摘 要：電氣火災(zāi)監(jiān)測與報警已能夠準(zhǔn)確、全天監(jiān)測電氣線路中的漏電、溫度等各項參數(shù)的變化，但其智能化水平偏低。基于數(shù)字化、功能體化、智能化的設(shè)計思路，采用高速交 

流采樣技術(shù)、無線射頻識別技術(shù)、分布式光纖測溫技術(shù)、智能傳感及分析技術(shù)、信息可視化技術(shù)構(gòu)建智能化監(jiān)控系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于實際工程項目。 

關(guān)鍵詞：電氣火災(zāi)；智能監(jiān)控；智能化

 

 

       據(jù)統(tǒng)計，近10年來我因電氣原因?qū)е碌幕馂?zāi)占火災(zāi)總數(shù)的比例直在30％左右，在較大以上火災(zāi)中，電氣火災(zāi)的比例更高，造成了大量人員傷亡和重大財產(chǎn)損失。現(xiàn)有電氣火災(zāi)技術(shù)防范措施多是被動防控，即電氣線路、電氣設(shè)施、用電器具出現(xiàn)問題或故障后才能發(fā)現(xiàn)，防范措施才能發(fā)揮作用，而此種情形下火災(zāi)可能已經(jīng)發(fā)生。如何基于電氣火災(zāi)發(fā)生的規(guī)律和特點(diǎn)，有針對性地研發(fā)和推廣主動防范技術(shù)，即電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)，從根本上預(yù)防和減少電氣火災(zāi)，顯得十分重要。據(jù)了解，13本從1978年就強(qiáng)制要求安裝電氣火災(zāi)預(yù)測、預(yù)警、預(yù)報系統(tǒng)，能夠在電氣火災(zāi)發(fā)生之消除隱患，電氣火災(zāi)的預(yù)防和控制做得比較好，電氣火災(zāi)僅占火災(zāi)總數(shù)的2％左右。2005年，我頒布實施了GB 14287—2005《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為電氣火災(zāi)主動防控技術(shù)設(shè)計應(yīng)用和發(fā)展提供了契機(jī)和依據(jù)。筆者認(rèn)為，要實現(xiàn)對電氣火災(zāi)有效監(jiān)控預(yù)防，在智能監(jiān)控技術(shù)上有實質(zhì)性突破。加大電氣火災(zāi)智能監(jiān)控系統(tǒng)的推廣應(yīng)用力度，才能從根本上預(yù)防和減少電氣火災(zāi)。2009年10月起，河南省消防總隊與某公司聯(lián)合組建攻關(guān)組，對電氣火災(zāi)智能監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行專項創(chuàng)新研究與探索，該項目被公安部批準(zhǔn)市項為2011年度家消防科技攻關(guān)項目。經(jīng)過多年的努力，項目組成功開發(fā)了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，并已應(yīng)用于民用建筑及工業(yè)企業(yè)的電氣防火中，實現(xiàn)了對電氣火災(zāi)可視化綜合狀態(tài)監(jiān)控與診斷。 

 

 

1電氣火災(zāi)防控技術(shù)現(xiàn)狀 

       傳統(tǒng)方法在預(yù)防和減少電氣火災(zāi)方面主要有以下措施：嚴(yán)格按照規(guī)范要求設(shè)計，嚴(yán)把安裝施工質(zhì)量關(guān)，從設(shè)施、設(shè)備、線路、器具的選址、選型、設(shè)計、安裝等方面預(yù)防和減少火災(zāi)發(fā)生；按照規(guī)范選擇合適的短路、過負(fù)荷、漏電、避雷、防靜電、接地等保護(hù)方式和裝置；對線路采用穿金屬管、封閉式金屬線槽、難燃塑料管等措施以達(dá)到與火源、可燃物等的隔絕；應(yīng)用紅外線測溫、超聲波控測等技術(shù)對電氣火災(zāi)隱患進(jìn)行診斷。這些措施雖然定程度上預(yù)防和減少了電氣火災(zāi)的發(fā)生，但由于缺乏在線監(jiān)測與預(yù)警技術(shù)等主動防控技術(shù)的有力支撐，還不能從根本上預(yù)防和減少電氣火災(zāi)。 

