基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能施工臨時用電系統(tǒng)設計

聶 堃

（江西省送變電工程有限公司，江西南昌330043）

0 引言

電力施工作業(yè)現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)，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(xiàn)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(xiàn)高阻，在其局部產(chǎn)生過多熱量，并且在連接端子處也會產(chǎn)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(xiàn)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(wǎng)與作業(yè)現(xiàn)場臨時用電安全管控

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備與互聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)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(wǎng)絡層（利用互聯(lián)網(wǎng)進行“物與物、物與人”的泛在連接，實現(xiàn)“物－網(wǎng)”相連）；

3）應用層（對感知層進行采集，通過網(wǎng)絡層上傳的數(shù)據(jù)，利用云計算技術進行計算分析，實現(xiàn)物的智能感知、識別和管理）。

1.2 作業(yè)現(xiàn)場臨時用電安全管控與物聯(lián)網(wǎng)應用

分析作業(yè)現(xiàn)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(xiàn)數(shù)據(jù)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(wǎng)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(wǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡，通過一體化平臺，實現(xiàn)全面的實時監(jiān)控，有效提高管控效率。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能施工臨時用電系統(tǒng)構架

2 智能施工臨時用電配電箱概述

為解決作業(yè)現(xiàn)場傳統(tǒng)地臨時用電配電箱無法實現(xiàn)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(shù)及環(huán)境數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集裝置、控制電路板等組成。

圖2 智能施工臨時用電配電箱示意圖

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(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(shù)據(jù)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(wǎng)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)場的實時數(shù)字化數(shù)據(jù)也為大數(shù)據(jù)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(wǎng)絡，通過無線通信模塊傳輸數(shù)據(jù)，通過管理軟件實現(xiàn)基于網(wǎng)絡的點對點、點對多點的遠程實時監(jiān)控，實現(xiàn)智能化處理，隨時隨地通過網(wǎng)絡進行遠程狀態(tài)監(jiān)測和指令控制。

圖3 智能施工臨時用電系統(tǒng)遠程監(jiān)控構架

該系統(tǒng)由前端采集（完成作業(yè)現(xiàn)場臨時用電配電箱數(shù)據(jù)采集及壓縮轉換）、傳輸中樞（多種形式的網(wǎng)絡傳輸）和后臺監(jiān)控（接收、解碼與呈現(xiàn)）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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)高性能數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)處理、多樣化服務，并提供豐富的人機交互接口。

1）數(shù)據(jù)存儲與處理方面。云端采用HBase大數(shù)據(jù)存儲分析系統(tǒng)，本地非云端采用關系型數(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(shù)據(jù)分析、報表生成、視頻監(jiān)控等業(yè)務邏輯處理。

圖4 手機APP顯示界面示意圖

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(xiàn)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(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)、箱內溫濕度等），遠端具有越限報警功能，實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(wǎng)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(wǎng)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(xiàn)了對轄區(qū)作業(yè)現(xiàn)場全方位、一體化和遠程管控，保障了現(xiàn)場作業(yè)人員的用電安全。