安科瑞 鮑靜君

　　摘要：從高校學生公寓用電管理存在的問題入手通過對關系學校在學生公寓樓應用智能控電系統的介紹闡述了智能控電系統在高校普及使用的重要性。

　　關鍵詞: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，各高校在校園建設上取得了飛躍性的發展，學生宿舍也基本實現了“4.2.1”標準，學生的住宿環境和條件得以較大改善。但隨著大學生用電多樣化的需求與日俱增以及日常電器的普及使用，由此帶來的是因學生使用限制級電器引發的火災事故日益增多，這給學校和學生都帶來了不應有的損失。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”、“數字校園”等管理理念的提出，以往利用微斷開關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不能滿足高校在學生公寓用電方面的發展趨勢和使用要求。因此，采用技術先進的管理設備，從技術上根本解決用電管理問題，營造校園生活的綠色、和諧以及安全環境已顯得尤為重要。安全、合理、用電已經成為高校管理部門在校園規劃、建設和管理中所面臨的首要任務。

　　這些年，隨著科學技術的不斷發展，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為現實。關系學院在近幾年新學生公寓樓建設及老舊學生公寓樓改造中做了一些嘗試，積累了一些經驗。

　　1用電及管理方便存在的問題

　　（1）用電安全方面（學生違章用電造成的火災隱患及事故）

　　（2）管理工作方面（學校投入大量的人力、物力、財力進行檢查與管理）

　　（3）透明度方面（學校收費方面的單方行為）

　　2解決問題的技術方案

　　為了解決上面提到的困擾學院多年的難題，作為關系學院基建部門通過對公寓管理部門和人員的調研后，在新建公寓樓的圖紙設計階段便對公寓樓的控電管理設備提出了如下技術方案：

　　（1）公寓管理人員可在值班室通過電腦實時監控公寓樓內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）,對使用異常和超負荷的宿舍可以自動關斷。

　　（5） 可通過電腦設置多種送斷電時間段模式，亦可單獨設定每間宿舍的送斷電時間模式。（例如：本科學生公寓樓各宿舍須在晚11點時，宿舍內的照明及普通插座自動斷電，電扇及空調電源可繼續使用，走廊的照明燈關斷，走廊地腳燈供電照明。早6：30，可自動恢復正常供電。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置為除晚上斷電時間后延至12點，其他均一致。）

　　（6）控電系統軟件需具備功能擴展及聯網功能。

　　（7）系統應具備掉電數據保護、斷電數據恢復功能，并能夠隨時查詢打印出各歷史時段（天、周、月、季、年）的各種用電數據。

　　（8）系統需能夠對每個樓的每一間宿舍單獨進行免費基礎電量設置和退費設置，并能在電量不足時提前報警，并能方便查詢。

　　（9）系統需考慮學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，也可以交納現金，交納的電費自動轉化為用電電量，存儲于電腦中，并可打印收費單據。

　　3提出實現智能控電系統的技術方案及其SIMS控制柜的技術特點

　　我們會同設計單位對當時國內幾家有名的計量電控設備廠家及其應用單位進行了考察。分別對這幾個廠家的電控計量產品進行了了解，并與使用單位的人員進行了多方面的探討，幾個電控設備廠家均表示根據我們所提出的技術要求，結合他們自身現有的計量控電產品，通過他們的二次研發，在技術上基本可以實現我們提出的擬建公寓樓計量控電設備的功能。

　　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應用的產品只是單純的數字計量電表，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也同樣只是應用了單純的數字計量電表，也只是做到了戶表計量，均未能做到智能控制這一技術層面。而常工電子則在中國農業大學使用了集中計量控電柜，具有如下技術特點：

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

　　（2）實行“強弱電分開”，即強電弱電分開走線，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，此項技術開創了集中計量電表的先河。

　　（4）采用485 專線讀數，實時監控中的數據僅在6秒內就能刷新一次。人們認為在常工電子的 SIMS 智能計量控電設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品更為先進。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合的方式即可實現上述技術構想。隨后常工電子根據我們提出的上述技術要求，用了一個月的時間對其控電計量產品進行了二次研發，推出了 SIMS 智能計量控電管理設備（分層控電機柜）。全部具備了我們提出的上述技術特點。因此，學院決定在新建的學生宿舍和研究生宿舍工程中試點采用。

　　4 SIMS智能計量控電系統的技術實現

　　4.1 SIMS智能計量控電設系統組成

　　該系統由控電機柜、數據管理器、網絡、系統軟件、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、衛生間等公共部位的用電進行控制）。

　　（2）數據管理器（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據。不聯網時可代替計算機直接工作。）

　　（3）網絡（采用 TCP/IP 協議利用校園網通訊，計算機直接對用電單元進行數據傳輸、管理和控制）。（4）系統軟件（可以管理256臺數據管理器）

　　（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的分路與保護）

　　4.2 SIMS智能計量控電系統全部功能實現:

　　（1）單元用電計量計費：當宿舍用電時，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）單元預存電量低限提示報警：當宿舍所預存（擁有）的電量已減到設定低限值時(一般設為 5kw·h(5 度)，系統將自動提示用戶應盡快購電，而無須對單元斷電。

　　報警提示方式：

　　1系統自動打印報表后張貼公布。

　　2數據管理器上蜂鳴器報警

　　3預購電量、無費關斷：學生可先到購電處購電，售電計算機將在 10s 鐘內自動將數據發送到控電機柜各個用電單元，隨后系統會給該宿舍供電，當用戶剩余電量為零時，系統將自動切斷該單元供電，只有當該宿舍重新購電后，系統才會自動恢復對該單元的供電。

