摘要：本文針對當前校園、工廠、社區等場所的安全用電隱患，電力安全事故頻發，傳統的被動安全用電保護措施已不能滿足社會的需要。該系統采用人工智能和大數據分析技術，設計了基于云的安全電力智能監控系統。該系統主要由智能監控硬件終端、網關和云監控系統組成。硬件終端實時采集電力參數，智能網關通過Lora無線接收數據過濾轉發到云。云系統還可以分析上傳的電力參數和信息

0引言

安全一直是社會關注的焦點，尤其是校園、工廠和社區的安全。這些地方空間狹窄，人員密集。一旦發生安全事故，將造成不可預見的損失，電力安全是預防安全事故的重要措施。線路過載、短路、漏電是安全用電的首要考慮因素。由于當時電氣保護裝置的電氣絕緣老化和技術水平，舊線路容易發生電氣安全事故。雖然新安裝的線路增加了大量的過載和漏電保護裝置，但由于保護裝置的質量和人工安裝不規范，仍會發生電氣安全事故，導致火災和觸電，造成人員傷亡。

電已經成為現代生活的必需品，但電是一把雙刃劍。在提供便利的同時，稍有不慎就會成為巨大的風險源，過載的電流會瞬間殺死人。隨著社會技術的發展，特別是當代中國互聯網的快速發展，大數據和人工智能技術的興起，不僅改變了人們的生活方式，也極大地促進了各行各業的發展。

該系統采用人工智能和大數據分析技術，設計了一個基于云的安全電力智能監控系統。通過對大數據的分析，可以判斷線路容易過載和泄漏的時間段和一般線路位置，準確采取對策，快速排除故障；結合人工智能技術，系統實時監控電壓、電流、泄漏電流和功率參數，實時準確地切斷和恢復故障線路，發出語音廣播警告等提示信息。

1系統設計原理。

該系統由智能監控硬件終端、智能網關和云服務器組成。智能終端采集線路的電參數，通過Rola無線傳輸到網關。網關過濾數據后，將數據從GPRS網絡上傳到云服務器。云服務器存儲、分析和顯示數據。系統設計框圖如圖1所示。每個采集終端和網關構成一個星網絡，網關之間的網絡節點是平等的，與云服務器直接通信。

2 硬件系統

2.1采集終端設計

2.1.1STM32F407ZET6微控制器。

STM32F4ZET6是一款高性能的單片機，其Flash容量512KB,RAM容量為192KB,CPU頻率達到168MHz，芯片內嵌資源豐富。該采集終端需要采集大量的電量數據，且能夠進行實時的分析處理，所以本采集終端采用STM32F407ZET6作為主CPU。

2.1.2參數采集電路。

在采集端，采集電路的電能、功率、功率、電流、電壓等電參量進行采集，以便準確穩定地采集電路參數；選擇ATT7022E型單片機，ATT7022E是一顆精密的三相電能測量芯片，該系統可用于三相三線及三相四線制系統，可滿足電路數據采集要求。

2.1.3LoRa通信技術。

采集完數據后，需要以無線方式傳送到網關節點，再由網關節點上載至云服務器，因此，要求終端數據傳輸要穩定可靠，考慮到部門節省成本以及部署采集終端的靈活性等因素，采用LoRa無線通信技術，LoRa無線技術具有傳輸距離遠、自由頻帶、易于部署的特點。

2.2智能網關設計。

SIM7600CE是一款可實現2G/3G/4G網絡通信的全網通模塊，該系統采用STM32F103作為核心處理器，外接全網通模塊SIM7600CE和LoRa通信模塊組成。利用自己開發的軟件算法，將LoRa模塊接收到的數據，通過GPRS網絡準確、穩定地上載至云服務器，同時該網關還具有斷線自動重連、網絡監控等功能，保證網關安全、可靠地工作。圖2顯示了智能網關的系統架構。智能網關數據的傳輸都是通過自主設定的加密算法進行加密操作，以保證重要數據的安全。

3 軟件系統

對服務器軟件系統的設計主要分為HTTP服務和Socket服務。通過HTTP服務實現業務邏輯、數據顯示等功能，通過Socket服務實現網關終端與服務器之間的數據通信。

3.1HTTP服務。

HTTP服務是用PHP語言設計的，PHP易于學習，應用廣泛，主要用于Web開發；NGINX是一種高性能的HTTP和反向代理服務器，該系統通過PHP7和NGINX實現HTTP服務。

3.2ocket服務。

因為網關終端到云服務器的TCP長時間連接，因此要求網關終端必須實時連接服務器，為了方便數據的及時處理和監測采集終端，Swoole引擎開發了Socket服務，Swoole是一種產品導向型PHP異步網絡通信引擎，它能編寫高性能的異步并發TCP服務。

3.3B/S架構的服務器設計。

為降低開發工作量，滿足系統跨平臺、多終端使用的需要，并提高系統使用的便捷性，云端監控系統采用B/S架構設計，云監控系統的設計框圖見圖3。

在采集到數據后，對數據進行加密處理，并通過自主制定的網絡通信協議，將數據通過網關上傳到Swoole引擎編寫的高性能Socket服務器，然后Socket服務器進行數據處理和分析。

