智能配电保护:公共建筑安全的新 “防火墙”

安科瑞刘鸿鹏

摘要

随着城市建筑体量的不断增长和电气设备的广泛使用，现代建筑大楼的用电安全问题日益突出。传统配电方式面临监测盲区多、响应滞后、火灾隐患难发现等问题。为提升建筑电气系统的安全性和智能化水平，智慧用电系统应运而生。本文结合安科瑞智慧用电解决方案，系统介绍了安全用电保护系统的构成、功能特点及在现代建筑中的典型应用场景，展示其在电气火灾预防、隐患排查、智能控制等方面的综合优势。

关键词：智慧用电、安全用电保护系统、电气火灾、电弧探测、建筑配电系统

1. 引言

电气火灾一直是城市建筑火灾的主要诱因之一，尤其是在大型写字楼、医院、学校、商业综合体等用电密集型场所，线路老化、过载、漏电、电弧等问题潜伏风险巨大。传统电气保护设备如普通空开和漏电保护器，虽然能在极端情况下切断电源，但缺乏前期监测和智能告警能力，无法满足现代建筑对“早发现、早预警、智能控制”的用电管理需求。

2. 形式背景

据公安部消防局数据公布，2019年全年共接报火灾23.3万起，亡1335人，伤837人，直接财产损失36.12亿元，是近七年来火灾起数和伤亡人数最少的一年。

其中，商业场所发生火灾6015起，同比下降8.4%；宾馆饭店发生火灾5872起，同比下降9.9%；学校发生火灾722起，同比下降10%；医院养老院发生火灾346起，同比下降12.6%；公共娱乐场所发生火灾384起，同比下降21.5%。

值得关注的是，住宅火灾中，电气引发的居高不下，已查明原因的火灾中有52%系电气原因引起，尤其是各类家用电器、电动车、电气线路等引发的火灾越来越突出，仅电动自行车引发的较大火灾就有7起。

现实情况中，很多生产经营单位电气线路老旧、线路隐患多且隐蔽性强，众多小微企业缺乏专业电工，肉眼无法直观发现电气隐患，传统的检测手段难以及时排查各种隐患等一系列难题，使得电气火灾的监测和预警很难落实到位。

3. 电气火灾

3.1 电气火灾的特征

隐蔽性强

由于漏电与短路通常都发生在电器设备内部及电线的交叉部位，因此电气起火的最初部位是看不到的，只有当火灾已经形成并发展成大火后才能看到，但此时火势已大，再扑救已经很困难。

随机性大

电气设备布置分散，发火的位置很难进行预测，并且起火的时间和概率都很难定量化。正是这种突发性和意外性电气火灾的管理和预防都带来一定难度，并且事故一旦发生容易酿成恶性事故。

燃烧速度快

电缆着火时，由于短路或过流时的电线温度特别高，导致火焰沿着电线燃烧的速度非常快，另外再借助巷道风流及其它助燃物质，使燃烧速度也大大加快。

扑救困难

电线或电气设备着火时一般是在其内部，看不到起火点，且不能用水来扑救，所以带电的电线着火时不易扑救。电气线路错综复杂，给火灾扑救也带来难度。

损失程度大

电气火灾的发生，通常不仅会单纯导致电气设备的损坏，而且还将殃及人员安全。

3.2 电气火灾的成因

电气线路发生火灾，主要是由于线路的短路、过载或接触电阻过大等原因，产生电火花、电弧或引起电线、电缆过热，从而造成火灾。

引发电气火灾的主要原因有短路、过载、接触不良、电弧火花、漏电、雷击等，主要是电气安装工程、电器产品的质量以及使用、管理不当等问题造成的。电气系统分布广泛、长时持续运行，电气线路通常敷设在隐蔽处，火灾隐患不易发现。另外，电气火灾的危险性还与用电情况密切相关，当用电负荷增大时，容易导致电流增大而造成电气火灾。由于电气火灾主要发生在建筑物内，建筑物内人员密集、疏散困难、排烟不畅，极容易造成触电、窒息等群死群伤的火灾事故。

