淺談大學公寓智能用電管理系統(tǒng)方案

時間：2020-09-11作者：江蘇安科瑞電器制造有限公司瀏覽：120

摘要：文章分析了高校學生公寓通用性用電管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀，剖析了現(xiàn)有系統(tǒng)的缺陷及其局限性。針對當前系統(tǒng)亟待解決的問題，結合“互聯(lián)網+智能用電”技術，提出建立和應用智能用電管理系統(tǒng)的方案;討論了智能管理系統(tǒng)在高校學生公寓用電管理方面推廣應用的可行性和實際意義;闡述了智能管理系統(tǒng)應具備的功能、研發(fā)推廣的途徑和經費來源 ;對智能用電管理系統(tǒng)與高校校園網絡管控系統(tǒng)(或后勤管理系統(tǒng)) 實施無縫對接進行了初步設想;對系統(tǒng)廣泛普及應用進行了前景展望。

關鍵詞：公寓;智能;用電;系統(tǒng)

近年來，高校招生規(guī)模不斷擴大，在校學生數(shù)量逐年遞增，同時隨著人們生活水平的提高和科學技術的突飛猛進，學生的用電需求日益提高，大功率電器正逐步走進公寓，導致用電量與日俱增。然而，學生用電安全意識普遍薄弱，宿舍內漏電、**負荷用電、違規(guī)用電等現(xiàn)象時有發(fā)生，用電設備多樣化、用電需求復雜化，管理漏洞凸顯，傳統(tǒng)人工管理弊端頻現(xiàn)。原有的人工用電控制管理模式不再適應當代學生公寓的用電需求，用電安全問題也成為高校后勤管理的一大困擾。為解決節(jié)約用電、安全用電問題，高校用電管理系統(tǒng)改革迫在眉睫。

目前，絕大部分新建學生公寓，已普遍采用自動化控制的用電管理系統(tǒng)。與從前的人工管理模式相比較，自動化程度有了較大的改進，實現(xiàn)了電力計量、遠程控制、功率限制等功能，電力浪費、竊電等問題明顯下降，安全隱患也相對減少。自動控制用電管理系統(tǒng)雖然有效地提高了運行管理效率，但仍存在多方面的不足。隨著互聯(lián)網技術的飛速發(fā)展，智能化控制水平不斷提高，為適應建設“節(jié)約型社會”的需求，亟待將自動化管理升級換代為智能

化管理，從而徹底解決當前高校公寓用電管理中的缺陷。

1 目前通用用電管理系統(tǒng)的缺陷

1.1傳統(tǒng)管理方式粗放簡單、模式單一

目前，高校用電管理大多采取“一刀切”的控制模式，即對管控區(qū)域內的所有宿舍采取被動式管理：除公共用電(樓道燈、走廊燈、安全出口標志等) 全天保供外，其它輸出回路集中人工定時拉閘限電。現(xiàn)行管理模式已遠遠落后于高校學生數(shù)量增加學生用電需求日益呈現(xiàn)多樣化的需求，給學生的學習生活造成了較大的不便。

1.2 現(xiàn)行用電管理方式存在較大安全隱患

老舊宿舍電路因設計所限，難以適應日益增長的負荷需求，加之線路設施老化，存在著較大的用電安全隱患，迫切需要重新設計改裝用電管理系統(tǒng)。

學生用電安全意識普遍較為淡薄，用電高峰時段往往會同時接入過量常規(guī)電器，導致用電總負荷過高 ;甚至存在學生違規(guī)使用大功率純電阻負載(惡性負載) 的現(xiàn)象。這些，都較易造成火災等事故的發(fā)生，在公寓這類人口密集的場所，安全風險巨大。

目前，高校對于學生公寓使用大功率電器所采取的限制措施普遍較為簡單，比如：后勤部門往往用保險絲、空氣開關等斷路器加以控制，當總功率**過限定值，即切斷供電回路。然而，當惡性負載與其它負載同時使用時，未必會**過限制功率，且總回路功率因數(shù)并不高 ;此外，當前市場違規(guī)出售的一種“功率轉換插座”裝置，通過內部電容產生無功功率，導致惡性負載較難被有效識別，而高校又很難采取有效措施杜絕學生私自使用惡性負載。這些，均使得用電安全隱患問題無法被徹底解決。

