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淺析高校用電問題及智慧電力監管平臺的構建

更新時間：2023-04-28 　點擊次數： 895次

摘要：介紹了當前高校用電存在的問題，進行了原因分析，由此提出建立高校用電智慧監管平臺。對高校用電智慧監管平臺的構架進行設計，運用物聯網技術，實現各回路實時自主控制，并細化管理權限，實現宿舍、辦公室的節能管理。

關鍵詞：高校；用電；監管

1、構建背景

近年來，隨著高校的不斷擴招，各大高校的在校生人數屢創新高，用電安全事故頻頻發生。同時，各種智能、智慧型產品、科研儀器、大型設備的大量使用，也給學校的整個供電系統帶來了很大的挑戰，給學校的財務統造成很大的負擔。據統計，全國高校因無效使用的電能每人每天至少為0.07kw.h，每年就有近3*109 kw.h的電能被白白浪費掉。為實現高校校園安全用電，同時也為貫徹落實《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，早日實現碳達峰、碳中和的目標，實現高校校園范圍內照明設備、教學設備、辦公設備和環境設備的安全用電，有效用電及節能用電勢在必行。筆者分析了高校校園用電現狀及原因，提出建立高校用電智慧監管平臺等具體有效手段。

2、高校校園用電現狀

（1）公寓用電存在重大安全隱患。

隨著社會的發展，學生公寓已由傳統的生活功能向學習、交流溝通、生活等集多種功能于一體的場所轉變，空調、電腦、電視等現代化科技產品逐漸進入學生公寓，學生公寓的供電方式也由間歇性供電轉變為全天供電。電氣設備長時間通電，私自使用“熱得快"、電火鍋、電烤鍋、電熱風等大功率違規用電器，私自亂拉亂接電線，超負荷用電等違規行為，給學生公寓帶來了很大的安全隱患，一旦發生火災后果不堪想象。據不全面統計，1998~2010年間，全國高校發生的70起學生公寓火災中，因違規用電引起的火災有42起，占比達到60％。

（2）教室及圖書館用電浪費嚴重。

目前，我國高校的教室及圖書館普遍采用開放式管理，學生沒有固定的教室及座位，學生在不上課的情況下可以到圖書館及沒有上課的教室進行自主學習，雖然方便了學生，但是用電使用不當也造成了電力能源的極度浪費。如某教室有一百余個座位，晚上只有三五名同學在該教室上自習，卻打開全部的照明燈、空調或風扇，圖書館的某個閱覽室在只有幾名同學的情況下，卻要打開整個閱覽室的照明燈、空調或風扇。另外，目前高校存在樓道燈24h長明，白天光照充足時段教室、圖書館照明燈常開，教學樓及圖書館熱水器夜間不斷電等浪費電力能源的現象普遍性存在。

（3）實驗室用電安全隱患頻發。

高校實驗室是學生及老師進行科學研究的主要場所，實驗室的照明、實驗儀器、大型設備的運轉都離不開電力，可以說是電力在推動著科學技術的發展。學生或新入職的教師在進入實驗室之前通常由師兄師姐或老教師傳授實驗儀器及設備的操作方法，很少進行實驗室安全用電方面的專題培訓或系統性的學習，這就造成實驗室儀器、設備隨意擺放，用電器隨意亂接，私自更改線路，造成實驗室供電的某條線路嚴重超載，長而久之電力系統不堪重負，線路過熱造成火災，近年來高校實驗室事故頻頻發生，據不全面統計，理工類院校實驗室由用電引起的火災事故約占35.2％。

3、原因分析

（1）節能節電意識淡薄。

高校教職員工和學生是電力能源的直接使用者，他們的節電意識直接決定著整個學校的節電意識水平，同時對整個社會的風氣也起到示范和引導的作用。但部分師生節電意識淡薄是不爭的事實，辦公室、教室空無一人但卻燈火通明的現象比比皆是。“電燈隨便用，費用學校付"的思想普遍存在，甚至有些師生會以影響科學研究和學習為借口，對節電有著十分強烈的抵觸情緒。總而言之，節電節能意識淡薄是節能節電管理真正難以落到實處的根本原因。

