浅谈电气火灾监控系统应用在某地铁车站
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：根据国家有关规范对建筑电气火灾监测系统设置的要求，结合当地城市地铁供配电方案的特点，介绍了地铁站电气火灾监测系统设置方案，从电气火灾探测器的选择和位置设置、电气火灾监测设备的要求和系统传输方案等方面。建议在变电站0.4kv馈线回路处设置分离式探测器，采用故障点少、后期维护方便的无线传输方案。
关键词：电气火灾监控系统；地铁供配电方案；电气火灾探测器；电气火灾监控 设备；系统传输
0.引言
随着国家综合实力的不断提高，地铁有效缓解了城市地面交通压力，但存在很大的安全隐患。火灾是造成许多危害最大的事故，其中37%是由电力引起的。因此，应有效预防电气火灾。
电气火灾监测系统属于预报警系统，是针对火灾的早期预防和消除隐患而设置的。国家有关部门相继制定或修订了相关标准和规范，对建筑物中设置电气火灾监测系统提出了更明确的要求。GB 《火灾自动报警系统设计规范》第3.116-2013.第一条确定：“地铁、车站属于*级保护对象。”DBJ/T 15-77-2010《电气火灾监测系统设计、施工及验收规范》第3.2010.1条规定：“GB 电气火灾监测系统应设置在50116-2013年保护对象为*级、*级的建筑中。本文主要分析了广州地铁站电气火灾监测系统的设置方案。
电气火灾监控系统的原理
电气火灾监测系统由电气火灾监测探测器(剩余电流电气火灾监测器、测温电气火灾探测器)和电气火灾监测设备两部分组成。
1.1 剩余电流探测原理
剩余电流火灾监测系统一般由剩余电流检测元件、现场处理设备和集中监测设备组成。剩余电流火灾报警系统如下图所示。
剩余电流检测器的工作原理基于基尔霍夫电流定律，即电路内任意点的电流矢量和为0。检测剩余电流时，三相导线和中性线穿过一个电流互感器，当未发生接地故障时，无论三相负荷是否平衡，电流矢量和均为0；当发生接地故障时，故障电流会经过故障点流入大地，使电流互感器中电流矢量和不为0，该电流值即为剩余电流值。低压配电系统的接地形式决定了剩余电流检测元件是否能正常工作。低压配电系统的N线与PE线应该严格分开，通过剩余电流检测元件的N线不能作为PE线使用，不能重复接地，不能接设备外露可导电部分。TN-S系统剩余电流检测示意图如下图所示。
剩余电流互感器的剩余电流值在30~1000mA时连续可调，内置或外置的温度探测器在55~140℃时连续可调。
1.2 温度检测原理
热电阻温度测量是根据金属导体的电阻值随着温度的升高而升高而进行的。温度测量传感器一般设置在电气系统的电缆接头、电缆主体、开关接触点等相关加热部位，用于监测设备过热引起的火灾。检测位置包括开关柜、配电箱接头和母线。
1.3 集中监控设备
集中监控设备通过有线/无线实时收集各现场处理设备的信号，对信号进行比较、分类等处理后，将相应信息发送到报警、显示、控制信号输出、存储、打印等设备，实现集中显示、控制、记录等功能。集中监控设备可分为两种类型：监控单元和监控主机。监控单元主要用于连接和管理数量和距离有限的多个探测器，适用于小型系统；监控主机具有更强的处理功能，可以通过监控单元连接更多的探测器。它适用于大中型系统，具有人性化的管理软件和其他功能
2.电气火灾报警系统方案
2.1 探测器选择
主要有分离式探测器(非独立式)和组合式探测器(独立式)两种电气火灾探测器。
1）分离探测器（非独立）。电气火灾监测设备与电气火灾监测探测器（包括终端探测器的剩余电流互感器和温度传感器）分开配置。通过对配电柜（箱）导电线路中的电流和剩余电流信号进行监测探测器取样，经内置单片机系统分析处理后，向消防控制室或值班室的电气火灾监测设备报告，进一步分析处理后进行所需的联动控制，完成系统应有的功能。优点：①系统分工明确，结构简单，成本低，故障率低。它不包括电源控制开关，也不与配电系统连接。只有通过剩余电流互感器（或温度测量探头）采样信号，性能稳定可靠；②功能相对简单，探测器尺寸小，适用于地铁低压柜、馈线电缆室等相对狭窄的安装空间。缺点：当采购数量少（少于10）且需要当场报警时，成本较高。
2）组合探测器（独立）。电气火灾监测设备与电气火灾监测探测器结合配置。与分离探测器相比，它不仅可以满足剩余电流和异常温升的检测，还可以实现数据处理功能，并通过设备的LCD屏幕实现测量结果显示、参数设置等功能。优点：①如果采购数量很少，需要当场报警，成本较低；②维护人员的操作和设置在末端比较容易。缺点：①地铁低压柜馈线电缆室体积大，安装空间相对狭窄，非常局促；②功能复杂，故障率高；③在检测点较多的情况下，成本非常高。
由于地铁监控点数多，倾向于集中监控，开关柜安装空间有限，建议使用分离式探测器，并配备专用的集中监控装置。
2.2 设置探测器的位置
目前，地铁站根据负载的重要性将负载分为三个层次。不同的负载采用不同的配电形式。为了确保高可靠性，大多数配电形式都是放射式配电。
一般负载设置当地电源箱，由变电站放射式配电；各种风机、空调等环境控制设备由变电站向环境控制电控柜提供总电源，然后由环境控制电控柜向设备统一放射式配电；冷水泵、冷却塔等冷水系统制冷设备由变电站向冷水机房电控柜提供总电源，然后由冷水机房电控柜统一配电到设备。冷水机组通常直接从变电站馈送到设备。
