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

摘要：基于國(guó)家相關(guān)規(guī)范對(duì)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(diǎn)，從電氣火災(zāi)探測(cè)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(cè)器設(shè)置在變電所0.4kv饋線回路處，并采用故障點(diǎn)少、后期維護(hù)方便的無(wú)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(cè)器；電氣火災(zāi)監(jiān)控 設(shè)備；系統(tǒng)傳輸

0.引言

隨著國(guó)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(zāi)，其中由電氣原因引起的火災(zāi)占37%。因此，應(yīng)對(duì)電氣火災(zāi)進(jìn)行有效的防范。

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)屬于先期預(yù)報(bào)警系統(tǒng)，是針對(duì)火災(zāi)的早期預(yù)防、消除火災(zāi)隱患而設(shè)置的。國(guó)家有關(guān)部門相繼制訂或修改有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)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(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.1.1條確定：“地下鐵道、車站屬*級(jí)保護(hù)對(duì)象。"DBJ/T 15-77-2010《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范》第3.2.1條規(guī)定：“GB 50116—2013中保護(hù)對(duì)象為*級(jí)、*級(jí)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(cè)器(剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器、測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)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(cè)原理

剩余電流火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)一般由剩余電流檢測(cè)元件、現(xiàn)場(chǎng)處理設(shè)備和集中監(jiān)控設(shè)備組成。剩余電流火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示。

剩余電流檢測(cè)器的工作原理基于基爾霍夫電流定律，即電路內(nèi)任意點(diǎn)的電流矢量和為0。檢測(cè)剩余電流時(shí)，三相導(dǎo)線和中性線穿過(guò)一個(gè)電流互感器，當(dāng)未發(fā)生接地故障時(shí)，無(wú)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(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(tǒng)的接地形式?jīng)Q定了剩余電流檢測(cè)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(kāi)，通過(guò)剩余電流檢測(cè)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(cè)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(xù)可調(diào)，內(nèi)置或外置的溫度探測(cè)器在55~140℃時(shí)連續(xù)可調(diào)。

1.2 溫度探測(cè)原理

熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。測(cè)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(kāi)關(guān)觸點(diǎn)等相關(guān)發(fā)熱部位，用于監(jiān)測(cè)設(shè)備過(guò)熱而引起的火災(zāi)。探測(cè)位置包括開(kāi)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(guò)有線/無(wú)線實(shí)時(shí)收集各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)處理設(shè)備的信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行比較、分類等處理后，將相應(yīng)信息送往報(bào)警、顯示、控制信號(hào)輸出、存儲(chǔ)、打印等設(shè)備，實(shí)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(jī)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(cè)器的連接與管理，適用于小型系統(tǒng)；監(jiān)控主機(jī)具有更強(qiáng)大的處理功能，可通過(guò)監(jiān)控單元連接更多探測(cè)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(chǔ)存12個(gè)月的報(bào)警信息記錄，便于站級(jí)管理。

2.電氣火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)方案

2.1 探測(cè)器選擇

電氣火災(zāi)探測(cè)器主要有分離型探測(cè)器(非獨(dú)立式)和組合型探測(cè)器(獨(dú)立式)兩種。

1）分離型探測(cè)器(非獨(dú)立式)。電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備與電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器(包括終端探測(cè)頭剩余電流互感器、溫度傳感器)分離配置。通過(guò)監(jiān)控探測(cè)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(hào)，經(jīng)內(nèi)置單片機(jī)系統(tǒng)分析處理后，上報(bào)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(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(tǒng)應(yīng)有的功能。優(yōu)點(diǎn)：①系統(tǒng)分工明確、結(jié)構(gòu)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(tǒng)，只通過(guò)剩余電流互感器(或測(cè)溫探頭)取樣信號(hào)，性能穩(wěn)定可靠；②相對(duì)功能簡(jiǎn)單，探測(cè)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(diǎn)：在采購(gòu)數(shù)量很少(少于10個(gè))并需要就地報(bào)警的情況下，造價(jià)較高。

2）組合型探測(cè)器(獨(dú)立式)。電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備與電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器組合配置。與分離型探測(cè)器相比，不僅能滿足對(duì)剩余電流與非正常溫升的檢測(cè)，還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能，并通過(guò)設(shè)備的液晶屏實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果顯示、參數(shù)設(shè)置等功能。優(yōu)點(diǎn)：①采購(gòu)數(shù)量很少并需要就地報(bào)警的情況下，造價(jià)較低；②在末端更易于維護(hù)人員操作與設(shè)置。缺點(diǎn)：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(cè)點(diǎn)多的情況下，造價(jià)非常高。

由于地鐵監(jiān)控點(diǎn)數(shù)多，趨向于集中監(jiān)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(cè)器，并設(shè)專門的集中監(jiān)控裝置。

2.2 探測(cè)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(jí)，對(duì)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(jī)、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(jī)房電控柜，再由冷水機(jī)房電控柜統(tǒng)一配電至設(shè)備。冷水機(jī)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(cè)器可安裝在變電所0.4kv饋線回路處或下*級(jí)配電箱進(jìn)線處。

