浅谈大学公寓智能用电管理系统方案

 摘要：文章分析了高校学生公寓通用性用电管理系统的现状，剖析了现有系统的缺陷及其局限性。针对当前系统亟待解决的问题，结合“互联网+智能用电”技术，提出建立和应用智能用电管理系统的方案；讨论了智能管理系统在高校学生公寓用电管理方面推广应用的可行性和实际意义；阐述了智能管理系统应具备的功能、研发推广的途径和经费来源 ；对智能用电管理系统与高校校园网络管控系统（或后勤管理系统） 实施无缝对接进行了初步设想；对系统广泛普及应用进行了前景展望。

关键词：公寓；智能；用电；系统

　　近年来，高校招生规模不断扩大，在校学生数量逐年递增，同时随着人们生活水平的提高和科学技术的突飞猛进，学生的用电需求日益提高，大功率电器正逐步走进公寓，导致用电量与日俱增。然而，学生用电安全意识普遍薄弱，宿舍内漏电、超负荷用电、违规用电等现象时有发生，用电设备多样化、用电需求复杂化，管理漏洞凸显，传统人工管理弊端频现。原有的人工用电控制管理模式不再适应当代学生公寓的用电需求，用电安全问题也成为高校后勤管理的一大困扰。为解决节约用电、安全用电问题，高校用电管理系统改革迫在眉睫。

　　目前，绝大部分新建学生公寓，已普遍采用自动化控制的用电管理系统。与从前的人工管理模式相比较，自动化程度有了较大的改进，实现了电力计量、远程控制、功率限制等功能，电力浪费、窃电等问题明显下降，安全隐患也相对减少。自动控制用电管理系统虽然有效地提高了运行管理效率，但仍存在多方面的不足。随着互联网技术的飞速发展，智能化控制水平不断提高，为适应建设“节约型社会”的需求，亟待将自动化管理升级换代为智能

　　化管理，从而彻底解决当前高校公寓用电管理中的缺陷。

1 目前通用用电管理系统的缺陷

1.1 传统管理方式粗放简单、模式单一

　　目前，高校用电管理大多采取“一刀切”的控制模式，即对管控区域内的所有宿舍采取被动式管理：除公共用电（楼道灯、走廊灯、安全出口标志等） 全天保供外，其它输出回路集中人工定时拉闸限电。现行管理模式已远远落后于高校学生数量增加学生用电需求日益呈现多样化的需求，给学生的学习生活造成了极大的不便。

1.2 现行用电管理方式存在较大安全隐患

　　老旧宿舍电路因设计所限，难以适应日益增长的负荷需求，加之线路设施老化，存在着极大的用电安全隐患，迫切需要重新设计改装用电管理系统。

　　学生用电安全意识普遍较为淡薄，用电高峰时段往往会同时接入过量常规电器，导致用电总负荷过高 ；甚至存在学生违规使用大功率纯电阻负载（恶性负载） 的现象。这些，都极易造成火灾等事故的发生，在公寓这类人口密集的场所，安全风险巨大。

　　目前，高校对于学生公寓使用大功率电器所采取的限制措施普遍较为简单，比如：后勤部门往往用保险丝、空气开关等断路器加以控制，当总功率超过限定值，即切断供电回路。然而，当恶性负载与其它负载同时使用时，未必会超过限制功率，且总回路功率因数并不高 ；此外，当前市场违规出售的一种“功率转换插座”装置，通过内部电容产生无功功率，导致恶性负载较难被有效识别，而高校又很难采取有效措施杜绝学生私自使用恶性负载。这些，均使得用电安全隐患问题无法被彻底解决。

1.3 用电管理系统独立于校园管理系统

　　为了加强校园用电管理，不少高校已经将传统的人工管理系统升级换代为以IC卡电能表为基础的自动用电管理系统。此系统较好地实现了电力计量，且精度较高，实现了预付费、远程控制供、断电等功能。然而，大多高校的用电管理系统依旧处于独立运行状态，未能实现与校园“一卡通”系统和财务管理系统的智能化对接。

　　学生公寓用电信息是高校全面加强校园用电管理非常重要的基础资料。然而，由于学生公寓用电管理系统的独立性，数据采集部分需要经过人工二次加工整理，不能实现日志、数据的实时上传、查看，校方无法实时、准确地获得所需数据（宿舍用电总量、生均用电量等） 。

