近年來，我國電氣火災事故發生頻繁，造成的損失十分嚴重。2011-2015 年，我國發生火災約 140.81 萬起，從火災的起因來看，由于線路漏電、短路、超負荷、電氣故障等原因引起的火災約為 41.5 萬起，在全年火災數量中的占比約為 30%，且逐年增加。究其原因，電氣線路設計、安裝不規范、使用和維保不及時是導致事故的重要原因。同時，在電氣火災的應急救援中也存在著火災發生位置較為隱蔽、火災發展迅速、應急救援難度大的問題。對于電氣事故的預防監控，國內有不少學者已經進行了相關的分析和研究，對線路電氣參數進行監測，通過移動網絡實時將數據上傳到服務器，自動對超出范圍的異常情況進行預警，起到預防事故的作用。構建智慧用電監控系統能夠利用物聯網、移動互聯網、云平臺、大數據技術對電氣線路電流、剩余電流、溫度、諧波等參數進行監控，實現電氣火災的預警，為電氣火災的應急救援提供支持。

1 智慧用電監控系統研究

1.1 電氣火災事故原因分析

電氣火災是指用電設備、電氣線路、接地電弧、雷擊、靜電等電的熱效應導致電器設備內部、電氣線路、周邊可燃物起火引發的火災。引起電氣火災的原因多種多樣，通過對電氣火災事故案例進行分析可知，引起電氣火災的原因如圖 1 所示。

（1）電氣線路導體發生短路。線路導體之間發生直接接觸，短路產生的電流很大，若線路中的保護裝置發生故障，未及時動作切斷電源，將會導致火災的發生。

（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，不能及時啟動線路保護裝置切斷電源，使得電弧引發的高溫一直烘烤線路的外護層或附近可燃物而引起火災。

圖 1 電氣火災發生原因

（3）線路負荷過載。線路過載火災是指通過電氣線路的電流超過其安全載流量，導致線路產生高溫，引起本體或周圍可燃物燃燒造成的火災。過載不僅能夠直接引起火災，而且還會引起線路短路、接觸不良、漏電等多種電氣線路故障，間接地引起火災。

（4）線路連接接觸不良。當線路連接接觸不良時，會造成接觸電阻過大，接觸處在電流的作用下會產生高溫，而接觸電阻會隨溫度升高逐漸增大，溫度循環上升，最終達到電氣線路或周圍可燃物質的燃點，引發火災。

（5）漏電電流。漏電火災是在電氣系統發生漏電故障的情況下，漏電電流從漏電點到接地點流入大地途中，在電阻較高的部位發生熱作用引燃周圍可燃物而造成的火災。隨著線路、設備的使用，不同的物理或化學因素都會引起絕緣層的老化導致線路絕緣性能降低，致使電流由內向外泄漏到建筑物、附屬設施或工作物等接地物體上，從而產生高溫、漏電電弧或電火花引起線路或者周圍易可燃物燃燒造成火災。

（6）諧波電流。諧波是指在穩態情況下，周期性的非正弦電氣量中頻率為基波整數倍的電氣分量。當前變頻設備產生的諧波電流對供電系統、負載及其他鄰近電氣設備、線路產生干擾，可以導致電源電壓的波形失真、能量損耗增加，過載發熱起火。

1.2 電氣火災應急救援中存在的問題

（1）電氣火災發生位置比較隱蔽，不容易被發現，當人們發現火災時通常已進入燃燒階段，甚至火勢已經開始擴散。此時的應急救援行動不僅難度增大，還會擴大事故的損失與危害。

（2）應急救援中存在有對企業情況不了解的現象，包 括企業廠房結構信息、儲存物料的信息等。這些現象不利于應急救援行動，甚至危及救援人員的生命與健康。

（3）很多企業的管理人員對應急救援的認識不足，缺乏對于電氣設備狀態的有效監控，導致不能及時發現事故隱患而造成嚴重后果。

1.3 智慧用電監控系統分析

電氣參數中電流、漏電、溫度、諧波情況有異常，將可能引發電氣火災。利用電氣參數監測設備及互聯網、移動網、物聯網、云平臺等技術，構建智慧用電安全物聯系統，實現實時線路電氣安全監控對火災的預防有著積極意義。

1.3.1 智慧用電終端

智慧用電監控系統終端利用現有電氣參數監測技術，實現對電氣線路三相電流值、剩余電流值和溫度的監測。能夠實現對電氣線路狀態的監測，實時傳輸電氣線路狀態參數，電氣參數出現異常及時發出警報。

智慧用電監控系統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境的溫度。

（4）AD 轉換器，將采集到的模擬電流量轉化為數字電流量并輸出至 CPU。

（5）CPU 是智慧用電終端的核心，用于控制檢測裝置對三相電流、泄漏電流等數據的采樣，數據處理，報警輸出，與云服務器通信，液晶監控屏顯示等，并實現了安裝方式的可移動化。

