淺析電氣火災監控系統在某地鐵車(chē)站的設計及應用

摘要：基于國家相關(guān)規范對建筑中設置電氣火災監控系統的要求，結合目前某地方城市地鐵供配電方案特點(diǎn)，從電氣火災探測器的選擇及位置設置、電氣火災監控設備的要求及系統傳輸方案等方面，介紹了地鐵車(chē)站電氣火災監控系統設置方案。建議將分離式探測器設置在變電所0.4kv饋線(xiàn)回路處，并采用故障點(diǎn)少、后期維護方便的無(wú)線(xiàn)傳輸方案。

關(guān)鍵詞：電氣火災監控系統；地鐵供配電方案；電氣火災探測器；電氣火災監控 設備；系統傳輸

0.引言

隨著(zhù)國家綜合實(shí)力的不斷提高，地鐵有效緩解了城市地面交通壓力，但存在較大的安全隱患，*多且危害*大的事故就是火災，其中由電氣原因引起的火災占37%。因此，應對電氣火災進(jìn)行有效的防范。

電氣火災監控系統屬于先期預報警系統，是針對火災的早期預防、消除火災隱患而設置的。國家有關(guān)部門(mén)相繼制訂或修改有關(guān)標準規范，對建筑中設置電氣火災監控系統提出了更明確的要求。GB 50116-2013《火災自動(dòng)報警系統設計規范》第3.1.1條確定：“地下鐵道、車(chē)站屬*級保護對象。”DBJ/T 15-77-2010《電氣火災監控系統設計、施工及驗收規范》第3.2.1條規定：“GB 50116—2013中保護對象為*級、*級的建筑應設置電氣火災監控系統。”本文主要分析了廣州地鐵車(chē)站電氣火災監控系統設置方案。

1.電氣火災監控系統原理

電氣火災監控系統由電氣火災監控探測器(剩余電流式電氣火災監控器、測溫式電氣火災探測器)和電氣火災監控設備兩部分組成。

1.1 剩余電流探測原理

剩余電流火災監控系統一般由剩余電流檢測元件、現場(chǎng)處理設備和集中監控設備組成。剩余電流火災報警系統構成如下圖所示。

剩余電流檢測器的工作原理基于基爾霍夫電流定律，即電路內任意點(diǎn)的電流矢量和為0。檢測剩余電流時(shí)，三相導線(xiàn)和中性線(xiàn)穿過(guò)一個(gè)電流互感器，當未發(fā)生接地故障時(shí)，無(wú)論三相負荷是否平衡，電流矢量和均為0；當發(fā)生接地故障時(shí)，故障電流會(huì )經(jīng)過(guò)故障點(diǎn)流入大地，使電流互感器中電流矢量和不為0，該電流值即為剩余電流值。低壓配電系統的接地形式?jīng)Q定了剩余電流檢測元件是否能正常工作。低壓配電系統的N線(xiàn)與PE線(xiàn)應該嚴格分開(kāi)，通過(guò)剩余電流檢測元件的N線(xiàn)不能作為PE線(xiàn)使用，不能重復接地，不能接設備外露可導電部分。TN-S系統剩余電流檢測示意圖如下圖所示。

剩余電流互感器的剩余電流值在30~1000mA時(shí)連續可調，內置或外置的溫度探測器在55~140℃時(shí)連續可調。

1.2 溫度探測原理

熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加來(lái)進(jìn)行溫度測量的。測溫傳感器一般設置在電氣系統的電纜接頭、電纜本體、開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)等相關(guān)發(fā)熱部位，用于監測設備過(guò)熱而引起的火災。探測位置包括開(kāi)關(guān)柜、配電箱接頭、母線(xiàn)。

1.3 集中監控設備

集中監控設備通過(guò)有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)實(shí)時(shí)收集各個(gè)現場(chǎng)處理設備的信號，并對信號進(jìn)行比較、分類(lèi)等處理后，將相應信息送往報警、顯示、控制信號輸出、存儲、打印等設備，實(shí)現集中顯示、控制、記錄等功能。集中監控設備可以分為監控單元與監控主機兩種類(lèi)型。監控單元主要用于有限數量、距 離的若干探測器的連接與管理，適用于小型系統；監控主機具有更強大的處理功能，可通過(guò)監控單元連接更多探測器，適用于大中型系統，并具備人性化管理軟件及打印、拷貝等功能，能夠儲存12個(gè)月的報警信息記錄，便于站級管理。

