浅谈银行智慧用电监测平台的设计与研究
安科瑞 陈聪
摘要：设计了一套基于大数据的银行智慧用电平台，该平台可以对银行的电力数据进行监测和管理，对办公楼、网点、自助银行的安全用电进行全天候不间断实时监测，对检测数据进行显示、统计和分析，对发生用电不安全情况时及时进行报警通知和处理。
关键词：节能减排；安全用电；大数据；智慧用电
1引言
随着科技发展，电力供应日益充分，电气设备日益增多，电力在带来光明和效率同时，也带来火灾危害。据应急管理部消防救援局统计，2020年全国共接报火灾25.2万起，电气类原因继续强力影响火灾走势，全年因违反电气安装使用规定引发的火灾共8.5万起，占总数的33.6%。其中，因电气引发的较大火灾36起，占总数的55.4%。从电气火灾的分类看，因短路、过负荷、接触不良等线路问题引发的火灾占总数的68.9%，因故障、使用不当等设备问题引发的火灾占总数的26.2%，其他电气原因引发的火灾占4.9%。当前，在金融机构火灾中，电气火灾已经成为消防防控重点，电气也成为是金融网点发生火灾大的“元凶”。
2银行安全用电存在问题分析
随着金融业务的发展和营业场所自身功能性的不断扩展，用电设备和用电量与日俱增，而网点对电气设备及线路的粗放管理模式，已远远不能适应消防安全需要。在安全用电方面主要存在以下问题。
2.1使用问题
使用问题主要体现在管理粗放，随意增加负载，用电不规范。营业场所内用电设备急增，如办公电脑、粉碎机具、采光采暖、饮水、空调、新风系统；安防、网络、自助设备机具等，由于用电回路没有计量设施，用电设备加载在线路上时随意性较强。具体表现为就近取电，哪里方便插哪里，哪里有插座就插哪里；对于线缆线径粗细，是否预埋，通电量是多少，受温度影响大小，经过多年使用，实际负载会降低到多少，还能不能负载该设备一概不知；空气开关跳闸时，对于是负载过大，是漏电保护或者是短路的跳闸原因不明。只是复位完事，殊不知火灾隐患依然产生，更有甚者，为应付空开跳闸问题，干脆换个更大功率的空开，结果大功率空开和电源线不匹配，造成线路过载燃烧，空开还没有跳闸保护的问题。
2.2维护问题
维护问题主要体现在线路私拉乱扯，线型不符合要求等。当用电设备附近没有取电口，网点或支行电工就从附近插座取电，私拉乱扯，随意使用金属线，甚至使用电话线或网线来接入强电设备，而这些线材根本不是强电所能使用的。
2.3质量问题
质量问题主要体现在电器和接插件功率与标称不符，未使用阻燃材料等。网点使用或安装虚标功率、未使用阻燃材料的电器或接插件，设备长期在线，老化加快，易造成火灾风险。
2.4外部强干扰
外部强干扰主要有闪电、地震、鼠患、雨淋水浸等外部强干扰。电气线路中存在隐患，如室外插座未做防水处理，室内穿线未强弱电分开或强电线路未穿管防护被鼠咬至短路等，闪电、地震、鼠患、线路雨淋水浸作为外界强干扰诱因，引起电气类的火灾。
2.5管理问题
管理问题主要体现在非营业时间，非在用线路未断开供电。非营业时间，办公区域的照明、插座、空调，以及现金区的柜员，非现金区的低柜柜员的电脑设备都不再需要供电，这些线路中存在电压电流是浪费，更是安全隐患。据抽样统计，非24h用电的回路占到网点总通电回路的70%以上，比重较大。如能在非营业时间，断开这些回路电源，就能有效减少消防隐患70%以上。
3银行智慧用电监测平台的整体框架
整理框架采用了环境传感器感知和智慧微断数据采集传输层、微服务机构数据中台服务层、云平台与大数据分析和应用服务层的3层架构，主要涵盖了设备运行参数及用电状况的数据采集、基于分布式闭环控制、云平台大数据分析以及相关的接口/协议/标准等。平台功能可以分为整体用电数据分析、负载负荷用电数据监控、预警告警智能分析、警情联动干预4大功能模块。
3.1整体用电数据分析模块
用电数据分析主要是通过环境传感器及智慧微断数据采集器采集的用电数据，通过算法模型进行数据清洗和数据挖掘分析，终通过图表化展现出来，是用电决策的客观评测和改造规划的参考。本项目模块主要包括银行的用电负载分析、电压稳定情况分析、告警分析、用电设备功耗统计分析、各分支机构的功能分析。通过对各种维度的数据进行综合分析，将用电特征图形化，提供明确的数据支持，提高银行用电的决策水平，促进银行节能减排、安全用电。
3.2用电数据监控模块
