任运业

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：以厦门轨道交通线路车站为例,分析地铁车站设置电气火灾监控系统的必要性。结合已开通的线路,分析该套系统在车站的运行情况,总结该系统在实际应用过程中存在的问题。通过探讨存在问题的主要原因,提出后续新建线路在建设过程中,设计需要把控的设计原则,以及在施工过程中需要关注的施工问题。

关键词：轨道交通；电气火灾；剩余电流；末端探测器；剩余电流值超标

0引言

据公安部消防局提供的2011年至2014年《中国火灾统计年鉴》数据显示,由于电气引发的火灾占到总数的30%-30.27%,因此设置电气火灾监控系统对于提前预测火灾和及时对火灾进行报警,减少人们生命财产损失,减少火灾的社会危害方面,都能发挥不可忽视的作用,成为减少电气火灾的主要防范手段。

1地铁车站设置电气火灾监控系统的必要性

地铁车站人员密集,系统设备众多,各类电源设置错综复杂,设置电气火灾监控系统具有一定的必要性,建筑内线路绝缘层的老化,导体过载导致自身温度升高、发热等电气故障均可能引起火灾。电气火灾监控系统通过对导体的温度和剩余电流的实时监测,提前判断可能造成电气火灾的隐患,给予告警信息,提醒运营维护人员排查电气故障,从根源上防止电气火灾的发生。

《民用建筑电气设计标准》（GB51348-2019）中13.2.2条8款要求"城市轨道交通、一类交通隧道工程的非消防负荷的配电回路应设置电气火灾监控系统"。《交通建筑电气设计规范》（JGJ243-2011）中14.3.2明确"火灾自动报警系统保护对象分级为一级的交通建筑配电线路,应设置电气火灾监控系统"。《地铁设计规范》（GB50157-2013）中19.1.2条款中"地下车站、区间隧道和控制的火灾自动报警系统的保护对象分级为一级"。上述相关规范已经对地铁车站内设置电气火灾监控系统做出明确要求。

2地铁车站电气火灾监控系统的设置原则

地铁车站的末端设备按其功能及重要性,可分为影响行车的设备、影响客运服务的设备以及消防设施设备,大部分设备均比较重要。为了保证车站电源供电的稳定、可靠,动力配电系统所采用的配电方式为放射式,且多数设备均为一级配电,设备的电源直接取自车站400V降压变电所。采用一级配电方式的设备主要有车站主废水泵、区间废水泵、站台门电源、民用通信设备、自动售检票设备、公安通信设备、信号电源、站厅/站台公共区一般照明、设备区工作照明、冷水机组、垂梯、消防电源设备（气瓶间气灭系统电源、消防水泵、应急照明（ＥＰＳ设备）、兼疏散自动扶梯）等、检修电源、广告照明箱等。采用二级配电的设备主要通过小动力箱进行电源整合,再配电至末端设备。如一级负荷小动力箱供风亭潜污泵、人防门控制、安检设备、电动蝶阀等动力设备配电；二级负荷小动力箱供多联机系统、风机震动检测装置、等设备配电；三级负荷小动力箱供插座、自动fan卖机等设备配电。除了由市电直接供电的设备外,地铁车站内针对影响行车的设备,需提供不间断电源作为后备措施,这些设备通过整合UPS电源集中配电,主要有综合监控系统、通信、BAS、FAS、AFC、PIS等系统电源,其中整合UPS电源的市电直接取自车站降压变电所。

除上述设备外,地铁车站用电负荷较大的设备主要为通风空调系统设备,为了便于通风空调系统各个设备间的联动控制,集中设置了环控电控柜,该配电柜为整座车站的空调设备配电。环控电控柜的电源取自车站400V降压变电所。根据该系统末端负荷用电的可靠性要求,分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。其中一级负荷主要包括隧道风机、排热风机、射流风机、排烟风机、补风机、加压送风机及其配套的电动风量调节阀等；二级负荷主要包括组合式空调机组、回排风机、新风机及其配套的电动风量调节阀等；三级负荷主要包括水系统设备等。