1.3 用電管理系統(tǒng)獨立于校園管理系統(tǒng)

為了加強校園用電管理，不少高校已經將傳統(tǒng)的人工管理系統(tǒng)升級換代為以IC卡電能表為基礎的自動用電管理系統(tǒng)。此系統(tǒng)較好地實現(xiàn)了電力計量，且精度較高，實現(xiàn)了預付費、遠程控制供、斷電等功能。然而，大多高校的用電管理系統(tǒng)依舊處于獨立運行狀態(tài)，未能實現(xiàn)與校園“一卡通”系統(tǒng)和財務管理系統(tǒng)的智能化對接。

學生公寓用電信息是高校全面加強校園用電管理非常重要的基礎資料。然而，由于學生公寓用電管理系統(tǒng)的獨立性，數(shù)據(jù)采集部分需要經過人工二次加工整理，不能實現(xiàn)日志、數(shù)據(jù)的實時上傳、查看，校方無法實時、準確地獲得所需數(shù)據(jù)(宿舍用電總量、生均用電量等) 。

高校學生公寓體量龐大，宿舍停電、斷電現(xiàn)象時有發(fā)生。其原因有的為線路故障，有的為欠費停電，也可能因集中高峰用電線路過載斷電，但也不排除違規(guī)使用大功率電器等人為原因導致故障。停斷電原因的分析和故障排除、消缺在通用用電管理系統(tǒng)中較難得以及時響應。

由于用電管理系統(tǒng)的獨立性，無法直接與校園“一卡通”系統(tǒng)對接，給學生的電費業(yè)務辦理造成了較大的不便。學生無法在校園內便捷的人工窗口、自助校園卡終端設備進行每月基礎電費(學生免交) 領取、電費自助繳納，相關業(yè)務只能在固定的時間段在固定的人工窗口理。因時間、窗口所限，導致等待人數(shù)多，等待時間長，甚至在晚間欠費斷電后，無法及時繳費和恢復供電，影響了學生正常的學習、生活。因宿舍用電信息無法從校園卡終端自助查詢，學生不能準確掌握宿舍用電情況，致使部分學生對校方監(jiān)督、收費和服務等環(huán)節(jié)產生不滿和質疑。

1.4 不能較好控制用電浪費現(xiàn)象

高校學生普遍節(jié)約意識淡薄，電力浪費現(xiàn)象頻繁。往往是室內光線充足，多盞照明燈卻始終常亮;夏季空調長時間低溫運行;違規(guī)使用大功率電器等。校園作為人口密集的場所，且平均用電量大，所以,高校既是電力消費大戶，同時也可能是浪費大戶。對于用電浪費問題，高校通常被動采取節(jié)能知識宣傳、巡查(抽查)、定時通斷電等措施，往往收效甚微，不能讓學生真正從內心樹立節(jié)約意識。因現(xiàn)有用電管理系統(tǒng)所限，校方不能實時、準確獲取各宿舍用電信息，無法對癥下藥，難以使用電浪費問題得以有效遏制。

1.5 用電管理系統(tǒng)未實現(xiàn)智能化管理

互聯(lián)網技術的快速發(fā)展，智能用電已在我國居民用電領域逐步得以推廣，已實現(xiàn)了自動計量、信息實時上傳、信息化繳費、自動通斷電等主要功能。網絡化、信息化技術已在高校大部分與學生息息相關的多功能平臺(學校主頁、手機APP、微信公眾號等) 得到很好應用，但由于高校用電管理系統(tǒng)的相對獨立性等原因，大多尚未實現(xiàn)智能化管理，已嚴重滯后于校方管理、學生應用的信息化需求。借助互聯(lián)網技術，高校與銀行等金融機構、供電企業(yè)合作，實現(xiàn)學生智能繳費，供電企業(yè)智能服務，校方智能用電管理已成為智能化社會發(fā)展之所需，存在較大發(fā)展空間。

2 改進方案

隨著“智慧中國”和“節(jié)約型社會”的創(chuàng)建，全國各行各業(yè)均呈現(xiàn)出日新月異的變化，但是高校學生公寓現(xiàn)有用電管理水平卻大多處于傳統(tǒng)或比較低端的基礎管理階段，已遠滯后于社會的發(fā)展。

