程瑜
安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801
摘要：結合某地鐵某1、2號線中電氣火災監控系統的設計、施工、調試、運營等情況，闡述城市軌道交通電氣火災監控系統的具體設計方案，主要包括系統設置范圍的變電所某400V某柜及環控電控柜出線；系統預警和報警整定值300mA和500mA;系統直接與綜合監控系統做通信接口等。另外，還指出城市軌道交通電氣火災監控系統在實際設計和施工過程中需要注意的事項，主要包括在設計中只對故障回路進行檢測、報警而不聯動故障回路斷路器跳閘，建議選擇一體式監控探測器并且事先預留安裝位置等；在施工中N線需穿過探測器，而PE線則不能穿過探測器等，為后續城市軌道交通電氣火災監控系統的設計和施工提供參考。
關鍵詞:城市軌道交通；電氣火災監控系統；泄漏電流；探測器；整定值
1.泄漏電流引發電氣火災的原因
一般情況下，交流供電電纜的泄漏電流產生有兩個原因，一是電纜與地之間存在電容，二是電纜與地之間的絕緣電阻并非無窮大。當交流電源電壓為V,頻率為f,電纜對地電阻為R,電纜電容為C時，電纜的泄漏電流可以表示為1=V/(R+1/2πfC)由此可知，電纜對地電阻R越大，對地電容C越小，則泄漏電流越小。然而，電纜的對地電容與電纜結構及敷設方式有關，且電容引起的泄漏電流較小，因此泄漏電流主要取決于對地電阻。當電纜受損或老化，對地絕緣電阻下降，加之現場環境潮濕時，電纜的泄漏電流就會顯著增加。研究表明，當泄漏電流達到300mA時，就可能形成電弧，進而引發火災事故。合理設置監控點，對電纜泄漏電流進行早期預警，則可以提前發現和消除火災隱患。電氣火災監控系統是一種新型綜合系統，它可以對泄漏電流進行早期的監控和報警。該系統在城市軌道交通中的應用近幾年才開始，大部分還處于設計或招標階段，因此具有重要研究價值。
2.電氣火災監控系統原理及功能
2.1某監控報警原理
電流互感器檢測到的泄漏電流五，經電氣火災探測器A/D轉換，變換為數字量，并經數據處理后由通信線上傳至監控主機，監控主機將該泄漏電流與系統設定值進行比較，從而判定泄漏電流是否達到預警、報警條件。當泄漏電流達到預警、報警條件時，監控主機發出聲音，將泄漏電流超標的回路在監視器上以不同顏色予以標示，并將相關的報警回路編號、泄漏電流值、報警時間等信息記錄在系統存儲器中，現場檢修人員根據系統提示，對該回路進行及時的檢修維護，確保泄漏電流回到預警值以下。
2.2某系統功能
不同廠家生產的電氣火災監控系統功能有差異，但都具備以下主要功能：泄漏電流檢測、報警功能；泄漏電流預警值、報警值在線整定功能；歷史數據管理和事件打印功能；用戶權限管理功能；通信功能。總之，電氣火災監控系統主要用來實時監測泄漏電流、實時預防和報告電氣火災事故，在不同的城市軌道交通中應用時，應根據具體情況適當調整設計方案。
3.電氣火災監控系統在軌道交通的應用
3.1設置依據和范圍
根據JCJ243—2011《交通建筑電氣設計規范》的規定，城市軌道交通地下車站火災保護對象為一級，應設置電氣火災監控系統。在JGJ16—2008《民用建筑電氣設計規范》和GB50054—2011《低壓配電設計規范》中規定，城市軌道交通地下車站宜設置電氣火災監控系統。目前，在全國各地城市軌道交通消防驗收和專家評審中，也都要求設置電氣火災監控系統。對于電氣火災監控系統的設置部位，各規范的要求也不一致。根據GB50116—2013《火災自動報警系統設計規范》的要求，電氣火災監控探測器應以設置在低壓配電系統首端為基本原則，宜設置在第一級配電柜(箱)的出線端；在供電線路泄漏電流大于500mA時，宜在其下一級配電柜(箱)中設置。而JGJ243—2011《交通建筑電氣設計規范》中則要求，除消防動力配電回路外，其他電力、照明區域或樓層配電箱電源進線處應設置防電氣火災的剩余電流動作報警器。結合某地鐵1、2號線中電氣火災監控系統的實際設計和使用情況，建議在城市軌道交通地下車站以下部位設置電氣火災探測器(或泄漏電流互感器)
1)變電所400V開關柜出線，不含變電所至環控柜的饋出線。考慮到變電所內饋出線比較集中，在變電所內設置探測器可以監控饋出電纜及末端設備的泄漏電流情況；
2）環控電控柜內的風機饋出線。考慮到變電所至環控柜的饋出線電流較大，一般采用電纜多拼或者母線槽供電，且末端設備眾多，泄漏電流較大，正常情況下的泄漏電流都超過300mA,因此，環控系統設備的泄漏電流檢測設置在環控電控柜內。
3.2整定值設置
