淺談智能控電系統(tǒng)在高校學(xué)生宿舍的應(yīng)用

時間：2022-06-21作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：192

摘要：從高校學(xué)生公寓用電管理存在的問題入手通過對**關(guān)系學(xué)校在學(xué)生公寓樓應(yīng)用智能控電系統(tǒng)的介紹闡述了智能控電系統(tǒng)在高校普及使用的重要性。

關(guān)鍵詞:高校；公寓用電；智能管理







0引言




隨著教育部對在京高等院校的資金投入，各高校在校園建設(shè)上**了飛躍性的發(fā)展，學(xué)生宿舍也基本實現(xiàn)了“4.2.1”標準，學(xué)生的住宿環(huán)境和條件得以較大改善。但隨著大學(xué)生用電多樣化的需求與日俱增以及日常電器的普及使用，由此帶來的是因?qū)W生使用限制級電器引發(fā)的火災(zāi)事故日益增多，這給學(xué)校和學(xué)生都帶來了不應(yīng)有的損失。同時，較高的用電綜合費用（電費和維護管理費用）使高校后勤管理的資金和人員投入均在逐年增加。近年來隨著“綠色校園”、“人文校園”、“數(shù)字校園”等管理理念的提出，以往利用微斷開關(guān)來限制使用電量以及采用時鐘控制與拉閘限電等用電管理辦法已經(jīng)不能滿足高校在學(xué)生公寓用電方面的發(fā)展趨勢和使用要求。因此，采用技術(shù)**的管理設(shè)備，從技術(shù)上根本解決用電管理問題，營造校園生活的綠色、和諧以及安全環(huán)境已顯得尤為重要。安全、合理、高效用電已經(jīng)成為高校管理部門在校園規(guī)劃、建設(shè)和管理中所面臨的首要任務(wù)。

這些年，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是電腦及計算機芯片的廣泛使用，智能控制的理念已逐步變?yōu)楝F(xiàn)實。**關(guān)系學(xué)院在近幾年新學(xué)生公寓樓建設(shè)及老舊學(xué)生公寓樓改造中做了一些嘗試，積累了一些經(jīng)驗。




1用電及管理方便存在的問題

（1）用電安全方面（學(xué)生違章用電、偷電造成的火災(zāi)隱患及事故）

（2）管理工作方面（學(xué)校投入大量的人力、物力、財力進行檢查與管理）

（3）透明度方面（學(xué)校收費方面的單方行為）




2解決問題的技術(shù)方案

為了解決上面提到的困擾學(xué)院多年的難題，作為**關(guān)系學(xué)院基建部門通過對公寓管理部門和人員的調(diào)研后，在新建公寓樓的圖紙設(shè)計階段便對公寓樓的控電管理設(shè)備提出了如下技術(shù)方案：

（1）公寓管理人員可在值班室通過電腦實時監(jiān)控公寓樓內(nèi)每間宿舍的用電情況。

（2）可自動對每間宿舍任意時間段的用電量進行計量、讀取查詢、結(jié)算、交費打印。

（3）可自動對電費余量不足及欠費的宿舍進行警告、停電、送電的控制。

（4）具有惡性負載識別功能（對360W以上的感性負載識別）,對使用異常和**負荷的宿舍可以自動關(guān)斷。

（5） 可通過電腦設(shè)置多種送斷電時間段模式，亦可單獨設(shè)定每間宿舍的送斷電時間模式。（例如：本科學(xué)生公寓樓各宿舍須在晚11點時，宿舍內(nèi)的照明及普通插座自動斷電，電扇及空調(diào)電源可繼續(xù)使用，走廊的照明燈關(guān)斷，走廊地腳燈供電照明。早6：30，可自動恢復(fù)正常供電。寒暑假時，可對不住人的宿舍進行用電鎖定，防止竊電。研究生公寓樓各宿舍的則設(shè)置為除晚上斷電時間后延至12點，其他均一致。）

（6）控電系統(tǒng)軟件需具備功能擴展及聯(lián)網(wǎng)功能。

（7）系統(tǒng)應(yīng)具備掉電數(shù)據(jù)保護、斷電數(shù)據(jù)恢復(fù)功能，并能夠隨時查詢打印出各歷史時段（天、周、月、季、年）的各種用電數(shù)據(jù)。

