淺析電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在某地鐵車站的設(shè)計及應(yīng)用

安科瑞 陳聰

摘要：基于國家相關(guān)規(guī)范對建筑中設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的要求，結(jié)合目前某地方城市地鐵供配電方案特點，從電氣火災(zāi)探測器的選擇及位置設(shè)置、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備的要求及系統(tǒng)傳輸方案等方面，介紹了地鐵車站電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置方案。建議將分離式探測器設(shè)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(guān)鍵詞：電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)；地鐵供配電方案；電氣火災(zāi)探測器；電氣火災(zāi)監(jiān)控 設(shè)備；系統(tǒng)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(zāi)，其中由電氣原因引起的火災(zāi)占37%。因此，應(yīng)對電氣火災(zāi)進行有效的防范。

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)屬于先期預(yù)報警系統(tǒng)，是針對火災(zāi)的早期預(yù)防、消除火災(zāi)隱患而設(shè)置的。國家有關(guān)部門相繼制訂或修改有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對建筑中設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)提出了更明確的要求。GB 50116-2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)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(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計、施工及驗收規(guī)范》第3.2.1條規(guī)定：“GB 50116—2013中保護對象為*級、*級的建筑應(yīng)設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。”本文主要分析了廣州地鐵車站電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置方案。

1.電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)原理

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器(剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器、測溫式電氣火災(zāi)探測器)和電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備兩部分組成。

1.1 剩余電流探測原理

剩余電流火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)一般由剩余電流檢測元件、現(xiàn)場處理設(shè)備和集中監(jiān)控設(shè)備組成。剩余電流火災(zāi)報警系統(tǒng)構(gòu)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(nèi)任意點的電流矢量和為0。檢測剩余電流時，三相導(dǎo)線和中性線穿過一個電流互感器，當(dāng)未發(fā)生接地故障時，無論三相負(fù)荷是否平衡，電流矢量和均為0；當(dāng)發(fā)生接地故障時，故障電流會經(jīng)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(tǒng)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(tǒng)的N線與PE線應(yīng)該嚴(yán)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(fù)接地，不能接設(shè)備外露可導(dǎo)電部分。TN-S系統(tǒng)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(xù)可調(diào)，內(nèi)置或外置的溫度探測器在55~140℃時連續(xù)可調(diào)。

1.2 溫度探測原理

熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)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(shè)置在電氣系統(tǒng)的電纜接頭、電纜本體、開關(guān)觸點等相關(guān)發(fā)熱部位，用于監(jiān)測設(shè)備過熱而引起的火災(zāi)。探測位置包括開關(guān)柜、配電箱接頭、母線。

1.3 集中監(jiān)控設(shè)備

集中監(jiān)控設(shè)備通過有線/無線實時收集各個現(xiàn)場處理設(shè)備的信號，并對信號進行比較、分類等處理后，將相應(yīng)信息送往報警、顯示、控制信號輸出、存儲、打印等設(shè)備，實現(xiàn)集中顯示、控制、記錄等功能。集中監(jiān)控設(shè)備可以分為監(jiān)控單元與監(jiān)控主機兩種類型。監(jiān)控單元主要用于有限數(shù)量、距 離的若干探測器的連接與管理，適用于小型系統(tǒng)；監(jiān)控主機具有更強大的處理功能，可通過監(jiān)控單元連接更多探測器，適用于大中型系統(tǒng)，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(zāi)報警系統(tǒng)方案

2.1 探測器選擇

電氣火災(zāi)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(zāi)監(jiān)控設(shè)備與電氣火災(zāi)監(jiān)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(jiān)控探測器采樣配電柜(箱)內(nèi)導(dǎo)電線路中的電流和剩余電流信號，經(jīng)內(nèi)置單片機系統(tǒng)分析處理后，上報消防控制室或值班室里的電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備，經(jīng)過進一步分析處理后進行所需的聯(lián)動控制，從而完成該系統(tǒng)應(yīng)有的功能。優(yōu)點：①系統(tǒng)分工明確、結(jié)構(gòu)簡單、成本少、故障率偏低，不含電源控制開關(guān)，不串入配電系統(tǒng)，只通過剩余電流互感器(或測溫探頭)取樣信號，性能穩(wěn)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(shù)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(zāi)監(jiān)控設(shè)備與電氣火災(zāi)監(jiān)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(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能，并通過設(shè)備的液晶屏實現(xiàn)測量結(jié)果顯示、參數(shù)設(shè)置等功能。優(yōu)點：①采購數(shù)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(shè)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(fù)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(jiān)控點數(shù)多，趨向于集中監(jiān)控方式，且開關(guān)柜安裝空間有限，故建議采用分離型探測器，并設(shè)專門的集中監(jiān)控裝置。

