基于物聯網技術的智能施工臨時用電系統設計

聶 堃

（江西省送變電工程有限公司，江西南昌330043）

0 引言

電力施工作業現場的臨時用電系統遵循三級配電、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，但不容易發現故障點，漏電情況一旦發生，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，導致火災事故的發生。如果對施工現場臨時用電狀態進行實時在線監控，就可以降低臨時用電安全事故發生的概率。

1 物聯網與作業現場臨時用電安全管控

1.1 物聯網概述

物聯網是把所有物品通過信息傳感設備與互聯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 作業現場臨時用電安全管控與物聯網應用

分析作業現場臨時用電安全事故，總結事故發生的原因，其很大程度上是制度執行的基礎工作不到位，此點目前主要由人為管控。但是作業管理流程多，全面監管難度和工作量較大，且各監管部門通過不同平臺實施管理，缺乏統一、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節，均設置物聯網監控信息點，覆蓋整個三級配電系統，全方位部署物聯網監控網絡，通過一體化平臺，實現全面的實時監控，有效提高管控效率。

圖1 基于物聯網技術的智能施工臨時用電系統構架

2 智能施工臨時用電配電箱概述

為解決作業現場傳統地臨時用電配電箱無法實現遠程防護和狀態監測的問題，需要設計一種能夠將配電箱內的運行參數及環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。

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、箱門狀態、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器與移動終端通信連接；云存儲單元與專用收發器通信連接；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控系統

基于施工現場作業具有點多、面廣、周期短等特點，管理部門無法全過程、全天候、零距離監管作業現場，設計一套基于無線通信模塊的智能施工臨時用電系統是有必要的。無線通信模塊的應用使得監控不再受限于地域，讓任意地點、任意時間、分布式、遠程監控、集中控制成為可能，作業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遠程監控構架如圖3所示。該系統基于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控，實現智能化處理，隨時隨地通過網絡進行遠程狀態監測和指令控制。

圖3 智能施工臨時用電系統遠程監控構架

該系統由前端采集（完成作業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）和后臺監控（接收、解碼與呈現）三部分組成，后臺監控部分不僅便于監控中心對作業現場實施監控，還可以下發遠程命令實施遠程操控[2]。

3.2 一體化智慧監管云平臺

由于電力現場作業流程較為復雜，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管云平臺來滿足多種用戶的需求。監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，本地非云端采用關系型數據庫系統，通過專用數據模型，可提供高效、統一的數據接口。

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，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、視頻監控等業務邏輯處理。

圖4 手機APP顯示界面示意圖

4 創新點

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 預警監測功能

通過就地LCD屏和移動終端專用APP實時監測各項數據（包括箱體是否帶電、電壓、電流、空開狀態、箱門狀態、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現場安全用電管控水平，解決傳統管控模式對轄區作業現場存在管控盲區、無法全面覆蓋、無法遠程遠程防護和狀態監測等痛點問題，設計了一種基于物聯網技術的智能施工臨時用電系統，通過“傳統安全+物聯網安全”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，實現了對轄區作業現場全方位、一體化和遠程管控，保障了現場作業人員的用電安全。