       隨著技術(shù)的進(jìn)步，電氣火災(zāi)監(jiān)測與報警技術(shù)越來越受到重視，出現(xiàn)了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能準(zhǔn)確、監(jiān)測電氣線路中的漏電、溫度等參數(shù)的變化。當(dāng)線路中發(fā)生異常時，可迅速發(fā)出報警信號并準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，通知電氣專業(yè)人員及時排查電氣火災(zāi)隱患，將電氣 

火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)較之傳統(tǒng)的技術(shù)手段的確是大技術(shù)進(jìn)步，但依然存在諸多不足。 

       (1)功能單。偏重于狀態(tài)監(jiān)測及報警保護(hù)，缺乏故障診斷、故障分析、趨勢預(yù)測等智能分析功能。 

       (2)監(jiān)測面窄。偏重于配電線路漏電及溫度的點(diǎn)式探測。缺乏電纜溫度的分布式線式探測；偏重于對低壓設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，缺乏對高壓設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測；偏重民用建筑電氣火災(zāi)的預(yù)防，忽視了工業(yè)領(lǐng)域的預(yù)防。 

       (3)網(wǎng)絡(luò)化水平低。并非*網(wǎng)絡(luò)化的全數(shù)字系統(tǒng)，對外缺乏網(wǎng)絡(luò)接口，無法實現(xiàn)信息的對外共享發(fā)布，無法組建遠(yuǎn)程監(jiān)測及管理系統(tǒng)。 

       (4)智能化未實現(xiàn)。未全部實現(xiàn)數(shù)字化及智能化，不符合物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)方向；同時系統(tǒng)缺乏智能分析功能，只局限在監(jiān)測層級，不符合設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域的技術(shù)水平。 

       (5)可視化不足。監(jiān)測報警手段傳統(tǒng)單，缺少圖形化及其他更為直觀的監(jiān)測報警手段。 

 

 

2.1需求分析 

       針對目電氣火災(zāi)監(jiān)控產(chǎn)品的缺陷和不足，項目組將“電氣火災(zāi)智能化綜合監(jiān)控”這概念進(jìn)行了具體化的界定，明確了研發(fā)目標(biāo)、研發(fā)方向和技術(shù)攻關(guān)難點(diǎn)。電氣火災(zāi)智能化監(jiān)控是指綜合利用現(xiàn)代信息技術(shù)、智能傳感技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等，實現(xiàn)電氣火災(zāi)隱患參數(shù)的綜合智能探測、可視化監(jiān)視、故障診斷、趨勢預(yù)測及報警保護(hù)，及時發(fā)現(xiàn)并消除電氣火災(zāi)隱患，有效預(yù)防和減少電氣火災(zāi)的發(fā)生，同時借助局域網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)系統(tǒng)綜合信息的共享及對外發(fā)布，可在此基礎(chǔ)上構(gòu)建城市電氣火災(zāi)遠(yuǎn)程監(jiān)控及報警管理系統(tǒng)。基于這概念，項目組研究的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)樣機(jī)具備以下特征。 

       (1)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。基于全數(shù)字化的組成單元，通過總線連接，構(gòu)建功能體化分布式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不僅是硬件問的網(wǎng)絡(luò)連接，同時實現(xiàn)軟件功能組件的分布配合。 

       (2)功能體化系統(tǒng)。基于高低壓電氣網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)點(diǎn)／線式狀態(tài)探測，實現(xiàn)對高低壓電氣設(shè)備、電纜、配電網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)、分布式溫度和漏電電流等電氣安全狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測。不僅適用于民用建筑電氣火災(zāi)綜合防控，同樣適用于工業(yè)場所的電氣火災(zāi)防控。 

       (3)智能信息化系統(tǒng)。實現(xiàn)組成單元的智能化，實現(xiàn)功能的智能化(包括智能診斷、智能分析及智能預(yù)測等)。同時對外提供網(wǎng)絡(luò)接口，實現(xiàn)信息的遠(yuǎn)程發(fā)布和監(jiān)測。 

       (4)安全可視化系統(tǒng)。在傳統(tǒng)文字監(jiān)測及聲光報警手段的基礎(chǔ)上，提供直觀的圖形監(jiān)控及多媒體報警手段，實現(xiàn)電氣火災(zāi)隱患的目了然。主要包括狀態(tài)監(jiān)控可視化、故障定位可視化、故障報警可視化、故障分析可視化。 