（2）運維及管理隊伍水平參差不齊。

高校電力系統的維護隊伍通常由外聘工組成，知識水平普遍不高，沒有進行過相關學習及培訓，日常只是負責維修、更換損壞的零部件。而管理隊伍的專業水平也普遍不高，“外行內行"的現象普遍性存在，只求保障電力系統的正常運行即可。并且存在多部門多頭管理，缺乏配合，對一些管理難題更是互相推諉，更談不上用長遠的眼光更新節能型設備及更深層次的節能方案的設計及實施。

4、改進措施

（１）增強師生節電意識。

通過開設節能節電的相關課程，舉辦以節能節電為主題的系列講座，并充分利用校園廣播、校園網、微信公眾號、訂閱號等公共媒體平臺，開展長期、系統的節電節能宣傳活動，成立主體社團，定期開展以節能節電為主題的趣味知識競賽、有獎競猜、辯論賽等活動。引導廣大師生從我做起，從點滴做起，營造節能節電的氛圍，增強廣大師生的節能節電意識，充分發揮主觀能動性，用自己的實際行動去節能節電。

（2）更新節能型照明設備。

發光二極管照明燈比傳統光源節能近80％，比傳統光源壽命長10倍以上，可達6萬～10萬h，同一瓦數的發光二極管照明燈的亮度是普通節能照明燈的2.5~3倍，是普通白熾照明燈的8~10倍。發光二極管照明燈的價格相較于普通照明燈略貴，但綜合使用壽命、亮度及節能，相較于普通照明燈節能節電，且節約用電成本。因此，可將教室、辦公室及公共區域現有的照明燈更新為節能型發光二極管照明燈，不但節能環保而且為學校節省可觀的資金用于其它方面的建設。

（3）完善電費計量制度。

電費計量制度的實施是促進節約用電的有效手段，有利于提高全校師生的節能節電意識。針對學生公寓的每個宿舍，每個學期給與能夠保障學生日常學習及生活的基本用電需求的免費用電量，各二級學院根據教學內容及科研任務的需求，每學年給與一定的免費用電量，超過之后收取一定的費用，并采用居民生活用電的階梯電價模式，超出用電越多電價越貴，以此來約束教師和學生用電習慣，督促管理部門根據自身情況制定節能節電相關政策。

5、構建智慧監管平臺

以保障校園電氣安全使用為目標，以智慧能源管理系統平臺建設為手段，以監測校園末端用電設備能耗數據為依托，保障末端用電線路的電氣安全，摸清校區末端用電設備能源使用現狀，不斷提高校園能耗運行管理水平，整體提高校園能源規劃建設水平，建設和管理精細化能耗的評價體系和考核指標，全面提升節能型校區的建設，減少安全隱患的發生。

（1）智慧監管平臺架構設計。

建立高校用電智慧監管平臺，如圖1所示。平臺架構包含三層：傳感器感知和數據采集層、云平臺與大數據分析層、應用服務層，主要涵蓋設備運行參數及用電狀況數據采集、分布式閉環控制、云平臺大數據分析，以及相關的接口、協議、標準等。

（2）運用物聯網技術，實現各回路實時自主控制。

智慧用電監管平臺設置每個宿舍由一個空氣開關控制，配電箱接線如圖2所示。每個公室由一個空氣開關控制，配電箱接線如圖3所示。每個公共區域照明燈由一個空氣開關控制，配電箱接線如圖4所示。可分別對各回路電流、功率進行設定，當回路電流或功率超過限定值時，該回路自動跳閘保護。自由設定宿舍空調、照明及插座等每個回路的開啟和關閉時間，通過手機遠程管理，同時可以按鍵自動控制，也可以通過手動推桿控制通斷電。一旦發現險情，立即預警，并發送預警信息至手機應用程序及微機端。通過告警功能、預警機制，及時發現配電系統設備、周圍環境的異常情況，以便及時進行檢查與維護，防止意外事故發生。