1）安裝在變電所0.4 kV饋線回路處。探測(cè)保護(hù)范圍大，包括配電柜饋線電纜和配電箱下級(jí)的用電設(shè)備；安裝集中，管理方便；空間跨度小，可采用無(wú)線通信方式或總線連接方式。

2）安裝在下*級(jí)配電箱進(jìn)線處。探測(cè)保護(hù)范圍*確，就是配電箱下級(jí)的用電設(shè)備；無(wú)法探測(cè)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(zhǎng)，信號(hào)衰減嚴(yán)重。

因此建議地鐵新線將探測(cè)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(cè)器、測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器的功能，應(yīng)能同時(shí)處理上述探測(cè)器探測(cè)信號(hào)的能力。

2）監(jiān)控設(shè)備應(yīng)對(duì)所轄范圍內(nèi)的各類探測(cè)器的報(bào)警信號(hào)進(jìn)行聲、光報(bào)警，并在顯示器上顯示報(bào)警位置及探測(cè)器實(shí)測(cè)值。

3）不同類型探測(cè)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(jí)和管理級(jí)權(quán)限靈活設(shè)置，用戶級(jí)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(guò)RJ45接口(TCP/IP協(xié)議)在訪問(wèn)和獲取多功能火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)主機(jī)信息時(shí)，系統(tǒng)主機(jī)能夠提供以自定義的報(bào)警分區(qū)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(yù)報(bào)警信息、報(bào)警信息等，提供測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器、剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器即時(shí)信息；接收來(lái)自綜合監(jiān)控系統(tǒng)的時(shí)鐘同步信號(hào)，并校正自身時(shí)鐘信號(hào)。

5）監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)主機(jī)采用網(wǎng)絡(luò)接口直接與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)專業(yè)聯(lián)網(wǎng)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可通過(guò)該接口訪問(wèn)和獲取系統(tǒng)主機(jī)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(duì)于分離式的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器，有以下幾點(diǎn)要求：能獨(dú)立與監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行通信；具有1組剩余電流探測(cè)和6組溫度探測(cè)的功能；剩余電流為30～500mA時(shí)能在監(jiān)控設(shè)備后臺(tái)連續(xù)可調(diào)；溫度報(bào)警在55~140℃時(shí)監(jiān)控設(shè)備后臺(tái)連續(xù)可調(diào)。

2） 無(wú)線傳輸方案

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)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(cè)器采用藍(lán)牙無(wú)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(jìn)行組網(wǎng)。

對(duì)于分離式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器，有以下幾點(diǎn)要求：能獨(dú)立與數(shù)據(jù)集中器進(jìn)行藍(lán)牙通信。

具有1組剩余電流探測(cè)和6組溫度探測(cè)的功能；剩余電流為30~500mA時(shí)能在監(jiān)控設(shè)備后臺(tái)連續(xù)可調(diào)；溫度報(bào)警在55~140℃時(shí)監(jiān)控設(shè)備后臺(tái)連續(xù)可調(diào)。

對(duì)于數(shù)據(jù)集中器，要求有以下幾點(diǎn)：能獨(dú)立與分離式的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器進(jìn)行藍(lán)牙通信；具有環(huán)網(wǎng)RS485接口功能；接收點(diǎn)數(shù)容量大于100。

藍(lán)牙無(wú)線通信方式具有以下特點(diǎn)：短距無(wú)線通信；臨時(shí)性對(duì)等連接的無(wú)線通信，一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)從設(shè)備組成的點(diǎn)對(duì)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)線通信頻段；開(kāi)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(shì)。有線傳輸?shù)漠a(chǎn)品目前國(guó)內(nèi)廠家比較多，選擇比較容易，性能可靠，缺點(diǎn)是后期維護(hù)更換存在不便。無(wú)線傳輸方案的缺點(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(hù)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(guó)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(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，已通過(guò)國(guó)家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的消防電子產(chǎn)品試驗(yàn)認(rèn)證，并且均通過(guò)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(guó)得到廣泛地應(yīng)用。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)剩余電流、過(guò)電流、過(guò)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(cè)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。

3．2應(yīng)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(guó)家*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。

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(tái)探測(cè)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(cè)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。

1. 當(dāng)被監(jiān)測(cè)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。

2. 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(cè)器之間發(fā)生通訊故障或探測(cè)器本身發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控畫面中相應(yīng)的探測(cè)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。

1. 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(kù)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。

4．5配置方案

4.結(jié)束語(yǔ)

地鐵采用放射式供電方式，在變電所0.4kv開(kāi)關(guān)柜饋線回路處設(shè)置電氣火災(zāi)探測(cè)器，既可探測(cè)末端設(shè)備的剩余電流情況，也可探測(cè)開(kāi)關(guān)柜至末端配電箱段電纜的剩余電流情況。地鐵低壓柜饋線電纜室空間比較狹窄，分離式探測(cè)器便于安裝，且造價(jià)更低。無(wú)線傳輸方案接線簡(jiǎn)單、故障點(diǎn)少，后期維護(hù)更換更簡(jiǎn)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(kāi)關(guān)柜饋線回路處設(shè)置分離式探測(cè)器，并采用無(wú)線傳輸?shù)姆桨浮?/p>