用电数据监控模块的硬件端采用的是终端智能微断设备或者用电监控主机。通过终端设备的数据采集，将用电数据传输到数据中台，通过数据展示平台将数据呈现给决策者。用电数据监控模块主要监控银行用电每个支路的三相用电、单相用电的电压、电流、负载、线路温度、能耗、有功无功、漏电、短路、剩余电流、谐波、电弧、开闭状态等指标。通过一张图可以实时调取任意一个支路、总路的实时监测数据。数据的波动情况、峰谷值通过曲线图、折线图实时展示，还可以将历年的数据进行拉出对比展示，给决策者提供实时、准确、直观的用电数据。
3.3预警告警智能分析
预警告警智能分析系统支持实时在线监测，即实时采集并上传电气线路的剩余电流、故障电弧、温度、电流、电压、功率等安全状态参数，经云平台的综合诊断分析，及时发现漏电、过载、短路、过压、接触不良、升温异常等电气安全隐患。借助App/Web智能终端，随时随地实现对银行用电安全监测的透明化管理。对用电异常情况，进行智能分析，分类（外来故障，如过压欠压；用电故障，如过流等；平台故障，如通信中断等）进行告警报警。平台还设置预警信息，鉴于目前大多用户配备富裕的电容量，虽然电流未过流，但用电超过平时用电的高值，分时段生成预警信息。
3.4警情联动干预模块
警情联动客户可对远程设备进行定时控制和手动控制，实现实时远程控制、定时控制开关、分时段功率控制、定时限流等功能，模块还支持远程设备可定义为可控或者非可控，重要区域或重要设备的供电，不允许远程控制，确保重要区域的供电安全。对网点空调进行远程开关、远程调温等。
4银行智慧用电监测平台的应用
4.1营业网点用电管理
4.1.1用电管理难点
营业网点在用电管理方面主要存在以下难点：一是网点众多、地域分散、缺少专业电力运维人员；二是网点工作人员电力知识甚少，随意增加线路负载；三是部分电器陈旧、线路老化，存在回路电弧产生电火花引起火灾的风险；四是网点发生火灾、洪灾后，无法一时间对电力线路断电处理，存在触电风险。
4.1.2解决方案
1）用电分路监测分时分区用电监测管理是根据营业机构用电各回路用途和负荷，采取“多回路、小电流”的设计原则，将网点回路分为24h回路、8h工作回路、24hUPS回路、8hUPS回路和定时回路5大类。用电分类监测可以实现不同回路不同的监测配置，避免正常断电引起的预警，实现分时分区用电的个性化配置与监测。
2）用电线路实时监测预警一是过载监测。根据线路和接插件标称功率，设定每条回路预警和高负载值，系统根据实时电流监测，判断是否过载，减少火灾隐患。二是异常监测。根据不同负载类型和时段，设定每条回路电流异常预警值，当电流异常变化达到设定值，产生预警信息。三是温度监测。根据接插件部位或线路温度，对过温现象实时监测，设定预警值，当系统监测温度达到设定值时，进行预警。四是漏电监测。设定漏电电流预警值，当系统监测到漏电电流高于设置值时，进行预警。五是用电量统计。对每个监测线路进行用电量统计，并形成图或表的形式展示，报表可以导出。
3）回路电火花和电弧监测预警通过实时监测电流变化，根据电流强度和高频率波动，判断是否存在快速连续性电火花和电弧现象，再根据设定预警自动触发，防止插座插排及用电设备出现高强度高频率打火，避免引发火灾，减少火灾隐患。
4.2办公大楼用电管理
4.2.1用电管理难点
办公大楼在用电管理方面主要存在以下难点：一是下班后忘记断电，如空调、饮水机、热水器、电脑等设备处于无人管理的开机状态；二是违规用电，随意接入大功率用电器，导致有的线路超负荷；三是打印机等设备未关闭，设备长时间的待机将耗去大量的电能；四是缺乏技术手段进行常态化的安全用电检查、管理。
4.2.2解决方案
1）人机结合管理。针对各办公大楼用电存在时段性和不确定性因素，采用人机结合的远程用电监测方式。对大楼低层的营业网点（营业室），按照前述网点用电管理方式进行规划和部署。对办公楼层，采用早上定时监测是否开启、晚上定时监测是否关闭方式进行用电管理。
2）远程监测回路。通过网络实现对大量开关的监测，能够实现方便查询当前开关状态等，方便集中管理。
用电线路实时监测预警。实现过载监测、异常监测、温度监测、漏电监测和用电量统计功能。
3）回路电火花和电弧监测预警断电功能。
4）配电线路断电预警功能。
4.3自助银行用电管理
4.3.1用电管理难点
在离行式自助银行中，过流保护与负载不匹配、随意添加负载、分路引线不规范、长期过载、鼠患等是造成安全隐患的主要因素。此外，机房空调故障、UPS故障引发火灾的情况偶有发生，市电断电预警信息无法及时上传，容易掩盖潜在案件风险。
4.3.2解决方案
