浅析城市轨道交通电气火灾监控系统应用

程瑜
安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801
摘要：结合某地铁某1、2号线中电气火灾监控系统的设计、施工、调试、运营等情况，阐述城市轨道交通电气火灾监控系统的具体设计方案，主要包括系统设置范围的变电所某400V某柜及环控电控柜出线；系统预警和报警整定值300mA和500mA;系统直接与综合监控系统做通信接口等。另外，还指出城市轨道交通电气火灾监控系统在实际设计和施工过程中需要注意的事项，主要包括在设计中只对故障回路进行检测、报警而不联动故障回路断路器跳闸，建议选择一体式监控探测器并且事先预留安装位置等；在施工中N线需穿过探测器，而PE线则不能穿过探测器等，为后续城市轨道交通电气火灾监控系统的设计和施工提供参考。
关键词:城市轨道交通；电气火灾监控系统；泄漏电流；探测器；整定值
1.泄漏电流引发电气火灾的原因
一般情况下，交流供电电缆的泄漏电流产生有两个原因，一是电缆与地之间存在电容，二是电缆与地之间的绝缘电阻并非无穷大。当交流电源电压为V,频率为f,电缆对地电阻为R,电缆电容为C时，电缆的泄漏电流可以表示为1=V/(R+1/2πfC)由此可知，电缆对地电阻R越大，对地电容C越小，则泄漏电流越小。然而，电缆的对地电容与电缆结构及敷设方式有关，且电容引起的泄漏电流较小，因此泄漏电流主要取决于对地电阻。当电缆受损或老化，对地绝缘电阻下降，加之现场环境潮湿时，电缆的泄漏电流就会显著增加。研究表明，当泄漏电流达到300mA时，就可能形成电弧，进而引发火灾事故。合理设置监控点，对电缆泄漏电流进行早期预警，则可以提前发现和消除火灾隐患。电气火灾监控系统是一种新型综合系统，它可以对泄漏电流进行早期的监控和报警。该系统在城市轨道交通中的应用近几年才开始，大部分还处于设计或招标阶段，因此具有重要研究价值。
2.电气火灾监控系统原理及功能
2.1某监控报警原理
电流互感器检测到的泄漏电流五，经电气火灾探测器A/D转换，变换为数字量，并经数据处理后由通信线上传至监控主机，监控主机将该泄漏电流与系统设定值进行比较，从而判定泄漏电流是否达到预警、报警条件。当泄漏电流达到预警、报警条件时，监控主机发出声音，将泄漏电流超标的回路在监视器上以不同颜色予以标示，并将相关的报警回路编号、泄漏电流值、报警时间等信息记录在系统存储器中，现场检修人员根据系统提示，对该回路进行及时的检修维护，确保泄漏电流回到预警值以下。
2.2某系统功能
不同厂家生产的电气火灾监控系统功能有差异，但都具备以下主要功能：泄漏电流检测、报警功能；泄漏电流预警值、报警值在线整定功能；历史数据管理和事件打印功能；用户权限管理功能；通信功能。总之，电气火灾监控系统主要用来实时监测泄漏电流、实时预防和报告电气火灾事故，在不同的城市轨道交通中应用时，应根据具体情况适当调整设计方案。
3.电气火灾监控系统在轨道交通的应用
3.1设置依据和范围
根据JCJ243—2011《交通建筑电气设计规范》的规定，城市轨道交通地下车站火灾保护对象为一级，应设置电气火灾监控系统。在JGJ16—2008《民用建筑电气设计规范》和GB50054—2011《低压配电设计规范》中规定，城市轨道交通地下车站宜设置电气火灾监控系统。目前，在全国各地城市轨道交通消防验收和专家评审中，也都要求设置电气火灾监控系统。对于电气火灾监控系统的设置部位，各规范的要求也不一致。根据GB50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》的要求，电气火灾监控探测器应以设置在低压配电系统首端为基本原则，宜设置在第一级配电柜(箱)的出线端；在供电线路泄漏电流大于500mA时，宜在其下一级配电柜(箱)中设置。而JGJ243—2011《交通建筑电气设计规范》中则要求，除消防动力配电回路外，其他电力、照明区域或楼层配电箱电源进线处应设置防电气火灾的剩余电流动作报警器。结合某地铁1、2号线中电气火灾监控系统的实际设计和使用情况，建议在城市轨道交通地下车站以下部位设置电气火灾探测器(或泄漏电流互感器)
1)变电所400V开关柜出线，不含变电所至环控柜的馈出线。考虑到变电所内馈出线比较集中，在变电所内设置探测器可以监控馈出电缆及末端设备的泄漏电流情况；
2）环控电控柜内的风机馈出线。考虑到变电所至环控柜的馈出线电流较大，一般采用电缆多拼或者母线槽供电，且末端设备众多，泄漏电流较大，正常情况下的泄漏电流都超过300mA,因此，环控系统设备的泄漏电流检测设置在环控电控柜内。
3.2整定值设置
