守護(hù)軌道安全新防線：電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的深度應(yīng)用與選型策略

摘要：以廈門軌道交通線路車站為例，分析地鐵車站設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的必要性。結(jié)合已開通的線路，分析該套系統(tǒng)在車站的運(yùn)行情況，總結(jié)該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中存在的問題。通過探討存在問題的主要原因，提出后續(xù)新建線路在建設(shè)過程中，設(shè)計(jì)需要把控的設(shè)計(jì)原則，以及在施工過程中需要關(guān)注的施工問題。

關(guān)鍵詞：軌道交通；電氣火災(zāi)；剩余電流；末端探測器；剩余電流值超標(biāo)

0引言

據(jù)公安部消防局提供的2011年至2014年《中國火災(zāi)統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)顯示，由于電氣引發(fā)的火災(zāi)占到總數(shù)的30%-30.27%，因此設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于提前預(yù)測火災(zāi)和及時(shí)對(duì)火災(zāi)進(jìn)行報(bào)警，減少人們生命財(cái)產(chǎn)損失，減少火災(zāi)的社會(huì)危害方面，都能發(fā)揮不可忽視的作用，成為減少電氣火災(zāi)的主要防范手段。

1地鐵車站設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的必要性

地鐵車站人員密集，系統(tǒng)設(shè)備眾多，各類電源設(shè)置錯(cuò)綜復(fù)雜，設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)具有一定的必要性，建筑內(nèi)線路絕緣層的老化，導(dǎo)體過載導(dǎo)致自身溫度升高、發(fā)熱等電氣故障均可能引起火災(zāi)。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)通過對(duì)導(dǎo)體的溫度和剩余電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測，提前判斷可能造成電氣火災(zāi)的隱患，給予告警信息，提醒運(yùn)營維護(hù)人員排查電氣故障，從根源上防止電氣火災(zāi)的發(fā)生。

《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB51348-2019）中13.2.2條8款要求“城市軌道交通、一類交通隧道工程的非消防負(fù)荷的配電回路應(yīng)設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)"?！督煌ńㄖ姎庠O(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ243-2011）中14.3.2明確“火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)保護(hù)對(duì)象分級(jí)為一級(jí)的交通建筑配電線路,應(yīng)設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)"?！兜罔F設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50157-2013）中19.1.2條款中“地下車站、區(qū)間隧道和控制的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的保護(hù)對(duì)象分級(jí)為一級(jí)"。上述相關(guān)規(guī)范已經(jīng)對(duì)地鐵車站內(nèi)設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)做出明確要求。

2地鐵車站電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置原則

地鐵車站的末端設(shè)備按其功能及重要性，可分為影響行車的設(shè)備、影響客運(yùn)服務(wù)的設(shè)備以及消防設(shè)施設(shè)備，大部分設(shè)備均比較重要。為了保證車站電源供電的穩(wěn)定、可靠，動(dòng)力配電系統(tǒng)所采用的配電方式為放射式，且多數(shù)設(shè)備均為一級(jí)配電，設(shè)備的電源直接取自車站400V降壓變電所。采用一級(jí)配電方式的設(shè)備主要有車站主廢水泵、區(qū)間廢水泵、站臺(tái)門電源、民用通信設(shè)備、自動(dòng)售檢票設(shè)備、公安通信設(shè)備、信號(hào)電源、站廳/站臺(tái)公共區(qū)一般照明、設(shè)備區(qū)工作照明、冷水機(jī)組、垂梯、消防電源設(shè)備（氣瓶間氣滅系統(tǒng)電源、消防水泵、應(yīng)急照明（ＥＰＳ設(shè)備）、兼疏散自動(dòng)扶梯）等、檢修電源、廣告照明箱等。采用二級(jí)配電的設(shè)備主要通過小動(dòng)力箱進(jìn)行電源整合，再配電至末端設(shè)備。如一級(jí)負(fù)荷小動(dòng)力箱供風(fēng)亭潛污泵、人防門控制、安檢設(shè)備、電動(dòng)蝶閥等動(dòng)力設(shè)備配電；二級(jí)負(fù)荷小動(dòng)力箱供多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)震動(dòng)檢測裝置、等設(shè)備配電；三級(jí)負(fù)荷小動(dòng)力箱供插座、自動(dòng)機(jī)等設(shè)備配電。除了由市電直接供電的設(shè)備外，地鐵車站內(nèi)針對(duì)影響行車的設(shè)備，需提供不間斷電源作為后備措施，這些設(shè)備通過整合UPS電源集中配電，主要有綜合監(jiān)控系統(tǒng)、通信、BAS、FAS、AFC、PIS等系統(tǒng)電源，其中整合UPS電源的市電直接取自車站降壓變電所。