2.2架構(gòu)設(shè)計 

       智能化監(jiān)控系統(tǒng)基于嵌入式軟硬件平臺，嚴(yán)格遵從“設(shè)備智能化、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)信息化、安全可視化”的產(chǎn)品定位，構(gòu)建體化分布式電氣火災(zāi)智能化綜合監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)架構(gòu)基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型及B／s軟件體系，按照“感知層、通信層、應(yīng)用層”標(biāo)準(zhǔn)實施系統(tǒng)建模。系統(tǒng)組成具體包括：處于感知層的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器、無線溫度探測器、分布式感溫光纜等；處于網(wǎng)絡(luò)層的通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線及實現(xiàn)區(qū)域監(jiān)測管理功能的監(jiān)控器等；處于應(yīng)用層的監(jiān)控設(shè)備、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心及客戶終端等。系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)，如圖1所示。 

 

       系統(tǒng)智能化監(jiān)控的實現(xiàn)涉及關(guān)鍵點(diǎn)多，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜，需廣泛采用多領(lǐng)域技術(shù)，主要包括以下方面。 

3.1高速交流采樣技術(shù) 

       應(yīng)用于電壓配電網(wǎng)絡(luò)的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，探測的剩余電流值般在毫安級，標(biāo)準(zhǔn)要求在1 000mA以內(nèi)，很容易受到周圍電磁環(huán)境的干擾出現(xiàn)偏差。該系統(tǒng)剩余電流探測器*基于嵌入式硬件智能模塊及RTOS實時操作系統(tǒng)，進(jìn)行每周波24點(diǎn)采樣，采用快速全周波傅里葉變換及均值混合算法，有效濾去諧波成分，經(jīng)計算及處理后以數(shù)字信號經(jīng)通信接口輸出，充分保證了采樣值的準(zhǔn)確有效。 

3.2 RFID無線射頻識別技術(shù) 

       鑒于高壓電氣設(shè)備存在絕緣問題，有線方式的接點(diǎn)溫度探測不再適用。系統(tǒng)基于Zigbee高頻無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，采用RFID技術(shù)，實現(xiàn)高壓電氣溫度的非接觸式探測與發(fā)送，這也是物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)在電氣火災(zāi)監(jiān)控中的實際應(yīng)用。 

高壓溫度探測器包括采集發(fā)射探頭及接收裝置。在具體實現(xiàn)過程中，者完成高壓設(shè)備溫度的探測及轉(zhuǎn)換，通過RFID芯片以射頻方式發(fā)送溫度值；后者集中接收經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的溫度數(shù)據(jù)信息，匯總后發(fā)送給監(jiān)控主機(jī)處理判斷。 

3.3 DTS分布式光纖測溫技術(shù) 

       有別于接點(diǎn)探測方式，實現(xiàn)電纜溫度的連續(xù)探測必然要求線式溫度探測器。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的感溫電纜方式，采用目的DTS分布式光纖測溫技術(shù)，包括高頻脈沖激光技術(shù)、光纖拉曼光譜技術(shù)、光波分復(fù)用技術(shù)、光時域反射技術(shù)等。該技術(shù)的核心是利用激光在光纖中傳播時拉曼散射光強(qiáng)度隨溫度的變化而變化這光譜原理實現(xiàn)的。具體實現(xiàn)上，當(dāng)在光纖中注入定能量和寬度的激光脈沖時，激光在光纖中向傳播的同時，自發(fā)產(chǎn)生拉曼散射光波，拉曼散射光波的強(qiáng)度受所在光纖散射點(diǎn)的溫度影響而有所改變，通過獲取沿光纖散射回來的背向拉曼光波可以解調(diào)出光纖散射點(diǎn)的溫度變化。同時，根據(jù)光纖中光波的傳輸速度與探測時問的物理關(guān)系，可以對溫度信息點(diǎn)進(jìn)行定位。 

3.4智能傳感及分析技術(shù) 

       隨著物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)場探測器實現(xiàn)智能傳感成為必然要求。系統(tǒng)探測器均采取智能模塊與常規(guī)傳感器的有效集成方式，實現(xiàn)現(xiàn)場參數(shù)的智能感知。包括溫度探測器及剩余電流探測器，統(tǒng)研制為智能探測器，這符合“設(shè)備智能化”的研發(fā)定位，也是實現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字化的提條件。統(tǒng)采用ARM系列嵌入式硬件平臺及RTOS軟件操作平臺，基于C語占開發(fā)的應(yīng)用功能軟件，實現(xiàn)傳感器的參數(shù)采集、處理與協(xié)議發(fā)送。智能分析技術(shù)包括智能故障診斷、故障分析及趨勢預(yù)測。通過趨勢曲線做到掌控故障的設(shè)備狀態(tài)變化趨勢，通過診斷分析確定故障產(chǎn)生后的事故原因及處理措施。這需要基于豐富的專家經(jīng)驗知識庫，結(jié)合實時報警信息，通過故障診斷軟件模塊實現(xiàn)故障類型、程度、位置、原因的智能判斷及預(yù)報決策等。 