2.電氣火災報警系統方案

2.1 探測器選擇

電氣火災探測器主要有分離型探測器(非獨立式)和組合型探測器(獨立式)兩種。

1）分離型探測器(非獨立式)。電氣火災監控設備與電氣火災監控探測器(包括終端探測頭剩余電流互感器、溫度傳感器)分離配置。通過(guò)監控探測器采樣配電柜(箱)內導電線(xiàn)路中的電流和剩余電流信號，經(jīng)內置單片機系統分析處理后，上報消防控制室或值班室里的電氣火災監控設備，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步分析處理后進(jìn)行所需的聯(lián)動(dòng)控制，從而完成該系統應有的功能。優(yōu)點(diǎn)：①系統分工明確、結構簡(jiǎn)單、成本少、故障率偏低，不含電源控制開(kāi)關(guān)，不串入配電系統，只通過(guò)剩余電流互感器(或測溫探頭)取樣信號，性能穩定可靠；②相對功能簡(jiǎn)單，探測器尺寸較小，適合安裝在地鐵低壓柜饋線(xiàn)電纜室等比較狹窄的安裝空間。缺點(diǎn)：在采購數量很少(少于10個(gè))并需要就地報警的情況下，造價(jià)較高。

2）組合型探測器(獨立式)。電氣火災監控設備與電氣火災監控探測器組合配置。與分離型探測器相比，不僅能滿(mǎn)足對剩余電流與非正常溫升的檢測，還可以實(shí)現數據處理功能，并通過(guò)設備的液晶屏實(shí)現測量結果顯示、參數設置等功能。優(yōu)點(diǎn)：①采購數量很少并需要就地報警的情況下，造價(jià)較低；②在末端更易于維護人員操作與設置。缺點(diǎn)：①體積大，在地鐵低壓柜饋線(xiàn)電纜室比較狹窄的安裝空間非常局促；②功能復雜，故障率高；③在探測點(diǎn)多的情況下，造價(jià)非常高。

由于地鐵監控點(diǎn)數多，趨向于集中監控方式，且開(kāi)關(guān)柜安裝空間有限，故建議采用分離型探測器，并設專(zhuān)門(mén)的集中監控裝置。

2.2 探測器位置設置

目前，地鐵車(chē)站根據負荷重要性將負荷分為三級，對于不同的負荷采用不同的配電形式，為保證高可靠性，配電形式多為放射式配電。

一般負荷設就地電源箱，由變電所放射式配電；各類(lèi)風(fēng)機、空調器等環(huán)控設備由變電所饋出總電源給環(huán)控電控柜，再由環(huán)控電控柜統一放射式配電至設備；冷水水泵、冷卻塔等冷水系統制冷設備由變電所饋出總電源給冷水機房電控柜，再由冷水機房電控柜統一配電至設備。冷水機組一般直接由變電所饋出到設備。

結合地鐵目前的供電方案電氣火災探測器可安裝在變電所0.4kv饋線(xiàn)回路處或下*級配電箱進(jìn)線(xiàn)處。

1）安裝在變電所0.4 kV饋線(xiàn)回路處。探測保護范圍大，包括配電柜饋線(xiàn)電纜和配電箱下級的用電設備；安裝集中，管理方便；空間跨度小，可采用無(wú)線(xiàn)通信方式或總線(xiàn)連接方式。

2）安裝在下*級配電箱進(jìn)線(xiàn)處。探測保護范圍*確，就是配電箱下級的用電設備；無(wú)法探測配電柜至配電箱之間的電纜剩余電流情況；安裝分散，管理不方便；空間跨度大，連接總線(xiàn)通常很長(cháng)，信號衰減嚴重。

因此建議地鐵新線(xiàn)將探測器設置在變電所0.4kv饋線(xiàn)回路處。

2.3 監控設備要求

1）電氣火災監控設備應具有直接連接剩余電流探測器、測溫式電氣火災探測器的功能，應能同時(shí)處理上述探測器探測信號的能力。

2）監控設備應對所轄范圍內的各類(lèi)探測器的報警信號進(jìn)行聲、光報警，并在顯示器上顯示報警位置及探測器實(shí)測值。

3）不同類(lèi)型探測器故障信息應有明顯區別。監控設備能夠按用戶(hù)級和管理級權限靈活設置，用戶(hù)級權限具有靈活分配模塊操作權限功能。

4）監控設備應具有以太網(wǎng)接口(RJ45)，可直接與綜合監控系統聯(lián)網(wǎng)。綜合監控系統通過(guò)RJ45接口(TCP/IP協(xié)議)在訪(fǎng)問(wèn)和獲取多功能火災探測系統主機信息時(shí)，系統主機能夠提供以自定義的報警分區為單位的即時(shí)光纖溫度信息，包括*大溫度、平均溫度、*小溫度、預報警信息、報警信息等，提供測溫式電氣火災探測器、剩余電流式電氣火災探測器即時(shí)信息；接收來(lái)自綜合監控系統的時(shí)鐘同步信號，并校正自身時(shí)鐘信號。

