近年來(lái)，我國(guó)電氣火災(zāi)事故發(fā)生頻繁，造成的損失十分嚴(yán)重。2011-2015 年，我國(guó)發(fā)生火災(zāi)約 140.81 萬(wàn)起，從火災(zāi)的起因來(lái)看，由于線路漏電、短路、超負(fù)荷、電氣故障等原因引起的火災(zāi)約為 41.5 萬(wàn)起，在全年火災(zāi)數(shù)量中的占比約為 30%，且逐年增加。究其原因，電氣線路設(shè)計(jì)、安裝不規(guī)范、使用和維保不及時(shí)是導(dǎo)致事故的重要原因。同時(shí)，在電氣火災(zāi)的應(yīng)急救援中也存在著火災(zāi)發(fā)生位置較為隱蔽、火災(zāi)發(fā)展迅速、應(yīng)急救援難度大的問(wèn)題。對(duì)于電氣事故的預(yù)防監(jiān)控，國(guó)內(nèi)有不少學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)的分析和研究，對(duì)線路電氣參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，自動(dòng)對(duì)超出范圍的異常情況進(jìn)行預(yù)警，起到預(yù)防事故的作用。構(gòu)建智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)能夠利用物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)電氣線路電流、剩余電流、溫度、諧波等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)的預(yù)警，為電氣火災(zāi)的應(yīng)急救援提供支持。

1 智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)研究

1.1 電氣火災(zāi)事故原因分析

電氣火災(zāi)是指用電設(shè)備、電氣線路、接地電弧、雷擊、靜電等電的熱效應(yīng)導(dǎo)致電器設(shè)備內(nèi)部、電氣線路、周邊可燃物起火引發(fā)的火災(zāi)。引起電氣火災(zāi)的原因多種多樣，通過(guò)對(duì)電氣火災(zāi)事故案例進(jìn)行分析可知，引起電氣火災(zāi)的原因如圖 1 所示。

（1）電氣線路導(dǎo)體發(fā)生短路。線路導(dǎo)體之間發(fā)生直接接觸，短路產(chǎn)生的電流很大，若線路中的保護(hù)裝置發(fā)生故障，未及時(shí)動(dòng)作切斷電源，將會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。

（2）電氣線路電弧連接短路。線路故障電弧或工作電弧由于電氣阻抗存在，短路電流不大，不能及時(shí)啟動(dòng)線路保護(hù)裝置切斷電源，使得電弧引發(fā)的高溫一直烘烤線路的外護(hù)層或附近可燃物而引起火災(zāi)。

圖 1 電氣火災(zāi)發(fā)生原因

（3）線路負(fù)荷過(guò)載。線路過(guò)載火災(zāi)是指通過(guò)電氣線路的電流超過(guò)其安全載流量，導(dǎo)致線路產(chǎn)生高溫，引起本體或周?chē)扇嘉锶紵斐傻幕馂?zāi)。過(guò)載不僅能夠直接引起火災(zāi)，而且還會(huì)引起線路短路、接觸不良、漏電等多種電氣線路故障，間接地引起火災(zāi)。

（4）線路連接接觸不良。當(dāng)線路連接接觸不良時(shí)，會(huì)造成接觸電阻過(guò)大，接觸處在電流的作用下會(huì)產(chǎn)生高溫，而接觸電阻會(huì)隨溫度升高逐漸增大，溫度循環(huán)上升，最終達(dá)到電氣線路或周?chē)扇嘉镔|(zhì)的燃點(diǎn)，引發(fā)火災(zāi)。

（5）漏電電流。漏電火災(zāi)是在電氣系統(tǒng)發(fā)生漏電故障的情況下，漏電電流從漏電點(diǎn)到接地點(diǎn)流入大地途中，在電阻較高的部位發(fā)生熱作用引燃周?chē)扇嘉锒斐傻幕馂?zāi)。隨著線路、設(shè)備的使用，不同的物理或化學(xué)因素都會(huì)引起絕緣層的老化導(dǎo)致線路絕緣性能降低，致使電流由內(nèi)向外泄漏到建筑物、附屬設(shè)施或工作物等接地物體上，從而產(chǎn)生高溫、漏電電弧或電火花引起線路或者周?chē)卓扇嘉锶紵斐苫馂?zāi)。