（8）系統(tǒng)需能夠?qū)γ總€樓的每一間宿舍單獨進行免費基礎(chǔ)電量設(shè)置和退費設(shè)置，并能在電量不足時提前報警，并能方便查詢。

（9）系統(tǒng)需考慮學(xué)校在交納電費上的不同方式，既可以通過校園一卡通進行交費，也可以交納現(xiàn)金，交納的電費自動轉(zhuǎn)化為用電電量，存儲于電腦中，并可打印收費單據(jù)。




3提出實現(xiàn)智能控電系統(tǒng)的技術(shù)方案及其SIMS控制柜的技術(shù)特點

我們會同設(shè)計單位對當(dāng)時國內(nèi)幾家**的計量電控設(shè)備廠家及其應(yīng)用單位進行了考察。分別對這幾個廠家的電控計量產(chǎn)品進行了了解，并與使用單位的人員進行了多方面的探討，幾個電控設(shè)備廠家均表示根據(jù)我們所提出的技術(shù)要求，結(jié)合他們自身現(xiàn)有的計量控電產(chǎn)品，通過他們的二次研發(fā)，在技術(shù)上基本可以實現(xiàn)我們提出的擬建公寓樓計量控電設(shè)備的功能。

在考察中我們了解到，秦皇島海灣電子有限公司在天津大學(xué)應(yīng)用的產(chǎn)品只是單純的數(shù)字計量電表，只做到了戶表計量；哈爾濱新中新電子有限公司在北京工商大學(xué)也同樣只是應(yīng)用了單純的數(shù)字計量電表，也只是做到了戶表計量，均未能做到智能控制這一技術(shù)層面。而常工電子則在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)使用了集中計量控電柜，具有如下技術(shù)特點：

（1）計量控電模塊具有惡性負責(zé)識別功能，采用“插拔式”安裝，使日后的維護即安全又方便，在很短的時間內(nèi)就能解決故障，以及遇故障緊急送電的應(yīng)急功能。

（2）實行“強弱電分開”，即強電弱電分開走線，有效延長了模塊使用壽命。

（3）計量控電模塊采用“阻燃式封裝”，避免模塊公用工程設(shè)計Public Utilities Design

85本身由于負荷過大、灰塵過多引起自燃，此項技術(shù)開創(chuàng)了集中計量電表的**。

（4）采用485 專線讀數(shù)，實時監(jiān)控中的數(shù)據(jù)僅在6秒內(nèi)就能刷新一次。我們認為在常工電子的 SIMS 智能計量控電設(shè)備比秦皇島海灣電子有限公司和哈爾濱新中新電子有限公司的計量產(chǎn)品較為**。在考慮到我院欲新建公寓樓與計劃改造的舊公寓樓的實際情況和特點，在前期圖紙設(shè)計時，首先將強弱電分開布線，并采用分層管理控電柜與宿舍配電箱相結(jié)合的方式即可實現(xiàn)上述技術(shù)構(gòu)想。隨后常工電子根據(jù)我們提出的上述技術(shù)要求，用了一個月的時間對其控電計量產(chǎn)品進行了二次研發(fā)，推出了 SIMS 智能計量控電管理設(shè)備（分層控電機柜）。全部具備了我們提出的上述技術(shù)特點。因此，學(xué)院決定在新建的學(xué)生宿舍和研究生宿舍工程中試點采用。




4 SIMS智能計量控電系統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)

4.1 SIMS智能計量控電設(shè)系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)由控電機柜、數(shù)據(jù)管理器、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)軟件、宿舍配電箱等五部分組成。

（1）控電機柜（分層式機柜。分層式機柜安放在公寓樓各層的配電間，分別對各層每一個房間的用電進行計量、管理和以及對走廊、衛(wèi)生間等公共部位的用電進行控制）。

（2）數(shù)據(jù)管理器（液晶顯示、中文菜單。與控電機柜和計算機直接相連，對分層控電機柜進行控制和管理并能提供房間的各項用電數(shù)據(jù)。不聯(lián)網(wǎng)時可代替計算機直接工作。）




（3）網(wǎng)絡(luò)（采用 TCP/IP 協(xié)議利用校園網(wǎng)通訊，計算機直接對用電單元進行數(shù)據(jù)傳輸、管理和控制）。（4）系統(tǒng)軟件（可以管理256臺數(shù)據(jù)管理器）