除上述設(shè)備外，地鐵車站用電負(fù)荷較大的設(shè)備主要為通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備，為了便于通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備間的聯(lián)動(dòng)控制，集中設(shè)置了環(huán)控電控柜，該配電柜為整座車站的空調(diào)設(shè)備配電。環(huán)控電控柜的電源取自車站400V降壓變電所。根據(jù)該系統(tǒng)末端負(fù)荷用電的可靠性要求，分為一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷、三級(jí)負(fù)荷。其中一級(jí)負(fù)荷主要包括隧道風(fēng)機(jī)、排熱風(fēng)機(jī)、射流風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、補(bǔ)風(fēng)機(jī)、加壓送風(fēng)機(jī)及其配套的電動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥等；二級(jí)負(fù)荷主要包括組合式空調(diào)機(jī)組、回排風(fēng)機(jī)、新風(fēng)機(jī)及其配套的電動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥等；三級(jí)負(fù)荷主要包括水系統(tǒng)設(shè)備等。

根據(jù)車站供配電系統(tǒng)的設(shè)置方案及負(fù)荷設(shè)置情況，每座地鐵車站內(nèi)均設(shè)置一套電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要由電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)、剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器、測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器組成。電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)設(shè)置在車站控制室，探測器應(yīng)用于400V降壓變電所內(nèi)低壓柜進(jìn)線處、母聯(lián)柜處、饋線處，環(huán)控電控柜饋線處。其中400V低壓柜的進(jìn)線處和母聯(lián)柜處采用測溫式探測器。其余饋線回路以及環(huán)控電控柜處均采用剩余電流式探測器。各探測器通過總線將現(xiàn)場回路的實(shí)時(shí)信息上傳到電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)將收集到的現(xiàn)場信息同步顯示，對(duì)漏電流、溫度越限的回路以及故障回路發(fā)出聲光報(bào)警，并對(duì)報(bào)警記錄進(jìn)行保存，以備查詢車站中所采用的探測器，其報(bào)警設(shè)定閾值根據(jù)《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50116-2013）9.2.3條規(guī)范要求，均設(shè)置為500mA。

3地鐵車站電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行情況

現(xiàn)場經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后，暴露出的問題突出，主要表現(xiàn)為系統(tǒng)的誤報(bào)率高。監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)常出現(xiàn)報(bào)警信息，主要提示為某回路報(bào)警值超標(biāo)。根據(jù)監(jiān)控主機(jī)所導(dǎo)出的數(shù)據(jù)來看，報(bào)警值超標(biāo)的報(bào)警回路均為設(shè)置剩余電流探測器所在回路，主要存在400V低壓柜出線回路，如照明總配電箱、整合UPS電源、EPS電源、信號(hào)電源、站臺(tái)門設(shè)備電源、電扶梯、環(huán)控電控柜總進(jìn)線等；環(huán)控電控柜報(bào)警回路主要為電動(dòng)風(fēng)閥總開關(guān)(供多個(gè)風(fēng)閥的配電回路)。表1電氣火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警回路清單為線路開通初期，該套系統(tǒng)導(dǎo)出的部分報(bào)警回路清單。在新開通運(yùn)營的線路車站中，所敷設(shè)的電源線路、設(shè)備等存在絕緣性能下降的可能性較低，大量回路出現(xiàn)此類報(bào)警信息，影響了設(shè)置該系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)隱患的初衷，無法實(shí)現(xiàn)的火災(zāi)預(yù)警功能。

4主要存在的問題與分析

該車站的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)采用組合式火災(zāi)監(jiān)控探測器，主要部件包含剩余電流互感器、溫度傳感器和探測器主體，

系統(tǒng)檢測剩余電流主要通過剩余電流互感器檢測通過的剩余電流實(shí)現(xiàn)，其工作原理主要運(yùn)用基爾霍夫電流定律。即在正常情況下，電路中沒有發(fā)生人身電擊、設(shè)備漏電及接地故障時(shí)，剩余電流互感器中通過的一次側(cè)電路中的電流矢量和應(yīng)等于零。設(shè)計(jì)給與允許剩余電流值范圍，主要出于對(duì)設(shè)備本身存在的剩余電流考慮。

系統(tǒng)主機(jī)報(bào)警主要存在兩種現(xiàn)象:一是，報(bào)警信息持續(xù)存在，主機(jī)復(fù)位后無法清除；二是，報(bào)警信息間歇性出現(xiàn)，此類信息在主機(jī)進(jìn)行復(fù)位后可清除，但在設(shè)備下一次啟動(dòng)時(shí)會(huì)再次出現(xiàn)。

針對(duì)二種情況，在對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)測漏電報(bào)警的時(shí)長進(jìn)行設(shè)置后，延長報(bào)警時(shí)間，問題得以改善。主要是因?yàn)椴糠蛛姍C(jī)回路，存在啟動(dòng)電流大的情況，在啟動(dòng)的瞬間，出現(xiàn)剩余電流值超標(biāo)報(bào)警，在電機(jī)啟動(dòng)正常運(yùn)行后，報(bào)警消失，故此類問題通過對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)值進(jìn)行設(shè)置，可以得到解決。