3.5信息可視化技術(shù) 

       信息可視化應(yīng)用到電氣火災(zāi)監(jiān)控上，就是將電氣安全狀態(tài)及參數(shù)以圖形或圖像化的形式，實現(xiàn)對電氣故障隱患的目了然，并提供更為直觀的多媒體報警手段，使電氣安全盡在掌控。系統(tǒng)基于自主開發(fā)的圖形組態(tài)軟件、大型商用數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)絡(luò)化的軟硬平臺，實現(xiàn)電氣火災(zāi)監(jiān)控的可視化，成功帶領(lǐng)了電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。包括狀態(tài)監(jiān)測可視化、故障定位可視化、故障報警可視化及故障分析可視化。具體實現(xiàn)上，通過圖形組態(tài)軟件實現(xiàn)面面編輯生成，包括地理圖、狀態(tài)圖、電氣圖以及曲線圖等，將實時數(shù)據(jù)及報警信息通過映射方式反映到界面上，完成實時圖形監(jiān)測；通過應(yīng)用功能模塊實現(xiàn)聲光、語音、打印、短信電話報警方式。

 

4.1安科瑞安全用電云平臺介紹

       Acrelcloud-6000安全用電云管理系統(tǒng)能夠?qū)κＳ嚯娏鳌⒃O(shè)備溫度、故障電弧等電氣故障進(jìn)行實時監(jiān)控、報警、記錄，并且通過云端的遠(yuǎn)程控制。設(shè)備與云端的通訊方向不受限制，能上傳數(shù)據(jù)、透傳指令，并時間顯示實時狀態(tài)。通過對上傳至云端的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為用戶提供火災(zāi)隱患的相關(guān)數(shù)據(jù)，能夠及早的發(fā)現(xiàn)問題并實施排查，避免火災(zāi)的發(fā)生。另方面，云平臺提供超大容量的信息儲存及穩(wěn)定的服務(wù)，提升了服務(wù)質(zhì)量，對用戶的長遠(yuǎn)發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。此外，該系統(tǒng)通過集中監(jiān)控，使得數(shù)據(jù)通過每個節(jié)點(diǎn)的4G網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端集中式管理和監(jiān)控，主控端布置于城市消防大隊，從而能夠?qū)Σ杉男畔⑦M(jìn)行統(tǒng)的監(jiān)控和管理。

 

具體功能如下：

       （1）安全用電監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)包含安全用電管理云平臺、電腦終端顯示系統(tǒng)、手機(jī)APP、漏電探測器、漏電互感器、電流互感器等。

       （2）安全用電監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)平臺能展示剩余電流、溫度、電流等電氣安全參數(shù)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)及變化曲線、歷史數(shù)據(jù)與變化曲線、實時報警數(shù)據(jù)等，能實時顯示現(xiàn)場服務(wù)次數(shù)、排除隱患數(shù)、未排除隱患數(shù)、報警未處理數(shù)、常規(guī)巡檢及產(chǎn)品維護(hù)等數(shù)據(jù)，監(jiān)管數(shù)據(jù)能保存十年以上。

       （3）手機(jī)APP軟件同時具有IOS版本和安卓版本，能通過手機(jī)APP對每條報警記錄進(jìn)行呼叫，便于緊急情況下能盡快通知用電單位。

       （4）能對各個單位及設(shè)備的電氣安全運(yùn)行情況進(jìn)行自動統(tǒng)計和分析評估，并隨時展示電氣安全運(yùn)行分析報告。

       （5）監(jiān)控探測終端產(chǎn)品滿足家法律法規(guī)和有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（GB14287.2《剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》和GB14287.3《測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》）的要求，并通過家消防產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測檢驗中心提供的消防3C認(rèn)證。

       （6）漏電探測器能同時探測剩余電流、四路溫度、三相電流等參數(shù)值，并能通過無線以移動通訊網(wǎng)絡(luò)接入安全用電監(jiān)管系統(tǒng)平臺。