（5）宿舍配電箱（每個配電箱可控制兩間宿舍，按照明、插座、電扇進行了線路及開關(guān)的分路與保護）

4.2 SIMS智能計量控電系統(tǒng)全部功能實現(xiàn):

（1）單元用電計量計費：當(dāng)宿舍用電時，機柜中的計量模塊會通過采集其脈沖來進行計量 （自動累減）。

（2）單元預(yù)存電量低限提示報警：當(dāng)宿舍所預(yù)存（擁有）的電量已減到設(shè)定低限值時(一般設(shè)為 5kw·h(5 度)，系統(tǒng)將自動提示用戶應(yīng)盡快購電，而無須對單元斷電。

報警提示方式：

1系統(tǒng)自動打印報表后張貼公布。

2數(shù)據(jù)管理器上蜂鳴器報警

3預(yù)購電量、無費關(guān)斷：學(xué)生可先到*購電處購電，售電計算機將在 10s 鐘內(nèi)自動將數(shù)據(jù)發(fā)送到控電機柜各個用電單元，隨后系統(tǒng)會給該宿舍供電，當(dāng)用戶剩余電量為零時，系統(tǒng)將自動切斷該單元供電，只有當(dāng)該宿舍重新購電后，系統(tǒng)才會自動恢復(fù)對該單元的供電。

4短路保護：在分層控電柜中，為每間宿舍設(shè)置了分路斷路器，一旦線路上出現(xiàn)問題時，分路斷路器能自動跳閘，及時切斷電路，只有當(dāng)宿舍的問題狀態(tài)解除之后，重新推上分路斷路器，宿舍才可以繼續(xù)用電。

5漏電保護：在宿舍配電箱內(nèi)設(shè)置了漏電保護器，任何一處有漏電時，設(shè)備會對用戶進行漏電保護。

6定時控電：可以根據(jù)本科生和研究生在管理上的不同要求，對學(xué)生用電時間進行定時控制，系統(tǒng)定時類型多樣，可按不同的日期(大小學(xué)年、寒暑假)和不同的用戶組別分別進行控制其開關(guān)。

7惡性負載識別：當(dāng)使用大于 360W 的違規(guī)大功率電器或純阻性負載（如：電爐，熱得快、電吹風(fēng)等）時，系統(tǒng)將自動識別為惡性負載，并自動切斷其電源，只有當(dāng)管理員在監(jiān)控電腦上對其進行復(fù)位后，宿舍才可繼續(xù)用電。

8宿舍用電情況查詢：通過數(shù)據(jù)管理器上，學(xué)生可隨時查詢宿舍當(dāng)時的用電情況，也可在系統(tǒng)電腦上查詢**年的用電情況、基礎(chǔ)用電和交費情況。

9故障自動報警：當(dāng)系統(tǒng)檢測到計量模塊控制錯誤時，系統(tǒng)會采用蜂鳴器報警。

10免費基礎(chǔ)電量設(shè)置：免費基礎(chǔ)電量設(shè)置方式公用工程設(shè)計Public Utilities Design86靈活，可按每月/季度/年對各組別的學(xué)生設(shè)定不同的的免費基礎(chǔ)用電量。

11 退費管理：學(xué)生畢業(yè)時，系統(tǒng)操作員可以對宿舍單元進行退費處理，并打印出所有退費用電單元的退費明細表。

12 非法操作、誤操作阻擋提示：當(dāng)操作員對系統(tǒng)進行誤操作時，系統(tǒng)會自動對其進行阻擋，當(dāng)操作員試圖做一些對系統(tǒng)會有較大影響的操作時，系統(tǒng)也將有所提示，**用戶的操作安全；另外，系統(tǒng)對偽卡，錯卡也有識別提示功能。

13 支持中途更換操作員：軟件系統(tǒng)可有多個操作員或管理員并能對其進行權(quán)限分配，只有當(dāng)操作員用正確的用戶名和口令登錄時才能得到自己相應(yīng)的權(quán)限。

14 系統(tǒng)操作日志、賬戶操作日志和追蹤審計：系統(tǒng)將把每個操作員所做的每一步操作都記錄在數(shù)據(jù)庫中，對其所有的操作都有可追溯性。