（6）諧波電流。諧波是指在穩(wěn)態(tài)情況下，周期性的非正弦電氣量中頻率為基波整數(shù)倍的電氣分量。當(dāng)前變頻設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流對(duì)供電系統(tǒng)、負(fù)載及其他鄰近電氣設(shè)備、線路產(chǎn)生干擾，可以導(dǎo)致電源電壓的波形失真、能量損耗增加，過(guò)載發(fā)熱起火。

1.2 電氣火災(zāi)應(yīng)急救援中存在的問(wèn)題

（1）電氣火災(zāi)發(fā)生位置比較隱蔽，不容易被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)火災(zāi)時(shí)通常已進(jìn)入燃燒階段，甚至火勢(shì)已經(jīng)開(kāi)始擴(kuò)散。此時(shí)的應(yīng)急救援行動(dòng)不僅難度增大，還會(huì)擴(kuò)大事故的損失與危害。

（2）應(yīng)急救援中存在有對(duì)企業(yè)情況不了解的現(xiàn)象，包 括企業(yè)廠房結(jié)構(gòu)信息、儲(chǔ)存物料的信息等。這些現(xiàn)象不利于應(yīng)急救援行動(dòng)，甚至危及救援人員的生命與健康。

（3）很多企業(yè)的管理人員對(duì)應(yīng)急救援的認(rèn)識(shí)不足，缺乏對(duì)于電氣設(shè)備狀態(tài)的有效監(jiān)控，導(dǎo)致不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患而造成嚴(yán)重后果。

1.3 智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)分析

電氣參數(shù)中電流、漏電、溫度、諧波情況有異常，將可能引發(fā)電氣火災(zāi)。利用電氣參數(shù)監(jiān)測(cè)設(shè)備及互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)等技術(shù)，構(gòu)建智慧用電安全物聯(lián)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)線路電氣安全監(jiān)控對(duì)火災(zāi)的預(yù)防有著積極意義。

1.3.1 智慧用電終端

智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)終端利用現(xiàn)有電氣參數(shù)監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣線路三相電流值、剩余電流值和溫度的監(jiān)測(cè)。能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電氣線路狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)傳輸電氣線路狀態(tài)參數(shù)，電氣參數(shù)出現(xiàn)異常及時(shí)發(fā)出警報(bào)。

智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)硬件由以下部分組成：

（1）電流互感器，用于采集三相電流的電流值。

（2）剩余電流互感器，用于采集剩余電流值。

（3）溫度傳感器，用于采集電氣線路和環(huán)境的溫度。

（4）AD 轉(zhuǎn)換器，將采集到的模擬電流量轉(zhuǎn)化為數(shù)字電流量并輸出至 CPU。

（5）CPU 是智慧用電終端的核心，用于控制檢測(cè)裝置對(duì)三相電流、泄漏電流等數(shù)據(jù)的采樣，數(shù)據(jù)處理，報(bào)警輸出，與云服務(wù)器通信，液晶監(jiān)控屏顯示等，并實(shí)現(xiàn)了安裝方式的可移動(dòng)化。

1.3.2 云服務(wù)平臺(tái)

利用移動(dòng)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建云服務(wù)器平臺(tái)。針對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)采集到的電氣參數(shù)通過(guò)監(jiān)控設(shè)備主機(jī)進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換和邏輯換算，可將各參數(shù)通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上傳到云服務(wù)器上，建立電氣監(jiān)控云服務(wù)平臺(tái)。云服務(wù)平臺(tái)能夠?qū)⒎从畴姎鉅顟B(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控顯示屏與手機(jī)端?？梢酝ㄟ^(guò)觀看生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控顯示屏，查看企業(yè)電氣線路的運(yùn)行狀態(tài)，還可以通過(guò)手機(jī)端遠(yuǎn)程查看企業(yè)電氣線路的狀態(tài)，做到對(duì)企業(yè)電氣狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，隨時(shí)掌握企業(yè)的電氣安全情況。