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

　　5漏電保護：在宿舍配電箱內設置了漏電保護器，任何一處有漏電時，設備會對用戶進行漏電保護。

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

　　7惡性負載識別：當使用大于 360W 的違規大功率電器或純阻性負載（如：電爐，熱得快、電吹風等）時，系統將自動識別為惡性負載，并自動切斷其電源，只有當管理員在監控電腦上對其進行復位后，宿舍才可繼續用電。

　　8宿舍用電情況查詢：通過數據管理器上，學生可隨時查詢宿舍當時的用電情況，也可在系統電腦上查詢前三年的用電情況、基礎用電和交費情況。

　　9故障自動報警：當系統檢測到計量模塊控制錯誤時，系統會采用蜂鳴器報警。

　　10免費基礎電量設置：免費基礎電量設置方式公用工程設計Public Utilities Design86靈活，可按每月/季度/年對各組別的學生設定不同的的免費基礎用電量。

　　11 退費管理：學生畢業時，系統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：當操作員對系統進行誤操作時，系統會自動對其進行阻擋，當操作員試圖做一些對系統會有較大影響的操作時，系統也將有所提示，保障用戶的操作安全；另外，系統對偽卡，錯卡也有識別提示功能。

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

　　14 系統操作日志、賬戶操作日志和追蹤審計：系統將把每個操作員所做的每一步操作都記錄在數據庫中，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：系統可允許對宿舍進行分組，默認為4組，可擴展到9組，當對宿舍進行各項操作時，均可按組進行操作。

　　16 數據保護恢復功能：當電腦因非正常關機而引起數據庫損壞時，系統軟件會自動對數據庫進行修復。

　　17 用電數據統計分析功能：系統軟件中含有數據統計及報表打印功能。

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

　　19 實時監控：對每間宿舍的用電情況進行實時監控，實時監控的刷新速度是6s一次，可以直觀顯示當前的用電數據（當前電流、剩余電量、已用電量、用電情況等）。有關學生公寓樓控電系統管理圖見圖1～圖3。

5經濟效益分析

　　2005 年6月、2006 年2月關系學院的本科生學生公寓樓和研究生公寓樓陸續建成投入了使用，公寓值班使用人員很快就掌握了操作系統，控電設備*達到了圖紙設計時的技術構想，得到了學院公寓管理部門和管理人員的高度評價，取得了較高的經濟效益和社會效益：

　　5.1 節省了人力及物力資源

　　（1）定時開關 通過把學校規定的開關燈時間設定在數據管理器中讓數據管理器，4h工作它就能自動對公寓樓按不同日期不同宿舍性質分別進行設置節省了宿舍管理值班員的工作量。

　　（2）集中計量 原來學校都規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，裝了控電系統之后計量控電系統軟件將每天定時收集各宿舍的用電量將其存儲到數據庫中無論何時需要查看學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）實時監控 以前值班人員要想禁止學生在宿舍的違章用電情況都需要跑到每間宿舍區去檢查采用控電設備后管理人員可直接在控電室里就可以實時地看到學生房間的用電情況，實時監控遠程開關功能。

　　5.2 管理更科學使用更便捷

　　（1）分級分項管理功能的實現為不同的使用對象實現了不同的用電管理模式

　　（2）系統的財務報表功能縮短了財務核算周期杜絕了財務漏洞

　　5.3 用電及管理更加安全可靠

　　通過可靠的遠程管理模式杜絕了學生私拉亂接甚至意外情況的發生避免了值班人員非電工、直接操作強電所引發的危險;系統的遠程限流和惡性負載識別功能遏制了違意電器的使用避免了火災隱患省卻了定期拉網式檢查的工作。

　　5.4 節約電能和維護保障費用

　　系統的應用節約了大筆電費。2005年6月竣工的兩棟公寓樓僅一年時間就節約了 900kW·h(9000度)電。鑒于新建公寓樓采用上述計量控電系統進行科學用電管理所取得的良好效果，自 2006 年至 2007年，關系學院通過兩年時間，對學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，關系學院 4 棟舊公寓樓的配電設備，其故障維修率比改造前降低了90%、沒有一次火險事故發生。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。強迫成習慣，習慣成自然。只有把節能行為量化到貨幣計量形式，讓學生意識到：節能*可能從自身經濟利益上體現。這也說明了學生們也因此養成了合理安全用電的良好習慣。每年因此節約人員管理開支 72000 元。從表中 1 可以更加清楚地看到使用了智能計量控電系統后在節能方面的收益。

6安科瑞宿舍用電管理系統及選型

　　6.1 系統方案

　　  高校宿舍作為一個特殊應用場合，在傳統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，可實現時間定時控制、惡性負載檢測、基礎電費下發等適合學校規范管理的功能。

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

　　  惡性負載控制（如卷發棒、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）。

　　6.2系統結構

　　  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。

6.3系統功能

　　  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。針對高校宿舍這一特殊應用場合研發，主要實現電能監控、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。

　　批量操作：系統支持對宿舍進行批量設置，批量初始化、批量下發基礎電量、批量設置負控、批量設置時控等，方便學校進行統一管理。

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

　　基礎電費：可以設置每月給學生下發的免費輔助電費，覆蓋式下發，不累計。

　　時間控制功能：支持8個時段設置宿舍供電斷電，方便管理學生宿舍作息 。

　　對接一卡通支付：系統支持中間庫，接口等方式對接學校一卡通，方便學生自助購電 。

　　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、時控等設置。

　　遠程售電：操作員可以通過后臺給宿舍進行電費充值，學生也可以通過學習一卡通、學校公眾號進行自助充值。

　　遠程集中抄表：抄表信息通過網關實時上傳到云平臺，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系統設備選型

7結束語

　　通過以上的實例說明，在高校系統的學生公寓樓群采用這種先進的集中計量控電設備和管理系統在安全、科學用電及管理方面是非常有必要的。