1）用电分路监测。自助银行用电可分为照明、空调、室外灯箱、ATM用电及UPS电源。管理措施如下：一是定时回路监测，包括自助大厅照明，室外灯箱用电等；二是24h监测回路，包括ATM用电、空调、UPS电源等；三是工作联动回路监测，主要是机房（加钞间）照明。
2）智能用电监测。包括过载监测、异常监测、温度监测、漏电监测、用电量统计功能，详见前文。
3）智能空调运行监控。空调根据环境温度变化进行启停工作，重点监控该线路状态。
4）市电断电监测。对市电线路状态进行实时监测，一旦发生市电断电，及时发送预警信息。
5 安科瑞银行安全用电平台
安科瑞银行业安全用电云平台可通过浏览器、APP、微信小程序、微信公众号等方式访问所有软件功能。平台能够对电压、电流、温度等进行实时监测并进行数据分析。更可接入烟感，摄像头和故障电弧等其他传感器。对被保护线路的过压、过载、过流、过温、欠压、设备不在线等情况进行预警。在发生报警后，系统能通过短信、邮件、APP推送、微信小程序推送、微信公众号推送、钉钉推送、语音外呼、语音播报通知等方式提醒相关人员；系统能对采集数据进行统计分析、排名等,并且实现了报警处理流程的闭环操作。平台可进行大数据分析，生成对应项目的用户报告，为领导制定电气安全整顿计划和能耗节约方案提供依据和参考。平台拥有以下功能
1）数据监控
根据银行的特点，把回路分成24小时回路用电，8小时工作回路用电，24小时ups/8小时ups回路用电和定时回路用电五种。
针对24小时用电回路，如ATM机和摄像头，需持续不间断工作，可监测是否异常断电。
针对8小时和定时回路，可设置上下班时间来判断回路的工作状态。在上班时间，即工作状态下，出现以下问题要报警：漏电越限、超温、过压、欠压、过流、过载（功率）、故障电弧报警、开入信号动作、温湿度信号越限。在下班后，即非工作状态下，监测回路还在用电，会有下班有电报警提醒。考虑到加班或者临时调整时间，可设置对应的延时时间。上下班时间也可以根据各网点需求进行设置针对每个回路，可以查看各个回路的实时电参量，上下班状态，回路状态。针对银行可能限制连接外网，烟感，门禁可通过开关量进行报警
2）实时监控
配电图显示各回路的开关状态、电流等运行状态及信息，支持电压、电流、功率、极值等详细运行参数查询。
3）电参量报表
电参量报表页面用户可以查看各个区域设备的电参量报表，可以通过切换时间和调整电参量显示查看采集间隔运行参数和电能抄表的实时值及大值、小值、平均值行统计，也支持数据导出。
4）隐患管理
隐患管理包括隐患巡查、隐患派发、隐患处理、隐患记录等功能。从报警查询，分派，处理，查看过程。形成一个闭环，方便客户追踪整个流程。
隐患分析页面展示了项目报警数量、同期数据以及趋势，页面还可对隐患记录进行日、月、年的维度查询，将关联项目下的隐患以曲线，图表的形式展现，并对各项目隐患按隐患评分进行排名
5）能耗页面
能耗分析包括能耗概况，同比分析，环比分析，能耗报表，复费率报表、电能报表功能。
能耗概况可以查看今日、本月、今年的用电情况，且可以展示相应的同环比信息，也可以查看今日和昨日的用电峰值，如图所示。
可以逐年查看各个月份的能耗和同比能耗，并以曲线和报表的形式展示，如图所示。
环比分析可以逐日、逐周、逐月、逐季度查看能耗和对应的环比能耗，并以曲线和报表的形式展示，如图所示。
能耗报表可以逐日、逐周、逐月、逐季度、逐年、自定义等方式查看各个探测器的用能报表，如图所示。
复费率报表按周、月、季、年查看探测器尖、峰、平、谷用电量和用电金额，如图所示。
电能报表页面可查看设备电能报表数据，用户可以选择一个时间段查看设备的用能情况，也可以分别选择两个时间段，查看同设备不同时间段的用能情况，如图所示，也支持数据导出。
6）电能质量
电能质量包括谐波监测和三相不平衡度等功能。
谐波监测满足进线、大功率整流设备、变频设备、光伏发电输出等电压、电流进行在线谐波频谱分析，支持对谐波进行逐日、逐月、逐年报表汇总，或自定义时间段查询功能，分析谐波畸变率及各次谐波含有率，如图所示。
三相不平衡度包括三相电压不平衡度和三相电流不平衡度，支持查看当天的三相电流和三相电压的曲线图，并对应三相电流和三相电压的不平衡度，如图所示。
7）运维管理
运维管理包括巡检计划、巡检记录、设备通讯状态等功能。
巡检计划点击菜单中的巡检计划，进入对应的页面，对相关的巡检计划进行查看工单，切换日期来查询所要预览的数据，支持对巡检计划的新增，修改和删除。
巡检记录支持对相关的巡检进行查看，如图所示。