（3）細劃分級管理權限。

高校用電智慧監管平臺根據不同用戶劃分三級管理權限。一級管理為學校管理部門，具有系統所有權限及權限分配權利，具體包括用電安全遠程集中監控、管理與維護跟蹤，通過系統提供的預警、報警信息實時查閱，用電隱患參數遠程監測、隱患分析與監管。二級管理為宿舍管理人員、輔導員、學院管理部門，實現故障警示，在線查詢電氣線路實時數據、歷史數據、報警日志和統計信息，定位電氣設備故障，進行隱患體檢、隱患排查整改、日常巡檢。通過及時告警功能、預警機制，及時發現配電系統設備、周圍環境的異常情況，及時安排進行檢查與維護，防止意外事故發生，從源頭上預防電氣火災。根據管理宿舍范圍，具備范圍內所有目標宿舍用電回路參數設定、數據讀取、報表下載打印、時間設定等各項權利。三級管理為學生，具有本宿舍的各回路用電狀況及數據的查看權利，但沒有控制權。可以根據管理需要決定是否開放遠程開關的權限。

（4）宿舍、辦公室節能管理。

通過智慧用電監管平臺實時監測學生公寓內各宿舍、教學樓各教室及公共區域照明的能耗分項分時分布、定時定量、功率設定及能耗分配靈活調配用電，綜合用電數據自動匯總，進行智能分析、定時控制、遠程控制等，有效降低無人時段的設備使用功耗。對學生公寓、教室及公共區域照明進行時間管控，實現節能降耗管理。提供各公寓、教室及公共區域照明線路電壓、電流、電量等數據，用電數據波動及電量一目了然，推動環保低碳、節能綠色的生活。

6、高校綜合能效解決方案

6.1校園電力監控與運維

集成設備所有數據，綜合分析、協同控制、優化運行，集中調控，集中監控，數字化巡檢，移動運維，班組重新優化整合，減少人力配置。

6.2后勤計費管理

采用先進的網絡抄表付費管理技術，實現電、水、氣等能源綜合計費，實現遠程抄表、費率設置、賬單統計匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設置補貼方案。通過能源付費管理方式，培養用能群體和部門的節能意識。

6.2.1宿舍用電管理

針對學生宿舍用電進行管理控制：可批量下發基礎用電額度和定時通斷功能；可進行惡性負載識別，檢測違規電氣，并可獲取違規用電跳閘記錄。

6.2.2商鋪水電收費

針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個體的水電用能進行預付費管理

6.2.3充電樁管理平臺

充電樁在“源、網、荷、儲、充"信息能源結構中是必*。充電樁應用管理同樣是校園生活服務中必*一部分。

6.2.4智能照明管理

通過對高校路燈的全局監測，提供對路燈靈活智能的管理，實現校園內任一線路，任一個路燈的定時開關、強制開關、亮度調節，以及定時控制方案靈活設置，確保路燈照明的智能控制和高效節能。

6.3能源管理系統

針對校園水、電、氣等各類接入能源進行統計分析，包含同比分析、環比分分析、損耗分析等。了解用能總量和能源流向。
按校園建筑的分類進行采集和統計的各類建筑耗電數據。如辦公類建筑耗電、教學類建筑耗電、學生宿舍耗電等，對數據分門別類的分析，提供領導決策，提高管理效能。

構建符合校園節能監管內容及要求的數據庫，能自動完成能耗數據的采集工作，自動生成各種形式的報表、圖表以及系統性的能耗審計報告，能夠監測能耗設備的運行狀態，設置控制策略，達到節能目的。

6.4智慧消防系統

智慧消防云平臺基于物聯網、大數據、云計算等現代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網絡，并對這些設備的狀態進行智能化感知、識別、定位，實時動態采集消防信息，通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯動，在統一的系統大平臺內運行，用戶、安保人員、監管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內，相關報警和事件信息通過手機短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關人員。