　　高校学生公寓体量庞大，宿舍停电、断电现象时有发生。其原因有的为线路故障，有的为欠费停电，也可能因集中高峰用电线路过载断电，但也不排除违规使用大功率电器等人为原因导致故障。停断电原因的分析和故障排除、消缺在通用用电管理系统中较难得以及时响应。

　　由于用电管理系统的独立性，无法直接与校园“一卡通”系统对接，给学生的电费业务办理造成了较大的不便。学生无法在校园内便捷的人工窗口、自助校园卡终端设备进行每月基础电费（学生免交） 领取、电费自助缴纳，相关业务只能在固定的时间段在固定的人工窗口理。因时间、窗口所限，导致等待人数多，等待时间长，甚至在晚间欠费断电后，无法及时缴费和恢复供电，影响了学生正常的学习、生活。因宿舍用电信息无法从校园卡终端自助查询，学生不能准确掌握宿舍用电情况，致使部分学生对校方监督、收费和服务等环节产生不满和质疑。

1.4 不能较好控制用电浪费现象

　　高校学生普遍节约意识淡薄，电力浪费现象频繁。往往是室内光线充足，多盏照明灯却始终常亮;夏季空调长时间低温运行；违规使用大功率电器等。校园作为人口密集的场所，且平均用电量大，所以,高校既是电力消费大户，同时也可能是浪费大户。对于用电浪费问题，高校通常被动采取节能知识宣传、巡查（抽查）、定时通断电等措施，往往收效甚微，不能让学生真正从内心树立节约意识。因现有用电管理系统所限，校方不能实时、准确获取各宿舍用电信息，无法对症下药，难以使用电浪费问题得以有效遏制。

1.5 用电管理系统未实现智能化管理

　　互联网技术的快速发展，智能用电已在我国居民用电领域逐步得以推广，已实现了自动计量、信息实时上传、信息化缴费、自动通断电等主要功能。网络化、信息化技术已在高校大部分与学生息息相关的多功能平台（学校主页、手机APP、微信公众号等） 得到很好应用，但由于高校用电管理系统的相对独立性等原因，大多尚未实现智能化管理，已严重滞后于校方管理、学生应用的信息化需求。借助互联网技术，高校与银行等金融机构、供电企

　　业合作，实现学生智能缴费，供电企业智能服务，校方智能用电管理已成为智能化社会发展之所需，存在较大发展空间。

2 改进方案

　　随着“智慧中国”和“节约型社会”的创建，全国各行各业均呈现出日新月异的变化，但是高校学生公寓现有用电管理水平却大多处于传统或比较低端的基础管理阶段，已远滞后于社会的发展。

　　当今，互联网技术得以飞速发展，居民用电信息集中采集、费用实时结算和故障智能分析判断技术日臻完善，这都为高校公寓智能用电管理系统的开发利用提供了可资借鉴的技术和经验。在高校学生公寓推广应用集电能计量、收费管理、用电过程管理等功能于一体的智能用电管理系统，以彻底解决偷电、漏电、管理混乱、使用违章电器等问题，创建节约用电、安全用电的良好环境已成必然趋势。

2.1 公寓智能用电管理系统应实现以下功能

　　① 计量精准：单元用电计量准确性高于国家标准值，计费和查询便捷，数据统计分析灵活，可实时监控。

　　② 基础电量设置：免费基础电量设置方式灵活，学校可按每月（季度、年度） 对各组别的用户设定不同的免费基础用电量。

　　③ 退费管理 ：系统支持费用明细打印，当学生毕业时，系统操作员可依据明细，对该用户单元进行退费处理。

　　④ 单元预存电量低限提示报警 ：当用户单元所预存（拥有） 的电量已减到设定低限值时，系统发出预警信号 （如：声光提醒、信息提示等） ，自动提示用户应尽快购电，以确保单元不断电。

　　⑤ 预收费和自助缴费 ：提供用户定点线下预缴费和网络自助预缴费多种可选购电方式，系统根据缴费情况自动控制用电单元。当用户剩余电量为零时，系统可自动切断该单元供电，用户重新购电后，系统自动恢复对该单元的供电。

　　⑥ 欠费延时断电 ：当用户单元所预存的电量已减到0时，系统有即时断电和延时断电（可预置某一合理时段或后付费电量）两种方式可供选择，以避免夜间学生不方便续费通电。

　　⑦ 短路、漏电保护 ：在某分（支） 路短路或漏电时，分路断路器能自动跳闸，及时切断电路，只有当该用户单元的短路（或漏电） 状态解除之后，重新人工闭合分路断路器，用户单元才可继续用电，以确保线路安全。