缺陷记录页面展示了存在的缺陷记录，显示缺陷描述、缺陷状态、缺陷等级、处理建议、项目名称、区域位置、发现时间、负责人、执行人、消缺期限等信息，记录了各个消防设备和消防设施存在的缺陷信息，如图所示。
巡检轨迹页面展示了运维人员的巡检路线，用户选择项目下的相关人员，然后在选择时间段查询，即可查询出运维人员的巡检路线，如图所示。
培训记录页面展示了关联项目下的培训内容，用户可以看到培训记录的完成情况，如图所示。
还可以通过点击查看按钮弹出阅读界面，在规定的时间内完成阅读，如图所示。
通过培训内容手动考试内容，用户针对考试内容形成考试记录。
通过对项目、探测器ID以及想要查询的设备来进行查询，对现有项目下设备的通讯状态数据进行汇总罗列展示，包括显示设备当前的通讯状态等，如图所示。
分析报告根据用户的周期、项目、时段等筛选生成报告摘要、统计清单、设备体检摘要、报警原因分析，支持打印功能。
8）手机APP
银行安全用电管理云平台支持Android、ios系统APP，方便用进行项目查询、报警、故障查询，实时监控数据查询，复位及控制操作，探测器详细信息查询等功能。
6 产品选型方案
| 型号 | 产品照片 | 功能 |
| ABEM100B系列 |
| 实时监测5路三相回路的电参量（包含剩余电流、温度、电流、电压、功率、电能等电参量），触摸屏显示，备电可保持工作≥3h，可以进行回路设置（8小时市电回路、8小时UPS回路、24小时市电回路、24小时UPS回路和定时回路）和上下班模式设置，4G无线或网口通讯等。可外接烟感、水浸、温湿度传感器和故障电弧等传感器。 |
| AAFD系列 |
| 故障电弧探测器（以下简称探测器）对接入线路中的故障电弧（包括故障并联电弧、故障串联电弧）进行有效的检测，当检测到线路中存在引起火灾的故障电弧时，可以进行现场的声光报警，并将报警信息传输给上端监控设备，以实现预警火灾发生的目的。 |
| ASCP系列 |
| 安科瑞电气防火限流式保护器代号为ASCP，有多种型号规格，可监测回路短路、过载过欠压等故障信息，发生短路故障时，能以微秒级时间快速断开，防止电弧火花产生，避免发生电气火灾。 |
| ARCM310系列 |
| ARCM310智慧用电在线监控装置（以下简称装置）是针对0.4kV以下的TT、TN系统设计的智能电力装置，具有单相交流电测量、漏电监测、温度监测、内控开合闸以及RS485通讯或GPRS无线通讯功能，通过对配电回路的剩余电流、导线温度等火灾危险参数实施监控和管理。 |
| ARCM300-Z-4G |
| 用于检测TN-C-S、TN-S及局部TT系统中的剩余电流、温度等电气参数，从而预防电气火灾的发生。 |
| AKH-0.66 |
| 测量型互感器，采集交流电流信号 |
| AKH-0.66/L |
| 余电流互感器，采集剩余电流信号 |
| ARCM-NTC |
| 温度传感器，采集线缆或配电箱体温度 |
7结语
本文分别从使用问题、维护问题、质量问题、外部强干扰、管理问题等层面阐述了银行安全用电的现状、存在的问题，给出了银行安全用电的解决办法，建设“银行智慧用电监测平台”。文章还提出了“银行智慧用电监测平台”在银行用电的营业网点用电管理、办公大楼用电管理、自助银行用电管理3种应用场景。对未来银行安全用电监测的广泛应用起到了示范与作用。
参考文献
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应急管理部消防救援局.2020 年全国火灾及接处警情况.
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熊德智.智能电能表负荷开关设计与检测[M].北京:中国电力出版社，2020.
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李琦.电力系统电气故障和异常现象分析[M].北京:中国电力出版社, 2015.
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姜孝田.银行智慧用电监测平台的设计与研究.工程建设与设计,2022.05.
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安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版.