1.3.2 云服務平臺

利用移動網、互聯網構建云服務器平臺。針對監控系統采集到的電氣參數通過監控設備主機進行信號的轉換和邏輯換算，可將各參數通過移動網絡技術上傳到云服務器上，建立電氣監控云服務平臺。云服務平臺能夠將反映電氣狀態的實時數據上傳到監控顯示屏與手機端。可以通過觀看生產現場的監控顯示屏，查看企業電氣線路的運行狀態，還可以通過手機端遠程查看企業電氣線路的狀態，做到對企業電氣狀態的實時監控，隨時掌握企業的電氣安全情況。

1.3.3 大數據分析

結合線路使用情況，通過大數據分析，自動識別電氣安全隱患，構建隱患識別系統。系統根據企業電氣線路、設備負載明細確定線路最大電流、線路允許的溫度，以此為依據設置相關的報警值，當電氣參數超過閾值時立即報警。系統通過大數據分析智能識別電氣線路諧波含有率情況，當出現異常時進行自動報警。系統還能夠通過分析企業的報警歷史記錄以及企業每天的電氣運行情況，找到企業電氣系統中存在的問題包括負載過大、電氣線路老化嚴重、接地故障等。

1.4 電氣事故預警

系統將智慧用電終端實時采集的電氣參數與預設的報警值比較，一旦發現企業的電氣參數超過閾值，立即發出警報。事故報警分 3 個層次：一是現場監控設備報警；二是監控顯示屏報警；三是手機短信報警。

（1）現場報警。現場監控設備報警，當系統發現異常參數時，安裝在現場的智慧用電監控系統終端自帶的聲光報警器立即發出聲響且警示燈亮起，提醒在現場的相關人員對現場情況進行排查。

（2）監控顯示屏報警。系統會將報警信號發送到監控顯示屏上，滿足 24 h 圖形監控報警，同時在監控顯示屏上能夠看到報警區域的位置、報警區域周圍的環境情況、現場存放物料、現場負責人等信息。這些信息能使人們及時了解事故現場的情況，及時消除隱患或指導應急救援。

（3）手機短信報警。事故發生時系統還會發送報警短信給相關電氣安全責任人，以保證在企業現場無人的情況下也能及時通知人們迅速排查隱患，確保電氣系統安全。

2 基于用電安全監控技術的事故救援系統通過智慧用電監控系統，企業管理人員可以實時在線遠程查看生產現場電氣設備參數動態和歷史信息，一旦發生電氣火災事故，可通過系統查看事先制定的救援預案，并可以顯示出事故現場環境信息、周邊應急救援設施及最佳救援路徑。

2.1 智慧用電監控系統

智慧用電監控系統由智慧用電終端、云服務器、監控顯示屏與手機端組成。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，可以實時檢測電氣線路的三相電流、線路溫度、環境溫度與剩余電流，并將數據通過云服務器實時傳輸到監控顯示屏與手機端中，以便人們能夠隨時查看企業電氣情。當發生電氣事故時，傳感器感知到異常數據，智慧用電終端的聲光報警器立刻發出警報，同時云服務器在監控顯示屏上發出警報，并通過手機端對人員發出警報。

2.2 企業基本信息庫

企業安全生產信息庫中收集企業的靜態安全生產信息與動態安全生產信息。企業靜態安全生產信息包括企業基本信息、人員信息、安全評估、管理體系等信息；企業動態安全生產信息包括企業電氣安全情況信息、企業重大危險源信息、企業周邊環境信息等。企業安全生產信息庫的建立不僅有利于企業的安全管理，提高企業安全管理水平，還有助于在事故的應急救援時幫助救援人員了解企業信息，根據企業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，保障應急救援的順利進行。

2.3 事故應急救援系統

應急救援系統由智慧用電監控系統對電氣火災事故發出的警報開始，通過查看企業基本信息、重大危險源信息、企業周邊環境信息、企業應急救援力量信息以及應急預案，確定救援方式、救援路徑、救援方案等。

2.3.1 事故響應

智慧用電監控系統能夠在事故發生的初期發出警報，即使企業生產現場沒有人員值班，也會發短信通知電氣管 理人員。在事故發生初期即發出警報，盡快開展應急救援行動，可阻止事故的擴大。

2.3.2 應急支撐

在應急救援之前可以通過智慧用電監控系統查看企業基本信息、重大危險源周邊環境、企業存儲物料信息、企業電氣情況信息、應急救護力量等信息，確定救援方案，并對事故后果進行模擬分析，預測事故危害范圍，確定疏散范圍和疏散路線。在應急救援的過程中，智慧用電監控系統為事故的應急救援提供輔助決策支持，幫助事故應急救援安全有效地進行，能夠極大地降低事故的損失。

電氣火災的發生具有一定的隱蔽性，不容易被發現，一旦發生就容易造成極大的危害。智慧用電監控系統通過終端實時監控企業電氣線路的參數，通過監控顯示屏、手機、電腦圖形化顯示，電氣參數異常超過所設定的閾值時，現場終端、監控顯示屏、手機發出警報，實現了對電氣火災事故的預警與報警。智慧用電監控系統能夠在電氣火災發生的早期進行預警，為事故的應急救援爭取寶貴的時間，通過查看企業基本信息、周圍環境信息與電氣報警歷史記錄可以判斷火災類型，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。