15 對賬戶的各項操作可批量或個別進行：系統(tǒng)可允許對宿舍進行分組，默認為4組，較大可擴展到9組，當(dāng)對宿舍進行各項操作時，均可按組進行操作。

16 數(shù)據(jù)保護恢復(fù)功能：當(dāng)電腦因非正常關(guān)機而引起數(shù)據(jù)庫損壞時，系統(tǒng)軟件會自動對數(shù)據(jù)庫進行修復(fù)。

17 用電數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能：系統(tǒng)軟件中含有數(shù)據(jù)統(tǒng)計及報表打印功能。




18 寬電壓運行功能：計量模塊在170V～240V電壓范圍內(nèi)均能正常運行。




19 實時監(jiān)控：對每間宿舍的用電情況進行實時監(jiān)控，實時監(jiān)控的刷新速度是6s一次，可以直觀顯示當(dāng)前的用電數(shù)據(jù)（當(dāng)前電流、剩余電量、已用電量、用電情況等）。




5經(jīng)濟效益分析

2005 年6月、2006 年2月**關(guān)系學(xué)院的本科生學(xué)生公寓樓和研究生公寓樓陸續(xù)建成投入了使用，公寓值班使用人員很快就掌握了操作系統(tǒng)，控電設(shè)備完全達到了圖紙設(shè)計時的技術(shù)構(gòu)想，得到了學(xué)院公寓管理部門和管理人員的高度評價，**了較高的經(jīng)濟效益和社會效益：

5.1 節(jié)省了人力及物力資源

（1）定時開關(guān) 通過把學(xué)校規(guī)定的開關(guān)燈時間設(shè)定在數(shù)據(jù)管理器中讓數(shù)據(jù)管理器，4h工作它就能自動對公寓樓按不同日期不同宿舍性質(zhì)分別進行設(shè)置節(jié)省了宿舍管理值班員的工作量。

（2）集中計量 原來學(xué)校都規(guī)定在某些時段對每間公寓的用電量進行收集工作量很大而且很容易出錯，裝了控電系統(tǒng)之后計量控電系統(tǒng)軟件將每天定時收集各宿舍的用電量將其存儲到數(shù)據(jù)庫中無論何時需要查看學(xué)生宿舍的用電量都只需在控制電腦上輕輕一點就可以快速準確找到很大程度上減少了管理人員的工作量。

（3）實時監(jiān)控 以前值班人員要想禁止學(xué)生在宿舍的違章用電情況都需要跑到每間宿舍區(qū)去檢查采用控電設(shè)備后管理人員可直接在控電室里就可以實時地看到學(xué)生房間的用電情況，實時監(jiān)控遠程開關(guān)功能。

5.2 管理較科學(xué)使用較便捷

（1）分級分項管理功能的實現(xiàn)為不同的使用對象實現(xiàn)了不同的用電管理模式

（2）系統(tǒng)的財務(wù)報表功能有效的縮短了財務(wù)核算周期杜絕了財務(wù)漏洞

5.3 用電及管理較加安全可靠

通過可靠的遠程管理模式有效杜絕了學(xué)生私拉亂接甚至偷電情況的發(fā)生避免了值班人員非電工、直接操作強電所引發(fā)的危險;系統(tǒng)的遠程限流和惡性負載識別功能有效遏制了違意電器的使用避免了火災(zāi)隱患省卻了定期拉網(wǎng)式檢查的工作。

5.4 節(jié)約電能和維護**費用




系統(tǒng)的應(yīng)用節(jié)約了大筆電費。2005年6月竣工的兩棟公寓樓僅一年時間就節(jié)約了 900kW·h(9000度)電。鑒于新建公寓樓采用上述計量控電系統(tǒng)進行科學(xué)用電管理所**的良好效果，自 2006 年至 2007年，**關(guān)系學(xué)院通過兩年時間，對學(xué)院原有的四棟舊公寓樓進行了裝修改造，均采用了 SIMS 智能計量控電管理設(shè)備，并做到了公寓樓群間的集中管理（只通過一臺集控電腦進行管理與控制）。截至2008 年12月，**關(guān)系學(xué)院 4 棟舊公寓樓的配電設(shè)備，其故障維修率比改造前降低了90%、沒有一次火險事故發(fā)生。惡性負載識別后自動斷電由一開始每天的百余次逐漸減少到零。強迫成習(xí)慣，習(xí)慣成自然。只有把節(jié)能行為量化到貨幣計量形式，讓學(xué)生意識到：節(jié)能完全可能從自身經(jīng)濟利益上體現(xiàn)。這也說明了學(xué)生們也因此養(yǎng)成了合理安全用電的良好習(xí)慣。每年因此節(jié)約人員管理開支 72000 元。從表中 1 可以較加清楚地看到使用了智能計量控電系統(tǒng)后在節(jié)能方面的收益。

