物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智能施工用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：在電力施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，臨時(shí)用電系統(tǒng)缺乏必要的遠(yuǎn)程防護(hù)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備，施工用電人員專業(yè)素質(zhì)參差不齊、操作方法各異，極易造成人身觸電、電氣火災(zāi)和設(shè)備損壞等事故，是潛在安全隱患較多的重大危險(xiǎn)源之一。針對(duì)以上安全痛點(diǎn)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種智能施工臨時(shí)用電系統(tǒng)，提升了電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全用電管控水平。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能施工；臨時(shí)用電系統(tǒng)

引言

電力施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)用電系統(tǒng)遵循三級(jí)配電、兩級(jí)保護(hù)的原則配置，其中一、二級(jí)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(shí)須將電源切斷，且每天開工前應(yīng)通過手動(dòng)試驗(yàn)確保漏電保護(hù)器可以正常工作。當(dāng)配電箱存在箱體帶電、溫度過高、潮濕、積水等問題，現(xiàn)場(chǎng)施工人員在配電箱內(nèi)接線，容易發(fā)生了意外觸電，而配電箱內(nèi)空開未跳開或者拒動(dòng)未能及時(shí)將電源切除時(shí)，將引發(fā)人身設(shè)備安全事故。此外，對(duì)于施工人員而言，有些故障點(diǎn)不易發(fā)現(xiàn)，將埋下很大的安全隱患，例如，當(dāng)保護(hù)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(shè)備可以照常工作，但不容易發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，漏電情況一旦發(fā)生，再加上故障點(diǎn)接頭松弛或腐蝕等，極易出現(xiàn)高阻，在其局部產(chǎn)生過多熱量，并且在連接端子處也會(huì)產(chǎn)生電弧、高溫，造成周圍可燃物質(zhì)被引燃，燒壞電氣設(shè)備，導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生。如果對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，就可以降低臨時(shí)用電安全事故發(fā)生的概率。

1物聯(lián)網(wǎng)與作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全管控

1.1物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)是把所有物品通過信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來進(jìn)行信息交換和通信，即物物相連、物物相息，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理的技術(shù)[1]，通常包括3個(gè)層面：1）感知層（主要利用信息傳感器、射頻識(shí)別等各種裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集熱、電、力學(xué)、位置等各種信息）；2）網(wǎng)絡(luò)層（利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行“物與物、物與人”的泛在連接，實(shí)現(xiàn)“物－網(wǎng)”相連）；3）應(yīng)用層（對(duì)感知層進(jìn)行采集，通過網(wǎng)絡(luò)層上傳的數(shù)據(jù)，利用云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，實(shí)現(xiàn)物的智能感知、識(shí)別和管理）。

1.2作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全管控與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

分析作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全事故，總結(jié)事故發(fā)生的原因，其很大程度上是制度執(zhí)行的基礎(chǔ)工作不到位，此點(diǎn)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(tái)實(shí)施管理，缺乏統(tǒng)一、高效的一體化信息管理平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效銜接，導(dǎo)致管控效率不高。如圖1所示，在安全管控的關(guān)鍵流程與環(huán)節(jié)，均設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控信息點(diǎn)，覆蓋整個(gè)三級(jí)配電系統(tǒng)，全方位部署物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全面的實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效提高管控效率。

2智能施工臨時(shí)用電配電箱概述

為解決作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)傳統(tǒng)地臨時(shí)用電配電箱無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程防護(hù)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)的問題，需要設(shè)計(jì)一種能夠?qū)⑴潆娤鋬?nèi)的運(yùn)行參數(shù)及環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸至終端并可接受遠(yuǎn)端指令的智能施工臨時(shí)用電配電箱。如圖2所示，該配電箱主要由箱體、數(shù)據(jù)采集裝置、控制電路板等組成。

2.1箱體

配電箱的箱體上設(shè)置有LCD顯示屏、緊急按鈕、溫濕度傳感器、空氣開關(guān)、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(jī)與顯示電路相連。

2.2數(shù)據(jù)采集裝置

采集數(shù)據(jù)主要包括交流電流、交流電壓、空氣開關(guān)狀態(tài)、箱門狀態(tài)、箱體是否帶電、溫濕度等。進(jìn)線開關(guān)的一端與配電變壓器的低壓側(cè)相連，進(jìn)線開關(guān)的另一端依次通過進(jìn)線電流互感器、進(jìn)線電壓端子、出線開關(guān)、出線電流互感器、出線電壓端子與負(fù)載相連，進(jìn)線電壓端子和出線開關(guān)之間設(shè)置有無功補(bǔ)償單元，進(jìn)線電流互感器還與A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、無線通信單元、溫度調(diào)理電路、濕度調(diào)理電路等組成。A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端與數(shù)據(jù)采集裝置、溫度調(diào)理電路、濕度調(diào)理電路相連；A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與單片機(jī)的輸入端相連；單片機(jī)的輸出端通過無線通信單元與移動(dòng)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(dòng)終端通信連接；云存儲(chǔ)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(diào)理電路與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連。

