隨著社會經濟的不斷發展，電力設備越來越來多，用電規模也越來越來大，設備用電事故也不斷頻發。終端設備用電安全及可靠運行，直接關系到整個電網系統的穩定，以及操作人員的人身安全。為減少設備用電安全事故發生，降低事故經濟損失，人們從設備功能的完善性，操作人員使用的規范性以及規章制度的配套性等方面不斷強化，然而并沒有從本質上得到改善。

本文論述的是基于多形式組網技術，設備終端多手段采集，實現用電設備的在線監控，同時采用大數據技術，對海量用電設備狀態與運行數據進行分析，實現對設備故障的預測及報警，并提供可靠的安全用電策略，對電力系統的安全穩定及國民經濟的發展具有重要意義。

1 當前普遍用電現狀

1.1 落后的用電管理

近年來隨著我國社會經濟的高速發展，城鄉建設如火如荼，電器設備不斷增多，用電負荷不斷加大，設備層級架構及邏輯控制也越來越繁雜。然而用電設備的值班維護人員的專業素養及技能水平并沒有相應提高，用電安全意識不強，有的用電單位甚至招聘文化水平較低的下崗工人，經過簡單培訓就直接進行上崗作業。

設備的保養、維護與檢修方面，無法與用電設備規模及用電負荷快速增長相匹配，目前人們對設備的管理仍普遍采用值班人員日常人工巡檢、定期計劃性維護、事故與故障后維修的模式，一方面無法滿足目前如此龐大的用電設備管理需求，設備管理時效低、管理效果差，另一方面對用電設備的故障提前預判與干預低，設備用電事故損失仍然較高，檢修與維護的價值發揮不大。

1.2 用電安全意識不強

據不完全統計，電氣安全事故95%以上是因電氣設備運行故障及用電安全意識不強而引起的，例如線路老化、導線腐蝕、線路過載、電氣短路、散熱不佳、接觸不良、設備漏電以及不規范用電等引起電源突然斷電、電氣設備或線路燒毀、人身傷亡等用電安全事故。

對電氣設備的性能及功能不清晰，控制操作流程不熟悉，用電規范及用電安全意識薄弱，有時甚至野蠻操作，這些都是造成用電安全事故的根本的、深層次的人為原因。因此要避免或降低用電安全事故，首先要加強用電操作、值班維護人員的電氣知識培訓，熟悉規范、熟悉流程，提高用電安全意識。

2 用電安全要求

為減少或避免用電安全事故的發生，設備終端用戶及用電維護人員應不斷提高用電素養、操控水平及用電安全意識，同時作為用電單位也應當制定并不斷完善用電規程及管理手段，國家與地方政府相關職能部門也應加大力度制定并推廣安全用電的相關法律與規章制度。

從人的因素方面來杜絕用電安全事故是必要的但又是非常有限的，規則與制度再完善，運維人員再嚴謹，也難免有失誤與犯錯的時候，如何徹底地、從根本上解決安全用電的問題，還是需要借助先進的技術、裝備及控制系統來實現，利用當前先進的自動控制技術、計算機技術、通信技術、多形式組網技術、監控技術、大數據技術，構建完善的用電安全監控系統，不僅使用電更加安全，而且使得用電更加經濟、優化與智慧。

3 安全用電監控系統

安全用電監控系統是基于多種通信方式，采用大數據分析、在線監測技術，通過現場監控模塊、傳輸模塊等數據采集測控傳感終端，將用電側電氣安全數據通過完善的網絡層實時傳送至監控應用平臺，后臺應用系統對采集到的數據進行分析、運算，精確作出故障預警并提出安全運行智能策略。安全用電監控系統采用三層架構，即終端設備層、網絡層及監控平臺層，如圖1所示。

圖1 系統層級架構

3.1 終端設備層

終端設備層即底層設備層，包括配電設備、開關、電動機、變壓器、空調、照明電器等用電設備，以及電流電壓互感器、剩余電流互感器、溫濕度測控裝置、電氣火災監控探測器、無線透傳終端等用電采集裝置，如圖2所示。

終端設備層采集裝置實時監控用電終端設備的電流、電壓、功率、頻率及功率因數等運行電量參數，設備儲能、合閘、分閘、連接及試驗等工作狀態，以及溫度、濕度、氣體等運行環境，實時傳送到上層系統，同時接受上層控制指令，完成設備的用電控制操作。

圖2 系統網絡圖

3.2 通信網絡層

終端設備層采集到用電設備的運行電量參數、電能質量、工作狀態及運行環境等數據，通過布置在通信網絡層的串口服務器、無線路由器、智能網關、網絡交換機等網絡設備，上傳至系統監控平臺層，或轉發至其他監控設備。

通信網絡層組網方式靈活，根據現場設備布局及特點，既可以采用有線聯接方式，如ADSL連接、有線寬帶連接、光纖連接等，也可以采用無線通 信[6]方式，如WLAN連接（WiFi接入）、數據網絡連接（GPRS、CDMA、WCDMA、TD-LTE）、終端物聯網連接等，為終端設備的用電數據測控提供更多方便與實用性。

3.3 監控平臺層

監控平臺層對采集到的設備運行狀態、電量運行參數及環境狀態參數進行存儲、分析與決策，準確獲取用電設備的運行狀態與健康狀況，并有效進行事故預警或安全隱患提示。在感知設備不安全運行情況下，監控平臺第一時間將用電安全隱患通過本地聲光報警、手機APP、電話、手機短信等多種方式提醒用戶，及時發現電氣隱患，預防火災發生，如圖3所示。