當今，互聯(lián)網技術得以飛速發(fā)展，居民用電信息集中采集、費用實時結算和故障智能分析判斷技術日臻完善，這都為高校公寓智能用電管理系統(tǒng)的開發(fā)利用提供了可資借鑒的技術和經驗。在高校學生公寓推廣應用集電能計量、收費管理、用電過程管理等功能于一體的智能用電管理系統(tǒng)，以徹底解決偷電、漏電、管理混亂、使用違章電器等問題，創(chuàng)建節(jié)約用電、安全用電的良好環(huán)境已成必然趨勢。

2.1 公寓智能用電管理系統(tǒng)應實現(xiàn)以下功能

① 計量精準：單元用電計量準確性**國家標準值，計費和查詢便捷，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析靈活，可實時監(jiān)控。

② 基礎電量設置：免費基礎電量設置方式靈活，學?？砂疵吭?季度、年度) 對各組別的用戶設定不同的免費基礎用電量。

③ 退費管理 ：系統(tǒng)支持費用明細打印，當學生畢業(yè)時，系統(tǒng)操作員可依據(jù)明細，對該用戶單元進行退費處理。

④ 單元預存電量低限提示報警 ：當用戶單元所預存(擁有) 的電量已減到設定低限值時，系統(tǒng)發(fā)出預警信號 (如：聲光提醒、信息提示等) ，自動提示用戶應盡快購電，以確保單元不斷電。

⑤ 預收費和自助繳費 ：提供用戶**線下預繳費和網絡自助預繳費多種可選購電方式，系統(tǒng)根據(jù)繳費情況自動控制用電單元。當用戶剩余電量為零時，系統(tǒng)可自動切斷該單元供電，用戶重新購電后，系統(tǒng)自動恢復對該單元的供電。

⑥ 欠費延時斷電 ：當用戶單元所預存的電量已減到0時，系統(tǒng)有即時斷電和延時斷電(可預置某一合理時段或后付費電量)兩種方式可供選擇，以避免夜間學生不方便續(xù)費通電。

⑦ 短路、漏電保護 ：在某分(支) 路短路或漏電時，分路斷路器能自動跳閘，及時切斷電路，只有當該用戶單元的短路(或漏電) 狀態(tài)解除之后，重新人工閉合分路斷路器，用戶單元才可繼續(xù)用電，以確保線路安全。

⑧ 定時控電：學?？梢愿鶕?jù)自身管理需求，對學生用電時間進行多樣化定時控制。

⑨ 負載限制：學?？梢愿鶕?jù)自身管理要求，對用戶單元的較大負荷進行統(tǒng)一、分組、單獨設置不同限流值。當某單元實際用電負荷**過設定的用電負荷時，系統(tǒng)將自動切斷該單元供電，只有當管理員對該單元進行過流復位時，用戶單元才可以繼續(xù)用電。

⑩ 故障自動報警 ：當系統(tǒng)檢測到系統(tǒng)中有智能電表信息傳輸異常，或智能電表控制錯誤時，系統(tǒng)會自動報警。支持多種操作管控模式 ：多個操作員或管理員權限分配，批量或個別操作方式轉換，非法操作、誤操作阻擋提示，系統(tǒng)操作日志、賬戶操作日志等。用電數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能 ：系統(tǒng)軟件中含有報表打印功能，報表形式多樣靈活，統(tǒng)計分析快速、準確。分時、分段惡性負載識別 ：當學生宿舍使用違規(guī)大功率電器或純阻性大負載(如電爐，熱得快等)時，系統(tǒng)將自動識別為惡性負載，并區(qū)分不同的功率段、根據(jù)限制惡性負載的使用時間來實現(xiàn)對某些惡性負載的管控，自動判斷是否即時切斷其電源，以有效避免用電事故發(fā)生。