下面針對(duì)一類持續(xù)存在報(bào)警的回路進(jìn)行分析。通過對(duì)現(xiàn)場存在剩余電流值超標(biāo)報(bào)警的回路進(jìn)行逐一排查，剩余電流值超設(shè)計(jì)范圍的主要原因有:

(1)安裝未滿足產(chǎn)品要求，出現(xiàn)接線錯(cuò)誤，導(dǎo)致報(bào)警值超標(biāo)。發(fā)現(xiàn)*多的是以下情況，剩余電流互感器的穿線原則未根據(jù)廠家要求進(jìn)行。應(yīng)遵循的穿線原則是:A、B、C三相線與N線需一起穿過互感器，且方向應(yīng)一致?，F(xiàn)場安裝時(shí)出現(xiàn)N線未通過剩余電流互感器或N線反向通過剩余電流互感器，則電流矢量和將很大，所檢測出的剩余電流值將超出設(shè)定值。

(2)配電箱內(nèi)N線與PE線混接。正常情況下，流經(jīng)負(fù)載端中性線的不平衡電流、諧波電流經(jīng)系統(tǒng)PE線流至系統(tǒng)接地點(diǎn)，被探測器誤識(shí)別為剩余電流，導(dǎo)致剩余電流超過設(shè)定值，產(chǎn)生報(bào)警現(xiàn)象。

(3)對(duì)于雙電源供電回路且只使用3P雙電源開關(guān)(兩路N線并接)時(shí)，當(dāng)剩余電流對(duì)兩個(gè)回路單獨(dú)監(jiān)測時(shí)會(huì)發(fā)生報(bào)警，原因是在線路正常使用過程中，N線電流會(huì)分別從兩個(gè)N線分流，這樣系統(tǒng)則會(huì)監(jiān)測出漏電流值。

(4)交直流屏、EPS設(shè)備、UPS整合電源、站臺(tái)門電源等設(shè)備柜內(nèi)含有整流模塊、逆變模塊、濾波電容等，設(shè)備運(yùn)行時(shí)存在諧波及放電現(xiàn)象，負(fù)載端不平衡電流流經(jīng)市電進(jìn)線的中性線，設(shè)備本身存在的固有漏電流被探測器誤識(shí)別為可能存在火災(zāi)隱患的剩余電流，產(chǎn)生報(bào)警現(xiàn)場

(5)電扶梯電源，因車站內(nèi)電扶梯均采用變頻設(shè)備，變頻器在運(yùn)行時(shí)，整流輸入電路時(shí)產(chǎn)生高次諧波，高次諧波使輸入電源的電壓波形和電流波形發(fā)生畸變，通過電流互感器監(jiān)測出的剩余電流值便大于系統(tǒng)設(shè)定值。

(6)多回路疊加造成的漏電流超標(biāo)。主要出現(xiàn)在照明總箱，供照明總箱電源的出線回路中設(shè)置了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的探測器，探測器所監(jiān)測的剩余電流值超過了系統(tǒng)設(shè)定值。而實(shí)際上，通過對(duì)配電總箱各個(gè)分支路進(jìn)行檢測，每個(gè)分支回路的剩余電流值均在100mA左右，均未超過設(shè)定范圍值。故多個(gè)回路累加后，總剩余電流值超出設(shè)定值。

綜上所述，致使電氣火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主機(jī)發(fā)生報(bào)警的：主要因素有：一，設(shè)備本身的運(yùn)行，通過目前剩余電流值的采集方式，所監(jiān)測出的值本身已超過規(guī)范要求值，說明此類回路采用剩余電流報(bào)警探測器存在值得優(yōu)化的地方。二，現(xiàn)場施工接線問題，未按廠家要求進(jìn)行穿線、N線、地線誤接等，均可能造成系統(tǒng)主機(jī)誤報(bào)警。

5優(yōu)化提升措施

為了降低電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的誤報(bào)率，后續(xù)新建線路中，在設(shè)計(jì)階段做了提升

優(yōu)化，主要總結(jié)為以下幾個(gè)原則：

一是，根據(jù)《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50116—2013)“9.2.2剩余電流式電氣火監(jiān)控探測器不宜設(shè)置在IT系統(tǒng)的配電線路和消防配電線路中"，?民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(GB51348—2019)TN-C-S系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)或TT系統(tǒng)種的非消防負(fù)荷的配電回路中設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)。根據(jù)這兩條規(guī)范要求，后續(xù)取消消防回路的電氣火災(zāi)探測器。主要取消的回路由消防泵、氣體滅火電源、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)電源、消防風(fēng)機(jī)、應(yīng)急電源、應(yīng)急照明切換箱等。此做法從一定程度上減少了此套系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