　　⑧ 定时控电：学校可以根据自身管理需求，对学生用电时间进行多样化定时控制。

　　⑨ 负载限制：学校可以根据自身管理要求，对用户单元的最大负荷进行统一、分组、单独设置不同限流值。当某单元实际用电负荷超过设定的用电负荷时，系统将自动切断该单元供电，只有当管理员对该单元进行过流复位时，用户单元才可以继续用电。

　　⑩ 故障自动报警 ：当系统检测到系统中有智能电表信息传输异常，或智能电表控制错误时，系统会自动报警。支持多种操作管控模式 ：多个操作员或管理员权限分配，批量或个别操作方式转换，非法操作、误操作阻挡提示，系统操作日志、账户操作日志等。用电数据统计分析功能 ：系统软件中含有报表打印功能，报表形式多样灵活，统计分析快速、准确。分时、分段恶性负载识别 ：当学生宿舍使用违规大功率电器或纯阻性大负载（如电炉，热得快等）时，系统将自动识别为恶性负载，并区分不同的功率段、根据限制恶性负载的使用时间来实现对某些恶性负载的管控，自动判断是否即时切断其电源，以有效避免用电事故发生。

2.2 公寓智能用电管理系统可以与校园后勤管理系统友好对接

　　智能用电管理系统需具备与校园后勤管理系统顺畅对接和割裂的能力。对接后，信息无需进行软件二次处理即可实时上传后勤管理系统，校方可以实时记录、查阅数据参数、日志，从而实现智能化、集约化系统运行、管理，及时科学地调整用电管理方案，实现便捷、高效的维护与故障处置；对于用电异常情况，系统即时锁定问题点，及时做出判断，实施紧急控制，同时实时实现运行日志备份存档等。后勤集团与银行等金融机构或供电企业协作，实现24h自助集团用电信息查询、电费结算。

2.3 公寓用电管理系统可以与校园网的无缝对接

　　系统实现与校园网无缝对接，学生可利用校园个人ID及密码由内网登录系统，根据个人权限进行信息查询修改，用电管理、个人申诉等操作。学生每月的基础（免费)电量，可以在月初由系统自动导入“一卡通”，学生无需经由人工窗口处理，即可在校园“一卡通”管理中心、人工窗口、自助终端查看个人、所在房间用电信息，无需在固定时间到固定窗口排队查询。学生需要续交电费时，可24h实现快捷自助业务办理。

　　校方相关管理人员可依据权限对学生用电行为线上评定、管理，对于违反学校规定的行为依规管控、处置。两套系统的无缝对接，充分实现学生用电便捷，校方管理高效。

2.4 公寓智能用电管理系统应友好应用于智能终端

　　智能用电管理系统研发同时，同步开发应用于电脑、手机等终端的软件 （APP等） ，用户可凭权限便捷办理用电业务。

2.5 公寓智能用电管理系统的实现途径

2.5.1 技术研发推广和经费来源

　　在“互联网+智能电网”技术的推动下，借鉴已日趋成熟的居民智能用电技术和先进经验，可多渠道实现公寓智能用电管理系统的研发：国家立项、理工科院校组团开发、校企（供电企业或装备制造企业）联合研发、产学研联合研发等，国家或政府（教育主管部门）尤其要支持和鼓励已经率先在该系统研究的领域加大科技、资金和人才投入，以尽快取得突破创新。在研发取得阶段性成果的基础上,国家或政府（教育主管部门)选择部分高校试点

　　应用，逐步实现系统完善和功能提升，继而普及推广。

　　研发经费可吸收多渠道来源：专项科研经费、政府（教育主管部门）拨专款、企业资助、产学研股份融资等。

2.5.2 基础设施升级改造

　　较长一段时期，高校普遍使用的是机械式电表，部分现用的智能电表也仅限于实时计量、预存电费等基本功能，相对智能用电管理系统需求尚有较大升级改造空间。

　　部分学生公寓年代久远，存在设计思路落后、线路老化、配套设施不完善等安全隐患。因此，针对老旧线路，应当及时排查问题，派专业人士进行维护、改造，提高其对于日益增长的用电负荷的承受能力，确保用电安全。在升级改造的基础上，增加或完善信息传输功能。

