淺談電氣火災監控系統在天津西站綜合交通樞紐中的應用

摘要：為了預防綜合交通樞紐電氣火災的發(fā)生，在天津西站樞紐中設計使用了電氣火災監控系統。首先介紹了電氣火災監控系統在綜合交通樞紐中使用的必要性，之后結合天津西站綜合交通樞紐實(shí)際情況，分析了樞紐電氣火災的成因，并將整個(gè)樞紐按照產(chǎn)權區域進(jìn)行了系統設計，在傳統電氣火災監控的基礎上，提出了樞紐中廣義電氣火災監控系統的概念，并詳細介紹了三種火災探測器的具體設計與安裝。工程實(shí)踐表明該火災監控系統設計合理，實(shí)用,具有一定的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞:綜合交通樞紐；電氣火災監控系統；探測器

引言

近年來(lái)，隨著(zhù)鐵路客運專(zhuān)線(xiàn)和城市軌道交通的高速發(fā)展，城市客運交通系統運輸效率的提高變得尤為重要，集鐵路客運、城市軌道交通、長(cháng)途汽車(chē)客運、城市公交系統、出租車(chē)和停車(chē)場(chǎng)于一體的立體式大型客運綜合交通樞紐便應運而生。此類(lèi)大型交通樞紐建筑規模和客流集散量巨大，如果一旦發(fā)生火災，將會(huì )造成嚴重的財產(chǎn)損失和人員傷亡。

據消防局《中國火災統計年鑒》統計，2007年以來(lái)，在發(fā)生的火災中，因電氣原因引起的火災*多，約占火災總數的30%左右，并有逐年上升之勢；在世界五大建筑火災的經(jīng)典案例中，四起是由于電線(xiàn)短路引起，另外一起是由于高溫燈具烤燃紗幕引起。此外，電氣火災的發(fā)生并無(wú)明顯征兆，依靠傳統的人工檢修與巡視，很難在在火災發(fā)生之前察覺(jué)。

面對如此嚴峻的電氣火災形勢，本著(zhù)“防范勝于救災"的理念，根據GB50016-2006《建筑設計防火規范》、GB14287-2005《電氣火災監控系統》等有關(guān)國家標準規范，并參考了GB50116-2008《火災自動(dòng)報警系統設計規范》,作者在天津西站綜合交通樞紐中采用了電氣火災監控系統監測配電系統中的漏電、電流、溫度等參數的變化，來(lái)預防電氣火災的發(fā)生。

一、項目概況

新建天津西站綜合交通樞紐是配套京滬高速鐵路建設的五大鐵路客運樞紐之一，是集京滬、津保、津秦高速鐵路、京津城際鐵路、普速鐵路、城市軌道交通、長(cháng)途客運、城市公交、出租和停車(chē)于一體的大型綜合交通樞紐。除鐵路站房主體之外，與天津西站站房工程同步配套建設的工程有：南北廣場(chǎng)及地下?lián)Q乘區以及出租車(chē)蓄車(chē)場(chǎng)、停車(chē)場(chǎng)工程，長(cháng)途客運工程、城市公交車(chē)場(chǎng)工程，地鐵1號線(xiàn)、4號線(xiàn)、6號線(xiàn)車(chē)站及相鄰區間工程，見(jiàn)下圖1:天津西站綜合交通樞紐總平面圖。

二、綜合交通樞紐電氣火災成因分析

2.1配電系統漏電以及短路導致火災

綜合交通樞紐中用電負荷較多，配電系統復雜，大部分配電纜線(xiàn)是經(jīng)鋼管及金屬橋架進(jìn)行敷設，所以在施工的過(guò)程中，纜線(xiàn)很容易被碰壓，磨擦，使纜線(xiàn)的絕緣能力下降，導致纜線(xiàn)與纜線(xiàn)之間、纜線(xiàn)與其保護鋼管之間、纜線(xiàn)與橋架之間有一部分電流通過(guò)，發(fā)生漏電現象。如果纜線(xiàn)絕緣能力繼續下降而發(fā)生破損，纜線(xiàn)與纜線(xiàn)之間，纜線(xiàn)與大地之間發(fā)生接觸，則會(huì )發(fā)生短路，而使電流聚增。在漏電以及短路發(fā)生時(shí)，如果電流就是線(xiàn)路的某一個(gè)流經(jīng)電阻局部較大的介質(zhì)，則會(huì )在該處產(chǎn)生高溫，可能會(huì )致使周?chē)扇嘉镆?，有時(shí)在漏電以及短路時(shí)產(chǎn)生的電火花也可能會(huì )產(chǎn)生火災。漏電與短路除可以導致火災外，也容易直接對人造成傷害。