二是，在400V柜饋線回路中已設(shè)置的回路，在下一級(jí)進(jìn)線電源處不再重復(fù)設(shè)置，避免了對(duì)同個(gè)回路設(shè)置多重報(bào)警探測。

三是，在一些不適用設(shè)置剩余電流探測器的回路中(電源設(shè)備、變頻設(shè)備回路等)，將原來剩余電流探測器改為測溫式。如UPS整合電源、民用通信電源、公安通信電源、信號(hào)電源、站臺(tái)門電源、冷水機(jī)組電源、電扶梯電源等。

在施工階段，現(xiàn)場應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)施工規(guī)范的相關(guān)要求，進(jìn)行接線，切勿出現(xiàn)N線、PE線混接的情況。在線纜敷設(shè)過程中，應(yīng)主要保護(hù)成品，避免絕緣層受損。在進(jìn)行電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的安裝時(shí)，應(yīng)根據(jù)各個(gè)產(chǎn)品的安裝要求，由廠家指導(dǎo)，規(guī)范安裝。

針對(duì)目前市場上主流的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)品，廠家應(yīng)考慮對(duì)進(jìn)行設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，如采用更可靠的傳感器、更高效的控制器等。優(yōu)化電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的算法，以提高系統(tǒng)的識(shí)別準(zhǔn)確率和誤報(bào)率，并增加系統(tǒng)的自主學(xué)習(xí)功能和糾偏能力，以提高電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

6安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

6.1概述

Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數(shù)字化獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，已通過消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)的消防電子產(chǎn)品試驗(yàn)認(rèn)證，并且均通過嚴(yán)格的EMC電磁兼容試驗(yàn)，保證了該系列產(chǎn)品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運(yùn)行，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)并在全國得到廣泛地應(yīng)用。該系統(tǒng)通過對(duì)剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號(hào)的采集與監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣火災(zāi)的早期預(yù)防和報(bào)警，當(dāng)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(biāo)的配電回路;并根據(jù)用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺(tái)或火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享。

6.2應(yīng)用場合

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

6.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.4系統(tǒng)功能

監(jiān)控設(shè)備能接收多臺(tái)探測器的剩余電流、溫度信息，報(bào)警時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)設(shè)備上紅色“報(bào)警"指示燈亮，顯示屏指示報(bào)警部位及報(bào)警類型，記錄報(bào)警時(shí)間，聲光報(bào)警一直保持，直至按設(shè)備的“復(fù)位"按鈕或觸摸屏的“復(fù)位"按鍵遠(yuǎn)程對(duì)探測器實(shí)現(xiàn)復(fù)位。對(duì)于聲音報(bào)警信號(hào)也可以使用觸摸屏“消聲"按鍵手動(dòng)消除。

當(dāng)被監(jiān)測回路報(bào)警時(shí)，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護(hù)電路或其他設(shè)備，當(dāng)報(bào)警消除后，控制輸出繼電器釋放。

通訊故障報(bào)警：當(dāng)監(jiān)控設(shè)備與所接的任一臺(tái)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(jiān)控畫面中相應(yīng)的探測器顯示故障提示，同時(shí)設(shè)備上的黃色“故障"指示燈亮，并發(fā)出故障報(bào)警聲音。電源故障報(bào)警：當(dāng)主電源或備用電源發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并顯示故障信息，可進(jìn)入相應(yīng)的界面查看詳細(xì)信息并可解除報(bào)警聲響。

當(dāng)發(fā)生剩余電流、超溫報(bào)警或通訊、電源故障時(shí)，將報(bào)警部位、故障信息、報(bào)警時(shí)間等信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)報(bào)警解除、排除故障時(shí)，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法。

6.5配置方案

7結(jié)束語

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行效果與設(shè)計(jì)方案、施工工藝標(biāo)準(zhǔn)息息相關(guān)。目前廈門地鐵電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在應(yīng)用過程中檢測到各回路剩余電流偏大的主要是系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工接線不合理因素居多，非線路或設(shè)備發(fā)生漏電存在火災(zāi)隱患。故在后續(xù)新建的線路中，應(yīng)該從設(shè)計(jì)方案、施工過程等各個(gè)環(huán)節(jié)全面考慮，避免電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置出現(xiàn)誤報(bào)警情況。

針對(duì)火災(zāi)，城市軌道交通遵循“以預(yù)防為主"的安全理念，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的“先期預(yù)報(bào)警"特性與安全理念契合。在未來的城市軌道交通中，該系統(tǒng)將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合廈門地鐵電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用情況，對(duì)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、設(shè)備組成、施工等過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行簡單的分析，希望能為今后的新建線路提供一些思考和優(yōu)化方向。

參考文獻(xiàn)

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