

3.1基于無線通信模塊的安全用電監(jiān)控系統(tǒng)

基于施工現場作業(yè)具有點多、面廣、周期短等特點，管理部門無法全過程、全天候、零距離監(jiān)管作業(yè)現場，設計一套基于無線通信模塊的智能施工臨時用電系統(tǒng)是有必要的。無線通信模塊的應用使得監(jiān)控不再受限于地域，讓任意地點、任意時間、分布式、遠程監(jiān)控、集中控制成為可能，作業(yè)現場的實時數字化數據也為大數據分析和實時決策提供了有力支撐。智能施工臨時用電系統(tǒng)遠程監(jiān)控構架如圖3所示。該系統(tǒng)基于4G和Wifi網絡，通過無線通信模塊傳輸數據，通過管理軟件實現基于網絡的點對點、點對多點的遠程實時監(jiān)控，實現智能化處理，隨時隨地通過網絡進行遠程狀態(tài)監(jiān)測和指令控制。該系統(tǒng)由前端采集（完成作業(yè)現場臨時用電配電箱數據采集及壓縮轉換）、傳輸中樞（多種形式的網絡傳輸）和后臺監(jiān)控（接收、解碼與呈現）三部分組成，后臺監(jiān)控部分不僅便于監(jiān)控中心對作業(yè)現場實施監(jiān)控，還可以下發(fā)遠程命令實施遠程操控[2]。

3.2一體化智慧監(jiān)管云平臺

由于電力現場作業(yè)流程較為復雜，涉及不同角色多種權限的人員操作，因此設計一體化智慧監(jiān)管云平臺來滿足多種用戶的需求。監(jiān)管云平臺需要構建合理的技術構架，以實現高性能數據存儲與數據處理、多樣化服務，并提供豐富的人機交互接口。1）數據存儲與處理方面。云端采用HBase大數據存儲分析系統(tǒng)，本地非云端采用關系型數據庫系統(tǒng)，通過專用數據模型，可提供高效、統(tǒng)一的數據接口。2）服務模塊方面。集多種服務于一體，涵蓋TCP/消息服務/API服務/云短信/微信等服務，可提供豐富多樣的服務接口。3）人機接口方面。通過Web云信息管理系統(tǒng)，如圖4所示，運用手機APP、微信客戶端、公眾號、小程序等，完成信息管理維護、大數據分析、報表生成、視頻監(jiān)控等業(yè)務邏輯處理。

4創(chuàng)新點

4.1智能控制功能

該配電箱具有“緊急斷電”三重保護功能，可最大程度保障人身和設備安全[3]。1）配電箱本體會智能判斷事故嚴重程度來自動啟動“緊急斷電”功能；2）現場監(jiān)護人可通過按下箱體上的“緊急按鈕”迅速手動切斷電源；3）手機專用APP第一時間推送“人身觸電信息”至所有管理人員手機，并自動在主屏彈出紅色“緊急按鈕”，同時伴有鳴笛震動報警，接收到彈窗報警信號的人員均可通過按下該“緊急按鈕”來遠程切斷電源。

4.2預警監(jiān)測功能

通過就地LCD屏和移動終端專用APP實時監(jiān)測各項數據（包括箱體是否帶電、電壓、電流、空開狀態(tài)、箱門狀態(tài)、箱內溫濕度等），遠端具有越限報警功能，實現準確定位故障，及時排查安全隱患。

5結語

為提升電力施工作業(yè)現場安全用電管控水平，解決傳統(tǒng)管控模式對轄區(qū)作業(yè)現場存在管控盲區(qū)、無法全面覆蓋、無法遠程遠程防護和狀態(tài)監(jiān)測等痛點問題，設計了一種基于物聯(lián)網技術的智能施工臨時用電系統(tǒng)，通過“傳統(tǒng)安全+物聯(lián)網安全”管控新模式，以基于無線通信模塊的臨時用電配電箱為支撐，實現了對轄區(qū)作業(yè)現場全方位、一體化和遠程管控，保障了現場作業(yè)人員的用電安全。

參考文獻：

[1]楊懷琴.泛在電力物聯(lián)網時代物聯(lián)網技術在電力系統(tǒng)中的應用[J].科技創(chuàng)新與應用，2019（29）∶169-170.

[2]倪蕙，王玉麗.基于物聯(lián)網技術的電力作業(yè)安全管控平臺設計[J].電力安全技術，2019，21（12）∶42-45.

[3]江西省送變電工程有限公司，國家電網有限公司.一種智能施工臨時用電配電箱：中國，CN201920728410.6[P].2019-11-08.

作者：聶堃 單位：江西省送變電工程有限公司