1.3.3 大數(shù)據(jù)分析

結(jié)合線路使用情況，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，自動(dòng)識(shí)別電氣安全隱患，構(gòu)建隱患識(shí)別系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)企業(yè)電氣線路、設(shè)備負(fù)載明細(xì)確定線路最大電流、線路允許的溫度，以此為依據(jù)設(shè)置相關(guān)的報(bào)警值，當(dāng)電氣參數(shù)超過(guò)閾值時(shí)立即報(bào)警。系統(tǒng)通過(guò)大數(shù)據(jù)分析智能識(shí)別電氣線路諧波含有率情況，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。系統(tǒng)還能夠通過(guò)分析企業(yè)的報(bào)警歷史記錄以及企業(yè)每天的電氣運(yùn)行情況，找到企業(yè)電氣系統(tǒng)中存在的問(wèn)題包括負(fù)載過(guò)大、電氣線路老化嚴(yán)重、接地故障等。

1.4 電氣事故預(yù)警

系統(tǒng)將智慧用電終端實(shí)時(shí)采集的電氣參數(shù)與預(yù)設(shè)的報(bào)警值比較，一旦發(fā)現(xiàn)企業(yè)的電氣參數(shù)超過(guò)閾值，立即發(fā)出警報(bào)。事故報(bào)警分 3 個(gè)層次：一是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備報(bào)警；二是監(jiān)控顯示屏報(bào)警；三是手機(jī)短信報(bào)警。

（1）現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備報(bào)警，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常參數(shù)時(shí)，安裝在現(xiàn)場(chǎng)的智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)終端自帶的聲光報(bào)警器立即發(fā)出聲響且警示燈亮起，提醒在現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行排查。

（2）監(jiān)控顯示屏報(bào)警。系統(tǒng)會(huì)將報(bào)警信號(hào)發(fā)送到監(jiān)控顯示屏上，滿(mǎn)足 24 h 圖形監(jiān)控報(bào)警，同時(shí)在監(jiān)控顯示屏上能夠看到報(bào)警區(qū)域的位置、報(bào)警區(qū)域周?chē)沫h(huán)境情況、現(xiàn)場(chǎng)存放物料、現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人等信息。這些信息能使人們及時(shí)了解事故現(xiàn)場(chǎng)的情況，及時(shí)消除隱患或指導(dǎo)應(yīng)急救援。

（3）手機(jī)短信報(bào)警。事故發(fā)生時(shí)系統(tǒng)還會(huì)發(fā)送報(bào)警短信給相關(guān)電氣安全責(zé)任人，以保證在企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人的情況下也能及時(shí)通知人們迅速排查隱患，確保電氣系統(tǒng)安全。

2 基于用電安全監(jiān)控技術(shù)的事故救援系統(tǒng)通過(guò)智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)，企業(yè)管理人員可以實(shí)時(shí)在線遠(yuǎn)程查看生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備參數(shù)動(dòng)態(tài)和歷史信息，一旦發(fā)生電氣火災(zāi)事故，可通過(guò)系統(tǒng)查看事先制定的救援預(yù)案，并可以顯示出事故現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信息、周邊應(yīng)急救援設(shè)施及最佳救援路徑。

2.1 智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)

智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)由智慧用電終端、云服務(wù)器、監(jiān)控顯示屏與手機(jī)端組成。智慧用電終端中有電流傳感器、溫度傳感器與剩余電流傳感器，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)電氣線路的三相電流、線路溫度、環(huán)境溫度與剩余電流，并將數(shù)據(jù)通過(guò)云服務(wù)器實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控顯示屏與手機(jī)端中，以便人們能夠隨時(shí)查看企業(yè)電氣情。當(dāng)發(fā)生電氣事故時(shí)，傳感器感知到異常數(shù)據(jù)，智慧用電終端的聲光報(bào)警器立刻發(fā)出警報(bào)，同時(shí)云服務(wù)器在監(jiān)控顯示屏上發(fā)出警報(bào)，并通過(guò)手機(jī)端對(duì)人員發(fā)出警報(bào)。

