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

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定201801

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(diǎn)，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(diǎn)少、后期維護(hù)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(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(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*級保護(hù)對象。”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(bào)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(diǎn)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(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(jìn)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(diǎn)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(shí)時收集各個現(xiàn)場處理設(shè)備的信號，并對信號進(jìn)行比較、分類等處理后，將相應(yīng)信息送往報(bào)警、顯示、控制信號輸出、存儲、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(bào)警信息記錄，便于站級管理。

2.電氣火災(zāi)報(bào)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(dú)立式)和組合型探測器(獨(dú)立式)兩種。

1）分離型探測器(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(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)過進(jìn)一步分析處理后進(jìn)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(diǎn)：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(diǎn)：在采購數(shù)量很少(少于10個)并需要就地報(bào)警的情況下，造價(jià)較高。

2）組合型探測器(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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能，并通過設(shè)備的液晶屏實(shí)現(xiàn)測量結(jié)果顯示、參數(shù)設(shè)置等功能。優(yōu)點(diǎn)：①采購數(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(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)探測器可安裝在變電所0.4kv饋線回路處或下*級配電箱進(jìn)線處。

1）安裝在變電所0.4 kV饋線回路處。探測保護(hù)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(jìn)線處。探測保護(hù)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(bào)警信號進(jìn)行聲、光報(bào)警，并在顯示器上顯示報(bào)警位置及探測器實(shí)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(jī)信息時，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(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)可通過該接口訪問和獲取系統(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。

		IP1	IP2	IP3	IP4	IP5	IP6	IP7	IP8
感溫 通信 光纖口總線口
			IP4-1	8	P5-	8	一	P7	28
P
Po		8		P8
P6	日	-4 8	28-4
PG 高		8	28	8
PG(		-6		P8
IP4-2	8	IP5-2	8	P6二		一		38
P6		P78		P88
		p 9	文	-9	8	P8-9	接
P6- 0	日	P7 0		P8 0
P6-		P7		P8一

	IP1	IIP2	IIP3	IP4	IIP5	IIP6	IP7	IIP8
		IIP3-	8	IP4-	8	IP5-	IP6-	IP7-	1P8-
號 憐	P6	P	8
	日	P6		27			P8-3
-4		P6	8	P7	8	P8-4
-5		P6 心	日	IIP7 …	日	P8-5	號
IIP5-6		-		IIP7-6		P8-6
IIP3-2	8	IIP4-2	8	-7 坐	8	P6		P	8	—/	8
		P6		P7		P8 8
	) 已	8	P 1 1	日	P?	9	IP8-9	-8
		P6-10	B	IP7-T0		IP8-10	8
P3-		P6-11		IP7-		IP8-

對于分離式的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，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(bào)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(lán)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(jìn)行組網(wǎng)。

電 車站控制室 預(yù)留通信接口	氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)		IP1	IP2	IP3	IP4	IP5	IP6	IP7	P8
			8 IP4	8 IP5	P6	P7	38-
P6-2	P7	P8 -2
P6-3	P7子	P8 以
P6-4 8	P7-4	P8 立
P6-5	P7-5	PS
P6-6	P7-6	經(jīng)
至ISCS系統(tǒng)	感 溫| 通 信 光纖口總線口	8 IP4-1	8 IP5-2	P6-	P7-7
P?-8	P7-8	登
P6-9	P7-9
P6-10 B	P7-10 8	28-10 8
P6-1	P7-1	P8-
母線感溫光纖溫度檢測
P5-0 1P6-6 P7-6 -( 8 IP3-2 8 IP4-2 P5-7 8 IP6-7 P7-7 P8 二 IP5-8 IP6-8 P7-8 P& -8 P?=q 8 IP6 P7-9 P8-9 8 IP5-108 IIP?-108 IP7-108 IP8-108 P5-1 IIP6-l [P/- IF8-1

對于分離式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，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(bào)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(diǎn)：能獨(dú)立與分離式的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器進(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)牙無線通信方式具有以下特點(diǎn)：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(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(diǎn)是后期維護(hù)更換存在不便。無線傳輸方案的缺點(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)是性能非常可靠，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)，已通過國家消防電子產(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(shí)現(xiàn)對電氣火災(zāi)的早期預(yù)防和報(bào)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(bào)警系統(tǒng)等進(jìn)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(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

監(jiān)控設(shè)備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報(bào)警時發(fā)出聲、光報(bào)警信號，同時設(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)程對探測器實(shí)現(xiàn)復(fù)位。對于聲音報(bào)警信號也可以使用觸摸屏“消聲”按鍵手動消除。

當(dāng)被監(jiān)測回路報(bào)警時，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(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，監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報(bào)警信號并顯示故障信息，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，將報(bào)警部位、故障信息、報(bào)警時間等信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)報(bào)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

應(yīng)用場合	型號	產(chǎn)品照片	功能
消防控制室	Acrel-6000/B		適用于1~4條通信總線*多可連接256個探測器，可適用于壁掛安裝的場所。
Acrel-6000/Q		適用于大型組網(wǎng)，壁掛式監(jiān)控主機(jī)數(shù)量較多且需集中查看的場所，主要監(jiān)測壁掛主機(jī)信息。
一、二級 低壓配電	ARCM200L-Z2		三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos中)，視在電能、四象限電能計(jì)量，單回路剩余電流監(jiān)測，4路溫度監(jiān)測，2路繼電器輸出，4路開關(guān)量輸入，事件記錄，內(nèi)置時鐘，點(diǎn)陣式LCD顯示，2路獨(dú)立RS485/Modbus通訊
ARCM200L-J8	8路剩余電流監(jiān)測，2路繼電器輸出，4路開關(guān)量輸入，事件記錄，內(nèi)置時鐘，點(diǎn)陣式LCD顯示，1路RS485/Modbus通訊
ARCM300-J1		1路剩余電流監(jiān)測，4路溫度監(jiān)測，1路繼電器輸出，事件記錄，LCD顯示，1路RS485/Modbus通訊
AAFD-□		檢測末端線路的故障電弧，485通訊，導(dǎo)軌式安裝。
ASCP200-□		短路限流保護(hù)、過載保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測，1路RS485通訊，1路GPRS或NB無線通訊，額定電流為0-40A可設(shè)。
	短路限流保護(hù)、過載保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測，1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊，額定電流為0-63A可設(shè)。
配套附件	AKH-0.66		測量型互感器，采集交流電流信號
AKH-0.66/L		剩余電流互感器，采集剩余電流信號
ARCM-NTC		溫度傳感器，采集線纜或配電箱體溫度

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(jià)更低。無線傳輸方案接線簡單、故障點(diǎn)少，后期維護(hù)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?br />
審核編輯 黃宇