2.2接觸電阻過(guò)大導致火災

在綜合交通樞紐中，供電區域較廣，用電設備較多，從何導致了供電線(xiàn)纜、配電箱、開(kāi)關(guān)柜數量的增多，而在線(xiàn)纜與用電設備、線(xiàn)纜與線(xiàn)纜、線(xiàn)纜與斷路器、熔斷器，線(xiàn)纜與電氣儀表等處均有接頭，接頭數量也隨之增多。如果接頭處理良好，則接觸電阻不會(huì )太大，接頭點(diǎn)的發(fā)熱就很少，可以保持在正常溫度運行。如果接頭中有雜質(zhì)，或者施工時(shí)連接不牢靠，或者一些其他原因使接頭接觸不良，則會(huì )造成接觸部位的局部電阻過(guò)大，當電流通過(guò)接頭時(shí)，就會(huì )在此處產(chǎn)生大量的熱，形成高溫，嚴重時(shí)會(huì )引起金屬變色甚至熔化，引起纜線(xiàn)的絕緣層老化甚至發(fā)生燃燒，并引燃附近的可燃物或導線(xiàn)上積落纖維等，從而造成火災。

2.3過(guò)載運行導致火災

在樞紐中，由于用電設備的多樣性，以及運營(yíng)后期設備的不斷增加使用，使用中極有可能會(huì )發(fā)生供電線(xiàn)路過(guò)載運行的情況，纜線(xiàn)在過(guò)載運行時(shí)，纜線(xiàn)的溫度就會(huì )升高，從而加快了纜線(xiàn)絕緣層老化變質(zhì)。當發(fā)生嚴重過(guò)負荷情況時(shí)，導線(xiàn)的溫度會(huì )不斷升高，甚至會(huì )引起纜線(xiàn)的絕緣層破壞而引起燃燒，并引燃導線(xiàn)附近的可燃物，從而造成火災。

4電纜橋架，電纜支架內環(huán)境溫度的升高引起火災

在樞紐中，大量的電纜均通過(guò)封閉式金屬橋架進(jìn)行敷設，電纜橋架中電纜數量也較多，加上樞紐中各種負荷長(cháng)期的運行，橋架內溫度難免會(huì )升高，如此便會(huì )使電纜的絕緣層老化加速，從而加速絕緣層的破壞，從而引起火災。

基于以上幾點(diǎn)，在天津西站綜合交通樞紐中設計了電氣火災監控系統來(lái)預防火災的發(fā)生。

根據GB50116—2013《火災自動(dòng)化報警系統設計規范》,對電氣火災隧道的安裝提出要求。

三、電氣火災監控在天津西站樞紐中的應用

3.1電氣火災監控系統的定義

規范GB14287-2005《電氣火災監控系統》中將電氣火災監控系統定義為：當被保護線(xiàn)路中的被探測參數超過(guò)報警設定值時(shí)，能發(fā)出報警信號、控制信號并能指示報警部位的系統，它由電氣火災監控設備、電氣火災監控探測器組成。電氣火災監控設備是能接收來(lái)自電氣火災監控探測器的報警信號，發(fā)出聲、光報警信號和控制信號，指示報警部位，記錄并保存報警信息的裝置，也就是習慣稱(chēng)呼的“監控主機"?；馂谋O控探測器又分為剩余電流式電氣火災監控探測器和測溫式電氣火災監控探測器。

規范GB50116—2008《火災自動(dòng)報警系統設計規范》中規定電氣火災監控系統應有電氣火災監控設備、剩余電流式電氣火災監控探測器測溫式電氣火災監控探測器以及線(xiàn)型感溫火災探測器四部分組成。

本工程選擇了由監控主機、剩余電流式探測器，測溫式探測器，感溫光纖式火災探測器組成的電氣火災監控系統。

3.2天津西站樞紐電氣火災監控系統總體設計原則

西站樞紐包括鐵路站房工程、公交場(chǎng)站工程、樞紐控制中心工程、市政道路工程、南北廣場(chǎng)工程、地下停車(chē)場(chǎng)工程及軌道交通地下結構工程等部分。如果整個(gè)樞紐采用一套電氣火災監控系統，則所涵蓋范圍太廣，施工難度也較大，測量點(diǎn)太多，不易處理；此外，各個(gè)工程在運營(yíng)階段分別隸屬于不同的產(chǎn)權單位，管理權并不統一，若使用一個(gè)系統，則容易引起管理混亂，權責不分。所以，在設計中，電氣火災監控系統在西站樞紐工程中是按工程的產(chǎn)權隸屬來(lái)進(jìn)行分別設置。