4.2產(chǎn)品選型

4.2.1漏電火災(zāi)監(jiān)控探測器

4.2.2故障電弧探測器

       安科瑞故障電弧產(chǎn)品型號代碼為AAFD，共有兩種電流等級，可監(jiān)測回路故障電弧的發(fā)生，并及時預(yù)警，提醒用戶處理，防止電弧導(dǎo)致的火災(zāi)的發(fā)生。

       AAFD可配合AF-GSM400使用并接入安全用電平臺，該產(chǎn)品不可在同臺AF-GSM400下與ARCM混接。如圖：

 

4.2.3限流式保護(hù)器

       安科瑞限流式保護(hù)器型號代碼為ASCP200-1，有三種電流等級，可監(jiān)測回路短路過載等故障信息，發(fā)生故障時預(yù)警和產(chǎn)生滅弧效果，防止電弧導(dǎo)致的火災(zāi)的發(fā)生。

       ASCP200-1可配合AF-GSM400使用并接入安全用電平臺，也能夠通過插入SIM卡直接上傳到平臺。

       以下是ASCP200-1的主要功能：

       短路保護(hù)功能。保護(hù)器實時監(jiān)測用電線路電流，當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報警信號。

       過載保護(hù)功能。當(dāng)被保護(hù)線路的電流過載且過載持續(xù)時間超過動作時間（3…60秒可設(shè)）時，保護(hù)器啟動限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報警信號。

       表內(nèi)超溫保護(hù)功能。當(dāng)保護(hù)器內(nèi)部器件工作溫度過高時，保護(hù)器啟動超溫限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報警信號。

       過、欠壓保護(hù)功能。當(dāng)保護(hù)器檢測到線路電壓過壓或欠壓時，保護(hù)器發(fā)出聲光報警信號，可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護(hù)。

       配電線纜溫度監(jiān)測功能。當(dāng)被監(jiān)測線纜溫度超過報警設(shè)定值時，保護(hù)器發(fā)出聲光報警信號，可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護(hù)。

       漏電流監(jiān)測功能。當(dāng)被監(jiān)測的線路漏電超過報警設(shè)定值時，保護(hù)器發(fā)出聲光報警信號，可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護(hù)。

       保護(hù)器具有1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

4.2.4剩余電流互感器

 

4.2.5 AF-GSM400-2G/4G無線上傳模塊

       AF-GSM400-2G/4G/CE模塊是款2G/4G有線無線模塊，該無線模塊為安全用電云平臺專用模塊。

       AF-GSM400接入每塊儀表所需流量為20M/月，單個模塊可以接入30塊儀表。默認(rèn)上傳間隔2分鐘，如發(fā)生報警，會實時上傳數(shù)據(jù)。

4.2.6溫度傳感器

 

       溫度傳感器為熱敏電阻NTC，它提供0-120°的溫度監(jiān)控基準(zhǔn)，可以用來監(jiān)測線纜或配電箱體的溫度，提供溫度保護(hù)。

 

       實施電氣火災(zāi)智能監(jiān)控，對有效提升電氣火災(zāi)防控的技術(shù)水平，克服現(xiàn)有電氣火災(zāi)監(jiān)控或報警系統(tǒng)的局限和弊端，降低電氣火災(zāi)發(fā)生率，勢明顯。項目組研發(fā)的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)已成功運(yùn)用在鄭州大學(xué)附屬醫(yī)院綜合病房樓(28層、120000m2)、鄭東新區(qū)千禧廣場(63層、240000m2)、平煤神馬煤化工集團(tuán)等工程項目中。工程實踐證明，將智能化監(jiān)控技術(shù)廣泛應(yīng)用于電氣火災(zāi)的監(jiān)控及預(yù)防，實現(xiàn)電氣火災(zāi)可視化監(jiān)視、預(yù)測、報警、分析及處置等功能，實現(xiàn)電氣火災(zāi)監(jiān)控信息化，可有效拓展電氣火災(zāi)監(jiān)控的應(yīng)用領(lǐng)域及監(jiān)測范圍，大大提高電氣火災(zāi)的防控水平與技術(shù)水平，對保護(hù)人民生命財產(chǎn)安全及構(gòu)建和諧社會具有重要意義。 

 

[1]陳堯．嵌入式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[D]．武漢：武漢理工大學(xué)，2010

[2]韓建平.電氣火災(zāi)智能監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用與探討.

[3]安科瑞安全用電管理云平臺手冊.2020.02版.