2.2 公寓智能用電管理系統(tǒng)可以與校園后勤管理系統(tǒng)友好對接

智能用電管理系統(tǒng)需具備與校園后勤管理系統(tǒng)順暢對接和割裂的能力。對接后，信息*進行軟件二次處理即可實時上傳后勤管理系統(tǒng)，校方可以實時記錄、查閱數(shù)據(jù)參數(shù)、日志，從而實現(xiàn)智能化、集約化系統(tǒng)運行、管理，及時科學地調整用電管理方案，實現(xiàn)便捷、高效的維護與故障處置;對于用電異常情況，系統(tǒng)即時鎖定問題點，及時做出判斷，實施緊急控制，同時實時實現(xiàn)運行日志備份存檔等。后勤集團與銀行等金融機構或供電企業(yè)協(xié)作，實現(xiàn)24h自助集團用電信息查詢、電費結算。

2.3 公寓用電管理系統(tǒng)可以與校園網的無縫對接

系統(tǒng)實現(xiàn)與校園網無縫對接，學生可利用校園個人ID及密碼由內網登錄系統(tǒng)，根據(jù)個人權限進行信息查詢修改，用電管理、個人申訴等操作。學生每月的基礎(免費)電量，可以在月初由系統(tǒng)自動導入“一卡通”，學生*經由人工窗口處理，即可在校園“一卡通”管理中心、人工窗口、自助終端查看個人、所在房間用電信息，*在固定時間到固定窗口排隊查詢。學生需要續(xù)交電費時，可24h實現(xiàn)快捷自助業(yè)務辦理。

校方相關管理人員可依據(jù)權限對學生用電行為線上評定、管理，對于違反學校規(guī)定的行為依規(guī)管控、處置。兩套系統(tǒng)的無縫對接，充分實現(xiàn)學生用電便捷，校方管理高效。

2.4 公寓智能用電管理系統(tǒng)應友好應用于智能終端

智能用電管理系統(tǒng)研發(fā)同時，同步開發(fā)應用于電腦、手機等終端的軟件 (APP等) ，用戶可憑權限便捷辦理用電業(yè)務。

2.5 公寓智能用電管理系統(tǒng)的實現(xiàn)途徑

2.5.1 技術研發(fā)推廣和經費來源

在“互聯(lián)網+智能電網”技術的推動下，借鑒已日趨成熟的居民智能用電技術和**經驗，可多渠道實現(xiàn)公寓智能用電管理系統(tǒng)的研發(fā)：國家立項、理工科院校組團開發(fā)、校企(供電企業(yè)或裝備制造企業(yè))聯(lián)合研發(fā)、產學研聯(lián)合研發(fā)等，國家或**(教育主管部門)尤其要支持和鼓勵已經率先在該系統(tǒng)研究的領域加大科技、資金和人才投入，以盡快**突破創(chuàng)新。在研發(fā)**階段性成果的基礎上,國家或**(教育主管部門)選擇部分高校試點

應用，逐步實現(xiàn)系統(tǒng)完善和功能提升，繼而普及推廣。

研發(fā)經費可吸收多渠道來源：專項科研經費、**(教育主管部門)撥?？?、企業(yè)資助、產學研股份融資等。

2.5.2 基礎設施升級改造

較長一段時期，高校普遍使用的是機械式電表，部分現(xiàn)用的智能電表也**于實時計量、預存電費等基本功能，相對智能用電管理系統(tǒng)需求尚有較大升級改造空間。

部分學生公寓年代久遠，存在設計思路落后、線路老化、配套設施不完善等安全隱患。因此，針對老舊線路，應當及時排查問題，派專業(yè)人士進行維護、改造，提高其對于日益增長的用電負荷的承受能力，確保用電安全。在升級改造的基礎上，增加或完善信息傳輸功能。

2.5.3 管理服務隊伍素質提升

高?，F(xiàn)有用電管理團隊，普遍存在工作人員素質參差不齊的情況。伴隨著智能化用電管理系統(tǒng)的實現(xiàn)，急需加大管理服務團隊人員結構的調整，同時要加強對現(xiàn)有工作人員信息化、智能化知識的培訓，促進隊伍素質與業(yè)務能力的提升，熟練掌握智能化用電管理系統(tǒng)的應用和業(yè)務處置，以適應智能系統(tǒng)建設和應用的新要求。

3安科瑞宿舍預付費系統(tǒng)介紹及選型

3.1 系統(tǒng)方案

高校宿舍作為一個特殊應用場合，在傳統(tǒng)的電能管理需求的基礎上有著與其他應用場合所不同的要求，強調的是用電控制管理，如宿舍的時間管理(按時熄燈、按時送電，某一些設備如空調不能納入熄燈范圍)、惡性負載控制、基礎電量設置等。系統(tǒng)建設的意義：