考虑到地下车站内设备的使用环境差，部分区域潮湿，电缆和设备本身的泄漏电流较大等因素，在GB50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》中明确要求电气火灾探测器报警值宜为300～500mA,笔者结合某地铁1、2号线电气火灾监控系统设计和使用情况，建议按以下标准设置系统的整定值。
1)系统预警电流整定值为300mA。当系统检测到某回路的泄漏电流值大于300mA时，系统处于预警状态并记录预警信息，预警指示灯闪烁，对应的预警回路改变颜色，同时闪烁，直到故障解除，泄漏电流小于300mA为止。
2)系统报警电流整定值为500mA。当系统检测到某回路的泄漏电流值大于500mA时，系统处于报警状态并记录报警信息，报警蜂鸣器响起，报警指示灯闪烁，对应的报警回路改变颜色，同时闪烁。值班人员可手动关闭报警蜂鸣器，但只有当检修人员彻底解除故障，泄漏电流小于300mA时，报警指示灯和报警回路闪烁才能停止。
3.3某接口设计
GB50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》要求，在设置消防控制室(地铁车站内即为车控室)的场所，电气火灾监控器的报警信息和故障信息应在消防控制室图形显示装置或有集中控制功能的火灾报警控制器上显示。考虑到目前的城市轨道交通都设置了综合监控系统，且综合监控系统在车控室设置有监视工作站，同时，综合监控系统也集成或互联了FAS(火灾自动报警系统)、BAS(环境与设备监控系统)、SCADA(电力监控系统)、PIS(乘客信息系统)等系统，因此，建议电气火灾监控系统直接与综合监控系统做通信接口，将故障信息和报警信息传给综合监控系统，并在车控室综合监控系统的工作站上显示。
4.系统设计、施工中注意的问题
4.1系统设计注意问题
根据某地铁1、2号线电气火灾监控系统设计、施工、调试及运营的经验，在系统设计和产品选型上应注意以下问题：
1)电气火灾监控系统只对故障回路进行检测、报警，不联动故障回路断路器跳闸；
2)探测器应设置在断路器的下端；
3)考虑到车控室的面积有限，电气火灾监控主机应选用壁挂式，在车控室内与火灾报警系统主机并排安装；
4)电气火灾监控探测器选择一体式监控探测器，将监控报警功能与剩余电流传感探测功能一体化。由于城市轨道交通设备繁多、电磁环境复杂，一体式监控探测器可以有效避免电磁干扰引起的测量误差；
5)电气火灾监控主机应能人工消除蜂鸣器报警音，在监控主机上可以对现场的探测器进行整定值设置和复位操作；
6)400V开关柜、环控柜(或其他柜体)内的探测器，在设备生产的时候一定要预留探测器安装空间，并考虑探测器的安装方式，有条件的情况下，应在设备出厂的时候将探测器安装好。
4.2某系统施工注意问题
在施工过程中，由于多数轨道交通施工单位没有电气火灾监控系统的施工经验，导致现场出现较多的技术问题，主要有以下几方面：
1)各回路的L1、L2、L3三个相线和N线均要穿过探测器(或互感器),而PE线不能穿过探测器(或互感器),否则系统检测的泄漏电流偏小，不能准确反映线路或设备的故障情况。对于单相供电的设备，相线和N线穿过探测器(或互感器),PE线则不能穿过探测器(或互感器);
2)因矿物绝缘电缆没有专门的PE线，一般将矿物绝缘电缆的外壳(铜皮)当PE线使用，此时应避免矿物绝缘电缆的外壳穿过探测器(或互感器);
3)系统通信线缆与供电线缆同路径敷设时，通信线缆应选用带屏蔽层的线缆；
4)施工时，应先安装探测器(或互感器),再敷设柜内或箱内的电缆，最后将电缆接至馈线断路器，施工顺序错误将导致返工，并可能出现电缆不够长的问题。
5.安科瑞电气火灾监控系统
5.1某概述
Acre1-6000电气火灾监控系统，是根据国家现行规范标准由安科瑞电气股份有限公司研发的全数字化独立运行的系统，已通过国家消防电子产品质量监督检验中心的消防电子产品试验认证，并且均通过严格的EMC电磁兼容试验，保证了该系列产品在低压配电系统中的安全正常运行，现均已批量生产并在全国得到广泛地应用。该系统通过对剩余电流、过电流、过电压、温度和故障电弧等信号的采集与监视，实现对电气火灾的早期预防和报警，当必要时还能联动切除被检测到剩余电流、温度和故障电弧等超标的配电回路;并根据用户的需求，还可以满足与AcreIEMS企业微电网管理云平台或火灾自动报警系统等进行数据交换和共享。
5.2某应用场合
适用于智能楼宇、高层公寓、宾馆、饭店、商厦、工矿企业、国家重点消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等领域。
5.3某系统结构