5）監控設備系統主機采用網(wǎng)絡(luò )接口直接與火災報警系統專(zhuān)業(yè)聯(lián)網(wǎng)，火災報警系統可通過(guò)該接口訪(fǎng)問(wèn)和獲取系統主機信息，包括饋電回路剩余電流、饋電回路三相溫度。

2.4 監控系統傳輸方案

1）有線(xiàn)傳輸方案

電氣火災監控系統有線(xiàn)傳輸方案如下圖所示。

對于分離式的電氣火災監控探測器，有以下幾點(diǎn)要求：能獨立與監控設備進(jìn)行通信；具有1組剩余電流探測和6組溫度探測的功能；剩余電流為30～500mA時(shí)能在監控設備后臺連續可調；溫度報警在55~140℃時(shí)監控設備后臺連續可調。

2） 無(wú)線(xiàn)傳輸方案

電氣火災監控系統無(wú)線(xiàn)傳輸方案如下圖所示。下圖中，數據集中器和分離式電氣火災監控探測器采用藍牙無(wú)線(xiàn)傳輸方式，而數據集中器和監控設備采用有線(xiàn)傳輸方式進(jìn)行組網(wǎng)。

對于分離式電氣火災監控探測器，有以下幾點(diǎn)要求：能獨立與數據集中器進(jìn)行藍牙通信。

具有1組剩余電流探測和6組溫度探測的功能；剩余電流為30~500mA時(shí)能在監控設備后臺連續可調；溫度報警在55~140℃時(shí)監控設備后臺連續可調。

對于數據集中器，要求有以下幾點(diǎn)：能獨立與分離式的電氣火災監控探測器進(jìn)行藍牙通信；具有環(huán)網(wǎng)RS485接口功能；接收點(diǎn)數容量大于100。

藍牙無(wú)線(xiàn)通信方式具有以下特點(diǎn)：短距無(wú)線(xiàn)通信；臨時(shí)性對等連接的無(wú)線(xiàn)通信，一個(gè)主設備和一個(gè)從設備組成的點(diǎn)對點(diǎn)的通信連接；很好的抗干擾能力；模塊體積很小，便于集成。低功耗；適用2.4GHz的無(wú)線(xiàn)通信頻段；開(kāi)放的接口標準。

根據以上分析，兩種方案各有其優(yōu)勢。有線(xiàn)傳輸的產(chǎn)品目前國內廠(chǎng)家比較多，選擇比較容易，性能可靠，缺點(diǎn)是后期維護更換存在不便。無(wú)線(xiàn)傳輸方案的缺點(diǎn)是產(chǎn)品選擇較困難，但在地鐵中也有成功的案例，如深圳地鐵、昆明地鐵，其優(yōu)點(diǎn)是性能非?？煽?，后期維護更換方便。

3.安科瑞電氣火災監控系統

3．1概述

Acre1-6000電氣火災監控系統，是根據國家現行規范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數字化獨立運行的系統，已通過(guò)國家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監督檢驗中心的消防電子產(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。

3．2應用場(chǎng)合

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國家*點(diǎn)消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領(lǐng)域。

3．3系統結構

3．4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。

1. 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。

2. 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。

1. 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

5結束語(yǔ)

地鐵采用放射式供電方式，在變電所0.4kv開(kāi)關(guān)柜饋線(xiàn)回路處設置電氣火災探測器，既可探測末端設備的剩余電流情況，也可探測開(kāi)關(guān)柜至末端配電箱段電纜的剩余電流情況。地鐵低壓柜饋線(xiàn)電纜室空間比較狹窄，分離式探測器便于安裝，且造價(jià)更低。無(wú)線(xiàn)傳輸方案接線(xiàn)簡(jiǎn)單、故障點(diǎn)少，后期維護更換更簡(jiǎn)便。所以，在廣州地鐵新線(xiàn)路建設中建議采用在變電所0.4kv開(kāi)關(guān)柜饋線(xiàn)回路處設置分離式探測器，并采用無(wú)線(xiàn)傳輸的方案。

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