结合当前地铁供电方案，电气火灾探测器可安装在变电站0.4kv馈线回路或下*级配电箱进线处。
1)安装在变电站0.4处 KV馈线电路。检测保护范围广，包括配电柜馈线电缆和配电箱下级电气设备；安装集中，管理方便；空间跨度小，可采用无线通信或总线连接。
2）安装在下级配电箱的进线处。检测保护范围*确实是配电箱下级的电气设备；无法检测配电柜与配电箱之间的电缆剩余电流；安装分散，管理不便；空间跨度大，连接总线通常较长，信号衰减严重。
所以建议地铁新线在变电所0.4kv馈线回路处设置探测器。
2.3 监控设备要求
1）电气火灾监测设备应具有直接连接剩余电流检测器和温度测量电气火灾检测器的功能，并能同时处理上述检测器的检测信号。
2)监控设备应对所辖范围内各种探测器的报警信号进行声光报警，并在显示器上显示报警位置和探测器的测量值。
3）不同类型探测器的故障信息应有明显差异。监控设备可根据用户级和管理级权限灵活设置，模块操作权限可灵活分配。
4)监控设备应具有以太网接口(RJ45)，可直接与综合监控系统连接。通过RJ45接口，综合监控系统(TCP/IP协议)在访问和获取多功能火灾探测系统主机信息时，系统主机可以提供定制的即时光纤温度信息，包括*大温度、平均温度、*小温度、预报报警信息、报警信息等，提供测温电气火灾探测器和剩余电流电气火灾探测器的即时信息；接收来自综合监控系统的时钟同步信号，并校正自己的时钟信号。
5）监控设备系统主机使用网络接口直接与火灾报警系统连接。火灾报警系统可以通过该接口访问和获取系统主机的信息，包括馈电电路的剩余电流和三相温度。
2.4 监控系统传输方案
1）有线传输方案
电气火灾监控系统有线传输方案如下图所示。
对于分离式的电气火灾监控探测器，有以下几点要求：能独立与监控设备进行通信；具有1组剩余电流探测和6组温度探测的功能；剩余电流为30～500mA时能在监控设备后台连续可调；温度报警在55~140℃时监控设备后台连续可调。
2） 无线传输方案
电气火灾监控系统无线传输方案如下图所示。下图中，数据集中器和分离式电气火灾监控探测器采用蓝牙无线传输方式，而数据集中器和监控设备采用有线传输方式进行组网。
对于分离式电气火灾监控探测器，有以下几点要求：能独立与数据集中器进行蓝牙通信。
具有1组剩余电流探测和6组温度探测的功能；剩余电流为30~500mA时能在监控设备后台连续可调；温度报警在55~140℃时监控设备后台连续可调。
对于数据集中器，要求有以下几点：能独立与分离式的电气火灾监控探测器进行蓝牙通信；具有环网RS485接口功能；接收点数容量大于100。
蓝牙无线通信方式具有以下特点：短距无线通信；临时性对等连接的无线通信，一个主设备和一个从设备组成的点对点的通信连接；很好的抗干扰能力；模块体积很小，便于集成。低功耗；适用2.4GHz的无线通信频段；开放的接口标准。
根据以上分析，两种方案各有其优势。有线传输的产品目前国内厂家比较多，选择比较容易，性能可靠，缺点是后期维护更换存在不便。无线传输方案的缺点是产品选择较困难，但在地铁中也有成功的案例，如深圳地铁、昆明地铁，其优点是性能非常可靠，后期维护更换方便。
3.安科瑞电气火灾监控系统
3．1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。
3．2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*点消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等领域。
3．3系统结构
3．4系统功能
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。
- 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。
- 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。
- 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。
4．5配置方案
4.结束语
地铁采用放射式供电方式，在变电所0.4kv开关柜馈线回路处设置电气火灾探测器，既可探测末端设备的剩余电流情况，也可探测开关柜至末端配电箱段电缆的剩余电流情况。地铁低压柜馈线电缆室空间比较狭窄，分离式探测器便于安装，且造价更低。无线传输方案接线简单、故障点少，后期维护更换更简便。所以，在广州地铁新线路建设中建议采用在变电所0.4kv开关柜馈线回路处设置分离式探测器，并采用无线传输的方案。
【参考文献】
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- GB50116—2013 火灾自动报警系统设计规范[S].
- DBJ/T15-77—2010 电气火灾监控系统设计、施工及验收规范[S].
- GB50157—2013 地铁设计规范[S].
- 谌小莉.广州地铁车站电气火灾监控系统设置方案，广州地铁设计研究院有限公司.
- 安科瑞消防应急照明和疏散指示系统/防火门监控系统/消防设备电源监控系统/电
气火灾监控系统选型手册. 2022.05版