方便學校對宿舍的用電收費，學生群體眾多，傳統(tǒng)的后付費方式已無法滿足校方需求，收費管理可與校園一卡通對接，學生可以自助繳費。

通過技術手段加強對宿舍的用電管理，可實現(xiàn)時間定時控制、惡性負載檢測、基礎電費下發(fā)等適合學校規(guī)范管理的功能。

人性化的方案設計，可實現(xiàn)單一宿舍內的多個支路的獨立控制，讓學生可獲得較高質量的宿舍生活提供了支持。

惡性負載控制(如卷發(fā)棒、電吹風、電爐、熱得快、電熱杯等實施自動識別控制)、夜間小功率設置、移相插座識別、負載學習功能(白名單)。

3.2 系統(tǒng)結構

AcrelCloud-3100整合高校需求，在原有預付費基礎上增加了宿舍電能管理所需的各種功能，**解決了高校宿舍電能管理問題。







3.3 系統(tǒng)功能

AcrelCloud-3100學生宿舍版預付費云平臺是與ADM130(一進三出)或ADF300L(多回路計量箱)預付費電能表配套的云平臺。它是以電能管理網站和集中抄表軟件為主，包括服務器，通訊管理機在內的集成系統(tǒng)。針對高校宿舍這一特殊應用場合研發(fā)，主要實現(xiàn)電能監(jiān)控、時間管理、惡性負載管理、預付費管理等在高校宿舍中存在的特殊需求。

3.4 系統(tǒng)設備選型







4安科瑞故障電弧產品介紹

4.1 概述

故障電弧探測器(以下簡稱探測器)對接入線路中的故障電弧(包括故障并聯(lián)電弧、故障串聯(lián)電弧)進行有效的檢測，當檢測到線路中存在引起火災的故障電弧時，可以進行現(xiàn)場的聲光報警，并將報警信息傳輸給上端監(jiān)控設備，以實現(xiàn)預警火災發(fā)生的目的。

故障電弧探測器適用于工業(yè)與民用建筑中10KW及其以下的電氣線路，其保護線路長度不宜大于100米。

4.2 技術參數(shù)







4.3 安裝

外形及安裝尺寸(單位 mm)







35mm導軌安裝，可加固定端子進行固定。

4.4功能應用

4.4.1 故障電弧檢測

故障電弧探測器對接入線路中的故障電弧(包括故障并聯(lián)電弧、故障串聯(lián)電弧)進行有效的檢測，當檢測到線路中存在引起火災的故障電弧時，發(fā)出聲光報警信號。出廠默認電流保護設定值為2.5A，聯(lián)動DO開關打開。

4.4.2 自檢功能

探測器具備自檢功能，在主界面下長按/自檢鍵，系統(tǒng)將進入自檢狀態(tài)，查看設備是否完好。

4.4.3消音功能

在報警狀態(tài)下，長按消音鍵，探測器報警聲音消除。

4.4.4報警復位(解除報警)

當發(fā)生報警時，可通過長按復位解除報警;如果在進行復位操作后未排除報警故障，探測器將再次進入故障報警狀態(tài)。

4.4.5集中監(jiān)控

集中監(jiān)控計算機通過RS485，接受現(xiàn)場采集信號，發(fā)出報警信號及控制指令。采用Modbus-RTU 協(xié)議通訊，通訊距離為500米，同一鏈路可監(jiān)控32臺探測器。

4.5典型應用







5 結語

隨著信息技術的發(fā)展，建立智慧校園是大勢所趨。而實現(xiàn)用電管理系統(tǒng)智能化是智慧校園之所需。智能用電管理系統(tǒng)對公寓用電行為實時監(jiān)控、記錄與判斷，可以較大提高學生用電安全意識與能源節(jié)約意識。智能用電管理系統(tǒng)融入后勤管理體系，實現(xiàn)網絡化、智能化管理，加強與銀行、供電企業(yè)合作，在高素質后勤團隊的管理維護下，可以提高管理和服務質量，有助于學校管理層決策，為廣大在校學生提供較加便捷、高效的服務，為創(chuàng)建節(jié)約型社會做出積極貢獻。

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