首先，西站樞紐中綜合監控系統在設計時(shí)按照各個(gè)不同的產(chǎn)權單位進(jìn)行了大區域分割。站房工程產(chǎn)權屬于鐵路，設立一套獨立電氣火災監控系統，并納入鐵路SCADA系統；軌道交通地下工程納入其各自地鐵系統進(jìn)行監控；公交場(chǎng)站工程以及市政道路工程由于用電負荷較少，建筑相對獨立，規模較小，未設單獨電氣火災監控系統；南北廣場(chǎng)工程、地下停車(chē)場(chǎng)工程以及控制中心工程管理單位一樣，可以作為一個(gè)監控的大區域來(lái)考慮，本文以下將對該大區域火災監控系統的設置做詳細介紹。

3.3火災監控系統的具體設計

3.3.1火災監控系統的系統框架設計

由于該區域的建筑規模和用電設備的多樣復雜，特別是南廣場(chǎng)地下公共換乘區作為鐵路、汽車(chē)、出租車(chē)以及公交等的換乘節點(diǎn)，規模較大，配電系統復雜，若南北廣場(chǎng)、地下停車(chē)場(chǎng)以及控制中心由一個(gè)傳統意義的監控系統負責，數據處理以及日后運營(yíng)管理起來(lái)不是特別方便。

綜合考慮各種因素，將這一大區域的火災監控系統作為一個(gè)廣義的監控系統來(lái)進(jìn)行處理，然后再按照每個(gè)降壓變電所的供電區域設置電氣火災監控分系統，即傳統意義上的火災監控系統，這樣劃分的分系統需監測電氣量并不十分龐大，同時(shí)也利于管理和查找故障點(diǎn)，便于運營(yíng)維護和檢修。建立分系統之后，各分系統通過(guò)RJ45接口(通信協(xié)議TCP/IP協(xié)議)組網(wǎng)后首先接入換乘區綜合監控室綜合監控系統，之后接入到控制中心的綜合監控系統調度管理主機。

可見(jiàn)，該廣義上的電氣火災監控系統主要分為三級節點(diǎn)監控：一為控制中心綜合調度主機，二節點(diǎn)為各個(gè)工程范圍內的綜合監控室，三級節點(diǎn)為各個(gè)工程的各變電所(系統監控主機)。

3.3.2電氣火災監控分系統工作原理

電氣火災各分系統由電氣火災監測主機、無(wú)線(xiàn)藍牙剩余電流式電氣火災監控探測器、藍牙測溫式電氣火災監控探測器、線(xiàn)型光纖電氣火災監控探測器和數據集中器等部分組成。

無(wú)線(xiàn)藍牙剩余電流式電氣火災監控探測器、測溫式電氣火災監控探測器將其探測信號經(jīng)過(guò)藍牙無(wú)線(xiàn)方式傳輸給數據集中器，數據集中器將信號處理后經(jīng)過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)(總線(xiàn)長(cháng)度小于800米時(shí)采用RS485,大于時(shí)采用通信光纖)上傳到監控主機；線(xiàn)型電氣火災探測器可與監控主機直接連接。監控主機實(shí)現對其各個(gè)信號的處理、報警、控制、統計、管理、通信等功能。電氣火災詳細信息從該系統主機的圖形界面上查看。當發(fā)生電氣火災報警時(shí)，監控主機、火災報警控制器均發(fā)出聲光報警信號，但不聯(lián)動(dòng)電氣設備的跳閘回路。監控主機安放在變電所控制室內的標準機柜內。監控主機具備同時(shí)處理、連接測溫式電氣火災探測器、剩余電流式電氣火災探測器和線(xiàn)型感溫光纖探測器的能力，并將報警信息和溫度/剩余電流實(shí)時(shí)信息通過(guò)RJ45接口(通信協(xié)議TCP/IP協(xié)議)上傳到綜合監控室內系統主機，之后將信息上傳至控制中心。

3.3.3火災監控系統設備的檢測范圍與探測對象

由本文第2節可知，常見(jiàn)的火災誘發(fā)由漏電或短路、接觸電阻過(guò)大、過(guò)載運行以及溫度升高所引起?；诖?，系統檢測設備的檢測范圍與探測對象如下：

(1)目前統計的電氣火災中，屬于漏電以及短路所引起的占到了60%,由于火災在發(fā)生之前依靠傳統的人工巡查來(lái)發(fā)現漏電問(wèn)題是不現實(shí)的，所以對漏電未造成進(jìn)一步火災之前的預先報警顯得尤為重要，所以需要借助剩余電流互感器來(lái)進(jìn)行預先報警，以期早發(fā)現問(wèn)題早解決，防止火災發(fā)生。本工程剩余電流探測器選用具有藍牙數據傳輸功能的剩余電流式電氣火災監控探測器。

監測范圍：低壓開(kāi)關(guān)柜中所有回路、環(huán)控電控柜中除風(fēng)閥外的所有回路，商業(yè)照明配電箱主回路、所有動(dòng)力配電箱主回路。