5.4某系统功能
1）监控设备能接收多台探测器的剩余电流、温度信息，报警时发出声、光报警信号，同时设备上红色“报警”指示灯亮，显示屏指示报警部位及报警类型，记录报警时间，声光报警一直保持，直至按设备的“复位”按钮或触摸屏的“复位”按键远程对探测器实现复位。对于声音报警信号也可以使用触摸屏“消声”按键手动消除。

2）当被监测回路报警时，控制输出继电器闭合，用于控制被保护电路或其他设备，当报警消除后，控制输出继电器释放。
3）通讯故障报警：当监控设备与所接的任一台探测器之间发生通讯故障或探测器本身发生故障时，监控画面中相应的探测器显示故障提示，同时设备上的黄色“故障”指示灯亮，并发出故障报警声音。电源故障报警：当主电源或备用电源发生故障时，监控设备也发出声光报警信号并显示故障信息，可进入相应的界面查看详细信息并可解除报警声响。

4）当发生剩余电流、超温报警或通讯、电源故障时，将报警部位、故障信息、报警时间等信息存储在数据库中，当报警解除、排除故障时，同样予以记录。历史数据提供多种便捷、快速的查询方法。

5.5某配置方案

6.结束语
电气火灾监控系统是一种电气火灾的早期预警系统，当线路或设备发生故障时能够及时检测出泄漏电流变化，并准确地给出预警或报警信号，将电气火灾消灭在萌芽状态。现代城市轨道交通遵循“以防为主”的安全设计理念，电气火灾监控系统能够尽早地发现电气火灾安全隐患，更好地体现出这种设计理念。在未来的城市轨道交通中，该系统将会得到更广泛的应用，对轨道交通的安全运行发挥重要的作用。
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作者简介：程瑜，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为用电安全管理的研发与应用

审核编辑 黄宇