3物聯(lián)網(wǎng)管控平臺(tái)核心技術(shù)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(xiàn)場(chǎng)作業(yè)具有點(diǎn)多、面廣、周期短等特點(diǎn)，管理部門無法全過程、全天候、零距離監(jiān)管作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，設(shè)計(jì)一套基于無線通信模塊的智能施工臨時(shí)用電系統(tǒng)是有必要的。無線通信模塊的應(yīng)用使得監(jiān)控不再受限于地域，讓任意地點(diǎn)、任意時(shí)間、分布式、遠(yuǎn)程監(jiān)控、集中控制成為可能，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)字化數(shù)據(jù)也為大數(shù)據(jù)分析和實(shí)時(shí)決策提供了有力支撐。智能施工臨時(shí)用電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控構(gòu)架如圖3所示。該系統(tǒng)基于4G和Wifi網(wǎng)絡(luò)，通過無線通信模塊傳輸數(shù)據(jù)，通過管理軟件實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)智能化處理，隨時(shí)隨地通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)和指令控制。該系統(tǒng)由前端采集（完成作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電配電箱數(shù)據(jù)采集及壓縮轉(zhuǎn)換）、傳輸中樞（多種形式的網(wǎng)絡(luò)傳輸）和后臺(tái)監(jiān)控（接收、解碼與呈現(xiàn)）三部分組成，后臺(tái)監(jiān)控部分不僅便于監(jiān)控中心對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施監(jiān)控，還可以下發(fā)遠(yuǎn)程命令實(shí)施遠(yuǎn)程操控[2]。

3.2一體化智慧監(jiān)管云平臺(tái)

由于電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)流程較為復(fù)雜，涉及不同角色多種權(quán)限的人員操作，因此設(shè)計(jì)一體化智慧監(jiān)管云平臺(tái)來滿足多種用戶的需求。監(jiān)管云平臺(tái)需要構(gòu)建合理的技術(shù)構(gòu)架，以實(shí)現(xiàn)高性能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)處理、多樣化服務(wù)，并提供豐富的人機(jī)交互接口。1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理方面。云端采用HBase大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析系統(tǒng)，本地非云端采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，通過專用數(shù)據(jù)模型，可提供高效、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口。2）服務(wù)模塊方面。集多種服務(wù)于一體，涵蓋TCP/消息服務(wù)/API服務(wù)/云短信/微信等服務(wù)，可提供豐富多樣的服務(wù)接口。3）人機(jī)接口方面。通過Web云信息管理系統(tǒng)，如圖4所示，運(yùn)用手機(jī)APP、微信客戶端、公眾號(hào)、小程序等，完成信息管理維護(hù)、大數(shù)據(jù)分析、報(bào)表生成、視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)邏輯處理。

4創(chuàng)新點(diǎn)

4.1智能控制功能

該配電箱具有“緊急斷電”三重保護(hù)功能，可最大程度保障人身和設(shè)備安全[3]。1）配電箱本體會(huì)智能判斷事故嚴(yán)重程度來自動(dòng)啟動(dòng)“緊急斷電”功能；2）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)人可通過按下箱體上的“緊急按鈕”迅速手動(dòng)切斷電源；3）手機(jī)專用APP第一時(shí)間推送“人身觸電信息”至所有管理人員手機(jī)，并自動(dòng)在主屏彈出紅色“緊急按鈕”，同時(shí)伴有鳴笛震動(dòng)報(bào)警，接收到彈窗報(bào)警信號(hào)的人員均可通過按下該“緊急按鈕”來遠(yuǎn)程切斷電源。

4.2預(yù)警監(jiān)測(cè)功能

通過就地LCD屏和移動(dòng)終端專用APP實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)（包括箱體是否帶電、電壓、電流、空開狀態(tài)、箱門狀態(tài)、箱內(nèi)溫濕度等），遠(yuǎn)端具有越限報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位故障，及時(shí)排查安全隱患。

5結(jié)語

為提升電力施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全用電管控水平，解決傳統(tǒng)管控模式對(duì)轄區(qū)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在管控盲區(qū)、無法全面覆蓋、無法遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程防護(hù)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)等痛點(diǎn)問題，設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能施工臨時(shí)用電系統(tǒng)，通過“傳統(tǒng)安全+物聯(lián)網(wǎng)安全”管控新模式，以基于無線通信模塊的臨時(shí)用電配電箱為支撐，實(shí)現(xiàn)了對(duì)轄區(qū)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)全方位、一體化和遠(yuǎn)程管控，保障了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的用電安全。

參考文獻(xiàn)：

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

作者：聶堃 單位：江西省送變電工程有限公司