安裝位置：安裝在低壓開(kāi)關(guān)柜或配電箱內低壓開(kāi)關(guān)的下方，安裝圖如下：

(2)面對接觸電阻過(guò)大引發(fā)火災的問(wèn)題，選用測溫式探測器進(jìn)行檢測。本工程選用接觸式布置的藍牙測溫式電氣火災監控探測器，對高低壓配電系統重要回路接頭部位的溫度進(jìn)行檢測，監測這些回路的低壓開(kāi)關(guān)觸頭、電氣連接處、母線(xiàn)接頭、電纜頭等位置的實(shí)時(shí)溫度。

監測范圍：高壓開(kāi)關(guān)柜手車(chē)接頭、低壓開(kāi)關(guān)柜中電容器回路、有源動(dòng)態(tài)補償回路、設備容量超過(guò)100kVA的回路，環(huán)控室環(huán)控電控柜的每個(gè)回路，商業(yè)照明及商業(yè)動(dòng)力配電箱主回路。

安裝位置：高、低壓柜內或配電箱內，安裝圖如下：

(3)面對過(guò)載及電纜橋架等處溫度升高的火災隱患，使用感溫光纖對其進(jìn)行檢測，線(xiàn)型光纖電氣火災監控探測器保護對象為電纜橋架、電纜溝、電纜夾層、電纜豎井的溫度，根據設定的溫度限值，給出相應的預警和報警。

監測范圍：監測電纜豎井內電纜密集段、電纜橋架內的電纜密集段(15條電纜以上)的電纜溫度，敷設示意圖如下：

如上所述，在本工程中在*常發(fā)生火災的故障點(diǎn)分別設置了不同的探測器來(lái)進(jìn)行檢測，預防電氣火災的發(fā)生。

四、安科瑞電氣火災監控系統

4.1概述

Acre1-6000電氣火災監控系統，是根據中心的消防電子產(chǎn)品試驗認證，并且均通過(guò)嚴格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產(chǎn)品在低壓配電系統中的安全正常運行，現均已批量生產(chǎn)并在全國得到廣泛地應用。該系統通過(guò)對剩余電流、過(guò)電流、過(guò)電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監視，實(shí)現對電氣火災的早期預防和報警，當必要時(shí)還能聯(lián)動(dòng)切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標的配電回路;并根據用戶(hù)的需求，還可以滿(mǎn)足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺或火災自動(dòng)報警系統等進(jìn)行數據交換和共享。

4.2應用場(chǎng)合

適用于智能樓宇、醫院、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領(lǐng)域。

4.3系統結構

4.4系統功能

（1）監控設備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時(shí)發(fā)出聲、光報警信號，同時(shí)設備上紅色“報警"指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類(lèi)型，記錄報警時(shí)間，聲光報警一直保持，直至按設備的“復位"按鈕或觸摸屏的“復位"按鍵遠程對探測器實(shí)現復位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲"按鍵手動(dòng)消除。

（2）當被監測回路報警時(shí)，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設備，當報警消除后，控制輸出繼電器釋放。

（3）通訊故障報警：當監控設備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障或探測器本身發(fā)生故障時(shí)，監控畫(huà)面中相應的探測器顯示故障提示，同時(shí)設備上的黃色“故障"指示燈亮，并發(fā)出故障報警聲音。電源故障報警：當主電源或備用電源發(fā)生故障時(shí)，監控設備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息，可進(jìn)入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。

（4）當發(fā)生剩余電流、超溫報警或通訊、電源故障時(shí)，將報警部位、故障信息、報警時(shí)間等信息存儲在數據庫中，當報警解除、排除故障時(shí)，同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢(xún)方法。

4.5配置方案

五、結束語(yǔ)

（1）對于大型的綜合交通樞紐而言，電氣火災監控系統的設置應該按照其產(chǎn)權的歸屬來(lái)進(jìn)行分區域設置。

（2）現場(chǎng)實(shí)踐表明，產(chǎn)權單位統一的大區域工程采用廣義火災監控系統模式便于現場(chǎng)管理與故障點(diǎn)排除。

（3）在現場(chǎng)實(shí)際使用過(guò)程中，漏電探測器會(huì )發(fā)生誤報的現象，*后通過(guò)多次調整漏電報警閥值的調整得以解決，如果以后產(chǎn)品能夠做到根據實(shí)時(shí)監測數據與歷史檢測數據進(jìn)行漏電閥值的自動(dòng)修正，那么該系統將會(huì )更好。

總之，該系統在天津西站樞紐使用中得到了較好的效果，具有一定的推廣意義。

【參考文獻】

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.       GB50052-2009供配電系統設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2010.

.       安科瑞消防應急照明和疏散指示系統/防火門(mén)監控系統/消防設備電源監控系統/電氣火災監控系統選型手冊.2022.05版

作者簡(jiǎn)介：魏健輝，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為用電安全管理的研發(fā)與應用。