2.2 企業(yè)基本信息庫(kù)

企業(yè)安全生產(chǎn)信息庫(kù)中收集企業(yè)的靜態(tài)安全生產(chǎn)信息與動(dòng)態(tài)安全生產(chǎn)信息。企業(yè)靜態(tài)安全生產(chǎn)信息包括企業(yè)基本信息、人員信息、安全評(píng)估、管理體系等信息；企業(yè)動(dòng)態(tài)安全生產(chǎn)信息包括企業(yè)電氣安全情況信息、企業(yè)重大危險(xiǎn)源信息、企業(yè)周邊環(huán)境信息等。企業(yè)安全生產(chǎn)信息庫(kù)的建立不僅有利于企業(yè)的安全管理，提高企業(yè)安全管理水平，還有助于在事故的應(yīng)急救援時(shí)幫助救援人員了解企業(yè)信息，根據(jù)企業(yè)信息制定合理高效的救援方案，避免救援人員受到不必要的傷害，保障應(yīng)急救援的順利進(jìn)行。

2.3 事故應(yīng)急救援系統(tǒng)

應(yīng)急救援系統(tǒng)由智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)電氣火災(zāi)事故發(fā)出的警報(bào)開(kāi)始，通過(guò)查看企業(yè)基本信息、重大危險(xiǎn)源信息、企業(yè)周邊環(huán)境信息、企業(yè)應(yīng)急救援力量信息以及應(yīng)急預(yù)案，確定救援方式、救援路徑、救援方案等。

2.3.1 事故響應(yīng)

智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)能夠在事故發(fā)生的初期發(fā)出警報(bào)，即使企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有人員值班，也會(huì)發(fā)短信通知電氣管 理人員。在事故發(fā)生初期即發(fā)出警報(bào)，盡快開(kāi)展應(yīng)急救援行動(dòng)，可阻止事故的擴(kuò)大。

2.3.2 應(yīng)急支撐

在應(yīng)急救援之前可以通過(guò)智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)查看企業(yè)基本信息、重大危險(xiǎn)源周邊環(huán)境、企業(yè)存儲(chǔ)物料信息、企業(yè)電氣情況信息、應(yīng)急救護(hù)力量等信息，確定救援方案，并對(duì)事故后果進(jìn)行模擬分析，預(yù)測(cè)事故危害范圍，確定疏散范圍和疏散路線。在應(yīng)急救援的過(guò)程中，智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)為事故的應(yīng)急救援提供輔助決策支持，幫助事故應(yīng)急救援安全有效地進(jìn)行，能夠極大地降低事故的損失。

電氣火災(zāi)的發(fā)生具有一定的隱蔽性，不容易被發(fā)現(xiàn)，一旦發(fā)生就容易造成極大的危害。智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)終端實(shí)時(shí)監(jiān)控企業(yè)電氣線路的參數(shù)，通過(guò)監(jiān)控顯示屏、手機(jī)、電腦圖形化顯示，電氣參數(shù)異常超過(guò)所設(shè)定的閾值時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)終端、監(jiān)控顯示屏、手機(jī)發(fā)出警報(bào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電氣火災(zāi)事故的預(yù)警與報(bào)警。智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)能夠在電氣火災(zāi)發(fā)生的早期進(jìn)行預(yù)警，為事故的應(yīng)急救援爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間，通過(guò)查看企業(yè)基本信息、周?chē)h(huán)境信息與電氣報(bào)警歷史記錄可以判斷火災(zāi)類(lèi)型，制定救援方案，選擇合適的救援路線，最大程度地降低事故造成的損失。