短路

电气线路发生短路的主要缘由有:线路年久失修使线芯暴露；绝缘受到破坏；安装、修理人员接错线路，或带电作业时造成人为碰线短路;不按规程要求私接乱拉，管理不善，维护不当等都是电气线路发生短路的缘由。

过负荷

设计或选择导线截面不当，实际负载超过了导线的平均载流量;在线路中接人过多或功率过大的电气设备，超过了电气线路的负载力量等问题是造成电气线路发生过负荷的缘由。

接触电阻过大

在电气线路与母线或电源线的连接处，电源线与电气设备连接的地方，由于连接不牢或者其他缘由，使接头接触不良，造成局部电阻过大，称为接触电阻过大。接触电阻过大时，会产生极大的热量，可以使金属变色甚至熔化，并能引起绝缘材料、可燃物质及积落的可燃灰尘燃烧。

电气线路产生的电火花和电弧

电火花是电极间放电的结果。电弧是由大量密集电火花所构成的。电弧的温度可达 3000°C以上，电火花和电弧简单引起可燃物燃烧或爆炸性可燃气体、可燃粉尘的爆炸。

3.3 原因总结

供配电线路未随着生活水平提高而改进。

供配电系统产品质量不高。

供配电系统本身安全性不够。

施工质量不符合国家相关工程技术标准的规定

缺乏相应政策保障，电气检测验收不严格。

电器产品达不到防火要求。

电器产品及其线路维护管理不当。

4. 系统解决方案

安科瑞智慧用电云平台通过物联网技术对电气引发火灾的主要因素（导线温度、电流、电压和漏电流）进行不间断的数据跟踪与统计分析，实时发现电气线路和用电设备存在的安全隐患（如：线缆温度异常、短路、过载、过压、欠压及漏电等），有效防止电气火灾的发生。

4.1 系统架构

以安科瑞智慧用电系统为代表，现代安全用电保护系统一般由以下几部分构成：

智能监测终端设备

包括ARCM系列监测装置、ASCB系列智慧空开、AISD智能安全配电装置等。可实现对漏电、电流、电压、温度、电弧等关键电参量的实时监测。

通信与上传模块

设备支持RS485、NBIoT、4G、RJ45等多种通信方式，可灵活适配新建和改造项目，数据实时上传至平台。

安全用电管理平台

通过AcrelCloud6000智慧用电平台，实现设备集中管理、数据分析、报警推送、隐患定位、远程控制等功能，运维人员可通过PC或微信小程序远程查看。

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4.2 系统特点

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4.3 系统功能

用户登录成功之后进入首页，如图所示。主要展示的内容有：项目概况、设备状态、设备分类、设备报警信息、报警分类、报警统计、设备台账信息等。

实时监控

系统可接入电气火灾探测器、故障电弧、智能微断、用电精灵、智能塑壳断路器、灭弧式保护器等，并可远程控制相应探测器。

能耗分析

系统提供能耗分析功能，按回路可查询日、月、年的能耗报表和曲线，并支持导出

电能质量

系统提供谐波监测和三相不平衡分析功能。

需量分析

需量监测分析：支持对MAX需量进行逐日、逐月、逐年的统计，并支持需量监测。

运维管理

保障配电可靠，解决运维难的问题，降低人力成本

参数设置

系统可对仪表的保护开关和报警值等参数进行设置。

5. 典型案例

客户简介：颐和园，中国清朝时期皇家园林，前身为清漪园，坐落在北京西郊，距城区15公里，全园占地3.009平方公里（其中颐和园世界文化遗产区面积为2.97平方公里），水面约占四分之三。它是以昆明湖、万寿山为基址，以杭州西湖为蓝本，汲取江南园林的设计手法而建成的一座大型山水园林，也是保存最完整的一座皇家行宫御苑，被誉为“皇家园林博物馆”。