采集終端上傳的各種用電參數數據，利用自主開發的軟件算法，對線路運行情況進行實時、準確的分析。再次利用大數據技術進行分析處理，可以預測可能發生安全用電事故的線路位置，及時通知維修人員進行維修處理。

4 系統應用效果和性能驗證

系統部署某公園的照明電路線路中，監控照明線路的電參數情況，測試系統的各項指標數據。在線路發生漏電、過流和過壓等不正常的情況時，智能終端能迅速切斷線路，防止發生嚴重的電類事故，異常報警動作反應時間和準確率如表1所示。

通過出現各類安全事情，智能終端的運行情況，可以得出智能終端能在電路發生不安全狀況時，能在2秒以內迅速切斷線路，符合要求。而且通過研發的干擾過濾算法，能讓智能終端報警準確率保持100%。

5安科瑞安全用電云平臺功能介紹及選型

5.1 安科瑞安全用電云平臺介紹
? ?該系統可對剩余電流、設備溫度、故障電弧等電氣故障進行實時監測、報警、記錄，并可在云上遠程監控。該設備與云中的通信方向不受限制，可以上載數據，傳輸指令，并在時間上顯示實時狀態。它通過對上載到云的數據進行分析，為用戶提供火災隱患的相關數據，可以盡早發現問題，實施排查，避免火災發生。另外，云平臺還能提供超大容量的存儲和穩定的服務，提高服務質量，對用戶長期發展有重要的戰略意義。另外，通過集中監測，使各節點的數據通過4G網絡傳送到云上集中管理和監控，主控端布置在城市消防大隊，從而使采集的信息能夠得到統一的監測和管理。

平臺的整體結構圖

具體功能如下：

（1）安全電力監督服務系統包括安全電力管理云平臺、計算機終端顯示系統、移動應用程序、漏電探測器、漏電互感器、電流互感器等。

（2）安全電力監督服務系統平臺可顯示剩余電流、溫度、電流等電氣安全參數的實時監控數據和變化曲線、歷史數據和變化曲線、實時報警數據等，可實時顯示現場服務數量、隱患數量、隱患數量、報警數量、常規檢驗和產品維護數據，監督數據可保存10年以上。

(3)手機APP軟件還有IOS版和Android版，可以通過手機APP呼叫每個報警記錄，方便用電單位在緊急情況下盡快通知。

（4）可自動統計、分析和評估各單位和設備的電氣安全運行情況，并隨時顯示電氣安全運行分析報告。

(5)監控探測終端產品符合國家法律法規及相關技術標準(GB14287.2《剩余電流電氣火災監測探測器》和GB14287.3《溫度測量電氣火災監測探測器》)的要求，并通過國家消防產品質量監測檢驗中心提供的消防3C認證。

（6）漏電探測器可以同時檢測剩余電流、四路溫度、三相電流等參數值，并通過移動通信網絡無線接入安全用電監管系統平臺。

5.2 產品選型

5.2.1 漏電火災監控探測器

5.2.2 故障電弧探測器

安科瑞故障電弧產品型號代碼為AAFD，共有兩種電流等級，可監測回路故障電弧的發生，并及時預警，提醒用戶處理，防止電弧導致的火災的發生。

AAFD可配合AF-GSM400使用并接入安全用電平臺，該產品不可在同一臺AF-GSM400下與ARCM混接。如圖：

5.2.3電流限制保護裝置。

本產品采用ASCP200-1型限流保護，具有三個電流等級，可以監控電路短路過載等故障信息，出現故障時報警并產生滅弧效果，防止電弧引發火災。

與AF-GSM400合作，ASCP200-1可以直接與安全電源平臺連接，還可以通過插入SIM卡直接上載至平臺。

ASCP200-1的主要特性如下：

防短路功能。保護裝置實時監控供電線路電流，當線路短路故障時，可在150微秒內實現限流保護，同時發出聲光報警信號。

超載保護功能受保護線路電流過載，過負荷持續時間超過動作時間(3.60秒)時，保護器啟動限流保護，并發出聲光報警信號。

表里溫度過高保護功能。保護裝置在保護裝置內的溫度過高時啟動超溫限流保護，并發出聲光報警信號。

過載欠壓保護功能。在保護裝置檢測到線路電壓過壓或欠壓情況下，保護器發出聲光報警信號，可預先設定是否啟動限流保護。

配線電纜溫度監控功能。若監測到的線纜溫度超過報警設定值，保護器發出聲光報警信號，可預先設置有無啟動限流保護。

漏電檢測功能。若監測線路漏電超過報警設定值，保護器發出聲光報警信號，可預先設置有無啟動限流保護。

該保護裝置有1路RS485接口，1路2G無線通信，可向后臺發送數據，實現遠程監控。

6 結束語

安全用電智能監控系統，不僅能夠實時網絡監控用電的各項參數，還能夠根據電路的漏電電流、過流和過壓值等，迅速做出判斷并且可以即時斷開線路，保證線路的安全，防止觸電等各類電類事故的發生，系統可以在不改變原來線路的情況下進行加裝，部署方便，成本低，實用可靠。

作者簡介：張星，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為安全用電智能監測系統的研發與應用。

審核編輯：符乾江