考慮到地下車站內設備的使用環境差，部分區域潮濕，電纜和設備本身的泄漏電流較大等因素，在GB50116—2013《火災自動報警系統設計規范》中明確要求電氣火災探測器報警值宜為300～500mA,筆者結合某地鐵1、2號線電氣火災監控系統設計和使用情況，建議按以下標準設置系統的整定值。
1)系統預警電流整定值為300mA。當系統檢測到某回路的泄漏電流值大于300mA時，系統處于預警狀態并記錄預警信息，預警指示燈閃爍，對應的預警回路改變顏色，同時閃爍，直到故障解除，泄漏電流小于300mA為止。
2)系統報警電流整定值為500mA。當系統檢測到某回路的泄漏電流值大于500mA時，系統處于報警狀態并記錄報警信息，報警蜂鳴器響起，報警指示燈閃爍，對應的報警回路改變顏色，同時閃爍。值班人員可手動關閉報警蜂鳴器，但只有當檢修人員徹底解除故障，泄漏電流小于300mA時，報警指示燈和報警回路閃爍才能停止。
3.3某接口設計
GB50116—2013《火災自動報警系統設計規范》要求，在設置消防控制室(地鐵車站內即為車控室)的場所，電氣火災監控器的報警信息和故障信息應在消防控制室圖形顯示裝置或有集中控制功能的火災報警控制器上顯示。考慮到目前的城市軌道交通都設置了綜合監控系統，且綜合監控系統在車控室設置有監視工作站，同時，綜合監控系統也集成或互聯了FAS(火災自動報警系統)、BAS(環境與設備監控系統)、SCADA(電力監控系統)、PIS(乘客信息系統)等系統，因此，建議電氣火災監控系統直接與綜合監控系統做通信接口，將故障信息和報警信息傳給綜合監控系統，并在車控室綜合監控系統的工作站上顯示。
4.系統設計、施工中注意的問題
4.1系統設計注意問題
根據某地鐵1、2號線電氣火災監控系統設計、施工、調試及運營的經驗，在系統設計和產品選型上應注意以下問題：
1)電氣火災監控系統只對故障回路進行檢測、報警，不聯動故障回路斷路器跳閘；
2)探測器應設置在斷路器的下端；
3)考慮到車控室的面積有限，電氣火災監控主機應選用壁掛式，在車控室內與火災報警系統主機并排安裝；
4)電氣火災監控探測器選擇一體式監控探測器，將監控報警功能與剩余電流傳感探測功能一體化。由于城市軌道交通設備繁多、電磁環境復雜，一體式監控探測器可以有效避免電磁干擾引起的測量誤差；
5)電氣火災監控主機應能人工消除蜂鳴器報警音，在監控主機上可以對現場的探測器進行整定值設置和復位操作；
6)400V開關柜、環控柜(或其他柜體)內的探測器，在設備生產的時候一定要預留探測器安裝空間，并考慮探測器的安裝方式，有條件的情況下，應在設備出廠的時候將探測器安裝好。
4.2某系統施工注意問題
在施工過程中，由于多數軌道交通施工單位沒有電氣火災監控系統的施工經驗，導致現場出現較多的技術問題，主要有以下幾方面：
1)各回路的L1、L2、L3三個相線和N線均要穿過探測器(或互感器),而PE線不能穿過探測器(或互感器),否則系統檢測的泄漏電流偏小，不能準確反映線路或設備的故障情況。對于單相供電的設備，相線和N線穿過探測器(或互感器),PE線則不能穿過探測器(或互感器);
2)因礦物絕緣電纜沒有專門的PE線，一般將礦物絕緣電纜的外殼(銅皮)當PE線使用，此時應避免礦物絕緣電纜的外殼穿過探測器(或互感器);
3)系統通信線纜與供電線纜同路徑敷設時，通信線纜應選用帶屏蔽層的線纜；
4)施工時，應先安裝探測器(或互感器),再敷設柜內或箱內的電纜，最后將電纜接至饋線斷路器，施工順序錯誤將導致返工，并可能出現電纜不夠長的問題。
5.安科瑞電氣火災監控系統
5.1某概述
Acre1-6000電氣火災監控系統，是根據國家現行規范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發的全數字化獨立運行的系統，已通過國家消防電子產品質量監督檢驗中心的消防電子產品試驗認證，并且均通過嚴格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產品在低壓配電系統中的安全正常運行，現均已批量生產并在全國得到廣泛地應用。該系統通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監視，實現對電氣火災的早期預防和報警，當必要時還能聯動切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標的配電回路;并根據用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業微電網管理云平臺或火災自動報警系統等進行數據交換和共享。
5.2某應用場合
適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。
5.3某系統結構