3.4 安全用電監控

安全用電監控系統采用以太網、物聯網等多種通信技術，實時采集并存儲電氣系統的運行狀態、電量運行參數及環境狀態參數，對引發電氣火災的設備過載運行、線路絕緣降低漏電等導致導線溫升與老化，電網系統電能質量差，諧波高、電壓突變等引起設備絕緣故障并損壞等因素，進行不間斷地數據跟蹤與統計分析，實時發現電氣線路和用電設備存在的安全隱患，經應用平臺大數據分析，準確捕獲用電設備運行狀態，并第一時間向運維人員推送報警信息，從而達到消除電氣火災隱患，防患于未然的目的。

圖3 安全用電監控架構

普通的電氣監控系統，功能主要集中于電氣設備在線運行過程中的電流、電壓、有功、無功、頻率、功率因數等電氣量監測、設備的工作狀態以及正常分合閘控制。安全用電監控系統除了包含普通監控系統設備運行過程的監控功能外，還包括設備運行前的狀態檢測、運行中非安全因素預判以及故障后的分析與處理功能，從而切實保證了整個系統的用電安全。某人民銀行項目用電安全監控系統功能如圖4所示。

圖4 安全用電監控功能

設備投入運行前的線路絕緣水平、電力系統電能質量及設備自身耐壓狀況等預先檢測，避免設備帶故障投運。運行過程中在線實時監測開關樁頭溫度、絕緣件局放狀況及供電質量，若出現開關溫度過高，絕緣水平降低，中性點電流、電壓超過設定值，單相負載過重或某相電壓閃絡、瞬降等現象發生，安全監控系統及時斷開不安全點，保障整個系統的正常運行。不可避免的人為操作或外界雷擊等原因造成系統短路跳閘，安全監控系統第一時間發出報警，隔離故障區域，并作出故障維修策略。

監控系統平臺對獲取的用電狀態大數據進行整理分析及深度挖掘，從之前的事故描述、隱患提示，進一步做到事故原因分析及解決措施建議，建立起一套行之有效的預警機制及處理機制，提供給管理層進行維修方案制訂、設備管理流程優化，從而實現安全用電的全周期管理。

4 應用案例

4.1 項目基本情況

本項目為長沙某人民銀行配電室用電安全監控系統工程，配電設備由1套電源進線柜，1套母線PT柜及3套負載控制柜組成。系統采用單電源供電，負載包括2臺電力變壓器及1臺電動機。為確保電源正常供電及負載的穩定可靠運行，減少停電及用電安全事故損失，特在原有設備基礎上配置安全用電監控系統，如圖5所示。

4.2 功能實現

該安全用電監控系統實現了設備投運前安全檢測、用電運行中的安全監控及用電故障的安全分析與策略輸出。

進線電源接入到TMY母線前， WPMC電能質量監測裝置通過PT1電壓互感器監測供電源質量，DQ01絕緣監測裝置檢測線路及開關設備絕緣水平，滿足送電要求時，監控系統下發合閘命令至HZA多模塊測控裝置，將QF1斷路器合閘，母線系統受電。

母線電源輸出到負載前，DQ01絕緣監測裝置需要通過LT1、LT2或LT3零序CT檢測線路及開關設備絕緣水平,滿足安全要求時，監控系統通過HZA多模塊測控裝置，將對應QF2、QF2或QF3斷路器合閘，負載安全受電運行。

負載正常運行過程中，監控系統通過CG2無線測溫裝置實時在線監測各斷路器進出線樁頭的溫度，當溫度超過設定值或三相不平衡等異常情況時，HZA測控裝置分斷對應故障回路。同時系統也通過PT2母線PT、CT1—CT4回路電流互感器實時監測電源質量及負載運行參數狀態，DQ01絕緣監測裝置監測每一回路的線路及設備的絕緣水平，系統不斷統計與分析，及時發現隱患，通過HZA測控裝置隔離相應故障回路。

當不可控因素引起用電安全事故發生后，監控系統首先發出報警，分斷斷路器隔離對應故障點，并作出安全維修處理策略。

4.3 監控效果

圖5 項目安全用電監控系統

與之前的用電安全狀況對比，人民銀行通過配置安全用電監控系統起到明顯的安全監控效果，不僅降低了用電安全事故頻率，減少了安全事故損失，而且確保了設備的正常可靠運行。主要體現在：

• 1）之前平均每月1～2次的系統送電線路或設備故障，通過預先安全檢測并排除后，基本可靠投運。
• 2）設備運行中，過去經常出現因某一變壓器或電動機故障，引起線路與設備燒毀，并造成整個配電系統停電，通過配置安全監控系統后，設備與線路的安全隱患預先發現并隔離，杜絕了安全事故的發生并保證了其他負載的正常運行。故障回路修復后需再次通過安全檢測才能接入母線系統。
• 3）隱患回路排查及安全事故處理，從過去的人為盲目低效進行，在安全監控系統提供的策略指導下，變得更加高效、有的放矢，也降低了相關費用。

總結

本文從當前用電的安全現狀出發，闡述了當前用電安全事故頻發，以及無處不在的安全隱患。加強電器設備使用管理，提高用電安全意識，規范操作流程等常規措施手段，能在一程度上緩解用電安全狀態。

為從根本上消除安全用電隱患，本文有針對性地提出了基于多種通信技術的安全用電監控應用方案，實時全面采集用電狀態及運行信息，借助大數據分析技術，深入信息挖掘，分析用電安全事故原因，并預警用電故障狀態，從根本上解決了用電安全問題。

然而本文中對安全隱患的預測機制還屬于不斷學習與積累的過程，為提供更全面更可靠的分析預警策略，將是下一階段研究的方向與課題。