2.5.3 管理服务队伍素质提升

　　高校现有用电管理团队，普遍存在工作人员素质参差不齐的情况。伴随着智能化用电管理系统的实现，急需加大管理服务团队人员结构的调整，同时要加强对现有工作人员信息化、智能化知识的培训，促进队伍素质与业务能力的提升，熟练掌握智能化用电管理系统的应用和业务处置，以适应智能系统建设和应用的新要求。

3安科瑞宿舍预付费系统介绍及选型

3.1 系统方案

　　  高校宿舍作为一个特殊应用场合，在传统的电能管理需求的基础上有着与其他应用场合所不同的要求，强调的是用电控制管理，如宿舍的时间管理（按时熄灯、按时送电，某一些设备如空调不能纳入熄灯范围）、恶性负载控制、基础电量设置等。系统建设的意义：

　　方便学校对宿舍的用电收费，学生群体众多，传统的后付费方式已无法满足校方需求，收费管理可与校园一卡通对接，学生可以自助缴费。

　　  通过技术手段加强对宿舍的用电管理，可实现时间定时控制、恶性负载检测、基础电费下发等适合学校规范管理的功能。

　　  人性化的方案设计，可实现单一宿舍内的多个支路的独立控制，让学生可获得更高质量的宿舍生活提供了支持。

　　  恶性负载控制（如卷发棒、电吹风、电炉、热得快、电热杯等实施自动识别控制）、夜间小功率设置、移相插座识别、负载学习功能（白名单）。

3.2 系统结构

　　AcrelCloud-3100整合高校需求，在原有预付费基础上增加了宿舍电能管理所需的各种功能，完美解决了高校宿舍电能管理问题。

3.3 系统功能

　　AcrelCloud-3100学生宿舍版预付费云平台是与ADM130（一进三出）或ADF300L（多回路计量箱）预付费电能表配套的云平台。它是以电能管理网站和集中抄表软件为主，包括服务器，通讯管理机在内的集成系统。针对高校宿舍这一特殊应用场合研发，主要实现电能监控、时间管理、恶性负载管理、预付费管理等在高校宿舍中存在的特殊需求。

3.4 系统设备选型

4安科瑞故障电弧产品介绍

4.1 概述

　　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。

　　故障电弧探测器适用于工业与民用建筑中10KW及其以下的电气线路，其保护线路长度不宜大于100米。

4.2 技术参数

4.3 安装

　　外形及安装尺寸（单位 mm）

　　35mm导轨安装，可加固定端子进行固定。

4.4功能应用

4.4.1 故障电弧检测

　　故障电弧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，发出声光报警信号。出厂默认电流保护设定值为2.5A，联动DO开关打开。

4.4.2 自检功能

　　探测器具备自检功能，在主界面下长按/自检键，系统将进入自检状态，查看设备是否完好。

4.4.3消音功能

　　在报警状态下，长按消音键，探测器报警声音消除。

4.4.4报警复位（解除报警）

　　当发生报警时，可通过长按复位解除报警；如果在进行复位操作后未排除报警故障，探测器将再次进入故障报警状态。

4.4.5集中监控

　　集中监控计算机通过RS485，接受现场采集信号，发出报警信号及控制指令。采用Modbus-RTU 协议通讯，通讯距离为500米，同一链路可监控32台探测器。

4.5典型应用

5 结语

　　随着信息技术的发展，建立智慧校园是大势所趋。而实现用电管理系统智能化是智慧校园之所需。智能用电管理系统对公寓用电行为实时监控、记录与判断，可以极大提高学生用电安全意识与能源节约意识。智能用电管理系统融入后勤管理体系，实现网络化、智能化管理，加强与银行、供电企业合作，在高素质后勤团队的管理维护下，可以提高管理和服务质量，有助于学校管理层决策，为广大在校学生提供更加便捷、高效的服务，为创建节约型社会做出积极贡献。

参考文献

　　[1] 徐华, 周正波, 毕博, 等.学生宿舍安全用电智能管理终端设计[J].现代建

　　筑电气, 2015（5）:29-32.

　　[2] 李毅然，李杰，王一韦华，付振毅浅析高校学生公寓智能用电管理系统[J]

　　[3] 安科瑞高校宿舍预付费电控系统.2019.11版

　　[4] 安科瑞消防应急照明和疏散指示系统/防火门监控系统/消防设备电源监控系统/电气火灾监控系统选型手册.2019.07版