2.2 探測器位置設(shè)置

目前，地鐵車站根據(jù)負(fù)荷重要性將負(fù)荷分為三級，對于不同的負(fù)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(fù)荷設(shè)就地電源箱，由變電所放射式配電；各類風(fēng)機、空調(diào)器等環(huán)控設(shè)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(tǒng)一放射式配電至設(shè)備；冷水水泵、冷卻塔等冷水系統(tǒng)制冷設(shè)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(tǒng)一配電至設(shè)備。冷水機組一般直接由變電所饋出到設(shè)備。

結(jié)合地鐵目前的供電方案電氣火災(zāi)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(shè)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(shè)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(yán)重。

因此建議地鐵新線將探測器設(shè)置在變電所0.4kv饋線回路處。

2.3 監(jiān)控設(shè)備要求

1）電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備應(yīng)具有直接連接剩余電流探測器、測溫式電氣火災(zāi)探測器的功能，應(yīng)能同時處理上述探測器探測信號的能力。

2）監(jiān)控設(shè)備應(yīng)對所轄范圍內(nèi)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(yīng)有明顯區(qū)別。監(jiān)控設(shè)備能夠按用戶級和管理級權(quán)限靈活設(shè)置，用戶級權(quán)限具有靈活分配模塊操作權(quán)限功能。

4）監(jiān)控設(shè)備應(yīng)具有以太網(wǎng)接口(RJ45)，可直接與綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過RJ45接口(TCP/IP協(xié)議)在訪問和獲取多功能火災(zāi)探測系統(tǒng)主機信息時，系統(tǒng)主機能夠提供以自定義的報警分區(qū)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(yù)報警信息、報警信息等，提供測溫式電氣火災(zāi)探測器、剩余電流式電氣火災(zāi)探測器即時信息；接收來自綜合監(jiān)控系統(tǒng)的時鐘同步信號，并校正自身時鐘信號。

5）監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)主機采用網(wǎng)絡(luò)接口直接與火災(zāi)報警系統(tǒng)專業(yè)聯(lián)網(wǎng)，火災(zāi)報警系統(tǒng)可通過該接口訪問和獲取系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)傳輸方案

1）有線傳輸方案

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)有線傳輸方案如下圖所示。

對于分離式的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，有以下幾點要求：能獨立與監(jiān)控設(shè)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(jiān)控設(shè)備后臺連續(xù)可調(diào)；溫度報警在55~140℃時監(jiān)控設(shè)備后臺連續(xù)可調(diào)。

2） 無線傳輸方案

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)無線傳輸方案如下圖所示。下圖中，數(shù)據(jù)集中器和分離式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器采用藍牙無線傳輸方式，而數(shù)據(jù)集中器和監(jiān)控設(shè)備采用有線傳輸方式進行組網(wǎng)。

對于分離式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，有以下幾點要求：能獨立與數(shù)據(jù)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(jiān)控設(shè)備后臺連續(xù)可調(diào)；溫度報警在55~140℃時監(jiān)控設(shè)備后臺連續(xù)可調(diào)。

對于數(shù)據(jù)集中器，要求有以下幾點：能獨立與分離式的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器進行藍牙通信；具有環(huán)網(wǎng)RS485接口功能；接收點數(shù)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(shè)備和一個從設(shè)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(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)以上分析，兩種方案各有其優(yōu)勢。有線傳輸?shù)漠a(chǎn)品目前國內(nèi)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(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)點是性能非常可靠，后期維護更換方便。

3.安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

3．1概述

Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)國家現(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)字化獨立運行的系統(tǒng)，已通過國家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的消防電子產(chǎn)品試驗認(rèn)證，并且均通過嚴(yán)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(tǒng)中的安全正常運行，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(jiān)視，實現(xiàn)對電氣火災(zāi)的早期預(yù)防和報警，當(dāng)必要時還能聯(lián)動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)管理云平臺或火災(zāi)自動報警系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)交換和共享。

3．2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)、國家*點消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域。

3．3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3．4系統(tǒng)功能

1. 監(jiān)控設(shè)備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發(fā)出聲、光報警信號，同時設(shè)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(shè)備的“復(fù)位”按鈕或觸摸屏的“復(fù)位”按鍵遠程對探測器實現(xiàn)復(fù)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(dāng)被監(jiān)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(shè)備，當(dāng)報警消除后，控制輸出繼電器釋放。

2. 通訊故障報警：當(dāng)監(jiān)控設(shè)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，監(jiān)控畫面中相應(yīng)的探測器顯示故障提示，同時設(shè)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(dāng)主電源或備用電源發(fā)生故障時，監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應(yīng)的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。

1. 當(dāng)發(fā)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(shù)據(jù)庫中，當(dāng)報警解除、排除故障時，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。

4．5配置方案

4.結(jié)束語

地鐵采用放射式供電方式，在變電所0.4kv開關(guān)柜饋線回路處設(shè)置電氣火災(zāi)探測器，既可探測末端設(shè)備的剩余電流情況，也可探測開關(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(shè)中建議采用在變電所0.4kv開關(guān)柜饋線回路處設(shè)置分離式探測器，并采用無線傳輸?shù)姆桨浮?/span>

【參考文獻】

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  氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)選型手冊. 2022.05版