淺析電氣火災監控系統在某地鐵車站的設計及應用

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：基于國家相關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，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饋線回路處，并采用故障點少、后期維護方便的無線傳輸方案。

關鍵詞：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

隨著國家綜合實力的不斷提高，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。國家有關部門相繼制訂或修改有關標準規范，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《火災自動報警系統設計規范》第3.1.1條確定：“地下鐵道、車站屬*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，即電路內任意點的電流矢量和為0。檢測剩余電流時，三相導線和中性線穿過一個電流互感器，當未發生接地故障時，無論三相負荷是否平衡，電流矢量和均為0；當發生接地故障時，故障電流會經過故障點流入大地，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決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線與PE線應該嚴格分開，通過剩余電流檢測元件的N線不能作為PE線使用，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時連續可調，內置或外置的溫度探測器在55~140℃時連續可調。

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進行溫度測量的。測溫傳感器一般設置在電氣系統的電纜接頭、電纜本體、開關觸點等相關發熱部位，用于監測設備過熱而引起的火災。探測位置包括開關柜、配電箱接頭、母線。

1.3 集中監控設備

集中監控設備通過有線/無線實時收集各個現場處理設備的信號，并對信號進行比較、分類等處理后，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。通過監控探測器采樣配電柜(箱)內導電線路中的電流和剩余電流信號，經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，經過進一步分析處理后進行所需的聯動控制，從而完成該系統應有的功能。優點：①系統分工明確、結構簡單、成本少、故障率偏低，不含電源控制開關，不串入配電系統，只通過剩余電流互感器(或測溫探頭)取樣信號，性能穩定可靠；②相對功能簡單，探測器尺寸較小，適合安裝在地鐵低壓柜饋線電纜室等比較狹窄的安裝空間。缺點：在采購數量很少(少于10個)并需要就地報警的情況下，造價較高。

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，不僅能滿足對剩余電流與非正常溫升的檢測，還可以實現數據處理功能，并通過設備的液晶屏實現測量結果顯示、參數設置等功能。優點：①采購數量很少并需要就地報警的情況下，造價較低；②在末端更易于維護人員操作與設置。缺點：①體積大，在地鐵低壓柜饋線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在探測點多的情況下，造價非常高。

由于地鐵監控點數多，趨向于集中監控方式，且開關柜安裝空間有限，故建議采用分離型探測器，并設專門的集中監控裝置。

2.2 探測器位置設置

目前，地鐵車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；各類風機、空調器等環控設備由變電所饋出總電源給環控電控柜，再由環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饋線回路處或下*級配電箱進線處。

1）安裝在變電所0.4 kV饋線回路處。探測保護范圍大，包括配電柜饋線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，可采用無線通信方式或總線連接方式。

2）安裝在下*級配電箱進線處。探測保護范圍*確，就是配電箱下級的用電設備；無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，連接總線通常很長，信號衰減嚴重。

因此建議地鐵新線將探測器設置在變電所0.4kv饋線回路處。

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探測器的報警信號進行聲、光報警，并在顯示器上顯示報警位置及探測器實測值。

3）不同類型探測器故障信息應有明顯區別。監控設備能夠按用戶級和管理級權限靈活設置，用戶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接口(RJ45)，可直接與綜合監控系統聯網。綜合監控系統通過RJ45接口(TCP/IP協議)在訪問和獲取多功能火災探測系統主機信息時，系統主機能夠提供以自定義的報警分區為單位的即時光纖溫度信息，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信息；接收來自綜合監控系統的時鐘同步信號，并校正自身時鐘信號。

5）監控設備系統主機采用網絡接口直接與火災報警系統專業聯網，火災報警系統可通過該接口訪問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）有線傳輸方案

電氣火災監控系統有線傳輸方案如下圖所示。

對于分離式的電氣火災監控探測器，有以下幾點要求：能獨立與監控設備進行通信；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時能在監控設備后臺連續可調；溫度報警在55~140℃時監控設備后臺連續可調。

2） 無線傳輸方案

電氣火災監控系統無線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線傳輸方式，而數據集中器和監控設備采用有線傳輸方式進行組網。

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

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時能在監控設備后臺連續可調；溫度報警在55~140℃時監控設備后臺連續可調。

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

藍牙無線通信方式具有以下特點：短距無線通信；臨時性對等連接的無線通信，一個主設備和一個從設備組成的點對點的通信連接；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的無線通信頻段；開放的接口標準。

根據以上分析，兩種方案各有其優勢。有線傳輸的產品目前國內廠家比較多，選擇比較容易，性能可靠，缺點是后期維護更換存在不便。無線傳輸方案的缺點是產品選擇較困難，但在地鐵中也有成功的案例，如深圳地鐵、昆明地鐵，其優點是性能非常可靠，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的全數字化獨立運行的系統，已通過國家消防電子產品質量監督檢驗中心的消防電子產品試驗認證，并且均通過嚴格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產品在低壓配電系統中的安全正常運行，現均已批量生產并在全國得到廣泛地應用。該系統通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監視，實現對電氣火災的早期預防和報警，當必要時還能聯動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;并根據用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業微電網管理云平臺或火災自動報警系統等進行數據交換和共享。

3．2應用場合

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業、國家*點消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。

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，報警時發出聲、光報警信號，同時設備上紅色“報警"指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間，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"按鍵手動消除。

1. 當被監測回路報警時，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生通訊故障或探測器本身發生故障時，監控畫面中相應的探測器顯示故障提示，同時設備上的黃色“故障"指示燈亮，并發出故障報警聲音。電源故障報警：當主電源或備用電源發生故障時，監控設備也發出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。

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

4．5配置方案

4.結束語

地鐵采用放射式供電方式，在變電所0.4kv開關柜饋線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，也可探測開關柜至末端配電箱段電纜的剩余電流情況。地鐵低壓柜饋線電纜室空間比較狹窄，分離式探測器便于安裝，且造價更低。無線傳輸方案接線簡單、故障點少，后期維護更換更簡便。所以，在廣州地鐵新線路建設中建議采用在變電所0.4kv開關柜饋線回路處設置分離式探測器，并采用無線傳輸的方案。

【參考文獻】

1. 付朝立.基于泄漏電流監測的電氣火災報警系統在地鐵中的應用[J]. 城市軌道研究，2014(4)：132-134.

2. GB50116—2013 火災自動報警系統設計規范[S].

3. DBJ/T15-77—2010 電氣火災監控系統設計、施工及驗收規范[S].

4. GB50157—2013 地鐵設計規范[S].

5. 諶小莉.廣州地鐵車站電氣火災監控系統設置方案，廣州地鐵設計研究院有限公司.

6. 安科瑞消防應急照明和疏散指示系統/防火門監控系統/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