6安科瑞宿舍用電管理系統(tǒng)及選型

6.1 系統(tǒng)方案

高校宿舍作為一個特殊應(yīng)用場合，在傳統(tǒng)的電能管理需求的基礎(chǔ)上有著與其他應(yīng)用場合所不同的要求，強調(diào)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(shè)備如空調(diào)不能納入熄燈范圍）、惡性負載控制、基礎(chǔ)電量設(shè)置等。系統(tǒng)建設(shè)的意義：

方便學(xué)校對宿舍的用電收費，學(xué)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(xué)生可以自助繳費。
通過技術(shù)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(chǔ)電費下發(fā)等適合學(xué)校規(guī)范管理的功能。
人性化的方案設(shè)計，可實現(xiàn)單一宿舍內(nèi)的多個支路的獨立控制，讓學(xué)生可獲得較高質(zhì)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(fēng)、電爐、熱得快、電熱杯等實施自動識別控制）、夜間小功率設(shè)置、移相插座識別、負載學(xué)習(xí)功能（白名單）。

6.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)




AcrelCloud-3100整合高校需求，在原有預(yù)付費基礎(chǔ)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。




6.3系統(tǒng)功能




AcrelCloud-3100學(xué)生宿舍版預(yù)付費云平臺是與ADM130（一進三出）或ADF300L（多回路計量箱）預(yù)付費電能表配套的云平臺。它是以電能管理網(wǎng)站和集中抄表軟件為主，包括服務(wù)器，通訊管理機在內(nèi)的集成系統(tǒng)。針對高校宿舍這一特殊應(yīng)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(yù)付費管理等在高校宿舍中存在的特殊需求。




批量操作：系統(tǒng)支持對宿舍進行批量設(shè)置，批量初始化、批量下發(fā)基礎(chǔ)電量、批量設(shè)置負控、批量設(shè)置時控等，方便學(xué)校進行統(tǒng)一管理。

惡性負載自動識別控制：對不允許使用的發(fā)熱電器（如電爐、熱得快、電熱杯等）實施自動識別控制，發(fā)現(xiàn)這些發(fā)熱電器自動斷電。惡性負載暫停時間和次數(shù)可通過軟件設(shè)定。







基礎(chǔ)電費：可以設(shè)置每月給學(xué)生下發(fā)的免費輔助電費，覆蓋式下發(fā)，不累計。




時間控制功能：支持8個時段設(shè)置宿舍供電斷電，方便管理學(xué)生宿舍作息 。




對接一卡通支付：系統(tǒng)支持中間庫，接口等方式對接學(xué)校一卡通，方便學(xué)生自助購電 。




一進三出：ADM130電表支持三回路輸出，各回路單獨分合閘、惡性負載、時控等設(shè)置。







遠程售電：操作員可以通過后臺給宿舍進行電費充值，學(xué)生也可以通過學(xué)習(xí)一卡通、學(xué)校微信公眾號進行自助充值。

遠程集中抄表：抄表信息通過網(wǎng)關(guān)實時上傳到云平臺，快速便捷，免去人工抄表 




遠程控制：可對任意一塊電表執(zhí)行遠程拉閘或保電等一系列遠程控制操作，方便管理。




6.4系統(tǒng)設(shè)備選型

7結(jié)束語

通過以上的實例說明，在高校系統(tǒng)的學(xué)生公寓樓群采用這種**的集中計量控電設(shè)備和管理系統(tǒng)在安全、科學(xué)用電及管理方面是非常有必要的。




【參考文獻】

[1]  史震.智能控電系統(tǒng)在某學(xué)生公寓樓的典型應(yīng)用.

[2]  安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2019.11版


安科瑞電氣股份有限公司專注于數(shù)據(jù)中心能耗管理,智慧能源綜合服務(wù)平臺,數(shù)據(jù)中心智能配電,能源管理系統(tǒng)等

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