5.4某系統功能
1）監控設備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發出聲、光報警信號，同時設備上紅色“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，直至按設備的“復位”按鈕或觸摸屏的“復位”按鍵遠程對探測器實現復位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲”按鍵手動消除。

2）當被監測回路報警時，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設備，當報警消除后，控制輸出繼電器釋放。
3）通訊故障報警：當監控設備與所接的任一臺探測器之間發生通訊故障或探測器本身發生故障時，監控畫面中相應的探測器顯示故障提示，同時設備上的黃色“故障”指示燈亮，并發出故障報警聲音。電源故障報警：當主電源或備用電源發生故障時，監控設備也發出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。

4）當發生剩余電流、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據庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢方法。

5.5某配置方案

6.結束語
電氣火災監控系統是一種電氣火災的早期預警系統，當線路或設備發生故障時能夠及時檢測出泄漏電流變化，并準確地給出預警或報警信號，將電氣火災消滅在萌芽狀態。現代城市軌道交通遵循“以防為主”的安全設計理念，電氣火災監控系統能夠盡早地發現電氣火災安全隱患，更好地體現出這種設計理念。在未來的城市軌道交通中，該系統將會得到更廣泛的應用，對軌道交通的安全運行發揮重要的作用。
【參考文獻】
[1]蔣雅君，楊其新.地鐵火災特點分析及應對措施探討[J].城市軌道交通研究2007(1):4-6.
[2]付朝立，基于泄漏電流監測的電氣火災報警系統在地鐵中的應用[J].城市軌道交通研究，2014(4):122-124.
[3]劉浩江.地鐵火災的成因、預防和處置[J].現代城市軌道交通，2006(5):48-50.
[4]許濤，李冰.一種改進的綜合監控系統體系結構[J].都市快軌交通，2015,28(3):120-123.
[5]王厚余.電氣火災防范對建筑物電氣裝置設計安裝和檢驗的要求[J].消防技術與產品信2003(9):19-23.
[6]崔澤艷.城市地鐵火災的特點及應對防護措施[J].中國
[7]王德發.城市軌道交通電氣火災監控系統應用方案[J].
[8]安科瑞消防應急照明和疏散指示系統/防火門監控系統/消防設備電源監控系統/電氣火災監控系統選型手冊.2022.05版
作者簡介：程瑜，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為用電安全管理的研發與應用

審核編輯 黃宇