根据车站供配电系统的设置方案及负荷设置情况,每座地铁车站内均设置一套电气火灾监控系统。电气火灾监控系统主要由电气火灾监控主机、剩余电流式电气火灾监控探测器、测温式电气火灾监控探测器组成。电气火灾监控主机设置在车站控制室,探测器应用于400V降压变电所内低压柜进线处、母联柜处、馈线处,环控电控柜馈线处。其中400V低压柜的进线处和母联柜处采用测温式探测器。其余馈线回路以及环控电控柜处均采用剩余电流式探测器。各探测器通过总线将现场回路的实时信息上传到电气火灾监控主机,监控主机将收集到的现场信息同步显示,对漏电流、温度越限的回路以及故障回路发出声光报警,并对报警记录进行保存,以备查询车站中所采用的探测器,其报警设定阈值根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-2013）9.2.3条规范要求,均设置为500mA。

3地铁车站电气火灾监控系统的运行情况

现场经过一段时间运行后,暴露出的问题突出,主要表现为系统的误报率高。监控系统主机常出现报警信息,主要提示为某回路报警值超标。根据监控主机所导出的数据来看,报警值超标的报警回路均为设置剩余电流探测器所在回路,主要存在400V低压柜出线回路,如照明总配电箱、整合UPS电源、EPS电源、信号电源、站台门设备电源、电扶梯、环控电控柜总进线等；环控电控柜报警回路主要为电动风阀总开关(供多个风阀的配电回路)。表1电气火灾报警系统报警回路清单为线路开通初期,该套系统导出的部分报警回路清单。在新开通运营的线路车站中,所敷设的电源线路、设备等存在绝缘性能下降的可能性较低,大量回路出现此类报警信息,影响了设置该系统发现隐患的初衷,无法实现的火灾预警功能。

4主要存在的问题与分析

该车站的电气火灾监控系统采用组合式火灾监控探测器,主要部件包含剩余电流互感器、温度传感器和探测器主体,

系统检测剩余电流主要通过剩余电流互感器检测通过的剩余电流实现,其工作原理主要运用基尔霍夫电流定律。即在正常情况下,电路中没有发生人身电击、设备漏电及接地故障时,剩余电流互感器中通过的一次侧电路中的电流矢量和应等于零。设计给与允许剩余电流值范围,主要出于对设备本身存在的剩余电流考虑。

系统主机报警主要存在两种现象:一是,报警信息持续存在,主机复位后无法清除；二是,报警信息间歇性出现,此类信息在主机进行复位后可清除,但在设备下一次启动时会再次出现。

针对二种情况,在对系统的监测漏电报警的时长进行设置后,延长报警时间,问题得以改善。主要是因为部分电机回路,存在启动电流大的情况,在启动的瞬间,出现剩余电流值超标报警,在电机启动正常运行后,报警消失,故此类问题通过对系统的参数值进行设置,可以得到解决。

下面针对一类持续存在报警的回路进行分析。通过对现场存在剩余电流值超标报警的回路进行逐一排查,剩余电流值超设计范围的主要原因有:

(1)安装未满足产品要求,出现接线错误,导致报警值超标。发现*多的是以下情况,剩余电流互感器的穿线原则未根据厂家要求进行。应遵循的穿线原则是:A、B、C三相线与N线需一起穿过互感器,且方向应一致。现场安装时出现N线未通过剩余电流互感器或N线反向通过剩余电流互感器,则电流矢量和将很大,所检测出的剩余电流值将超出设定值。

(2)配电箱内N线与PE线混接。正常情况下,流经负载端中性线的不平衡电流、谐波电流经系统PE线流至系统接地点,被探测器误识别为剩余电流,导致剩余电流超过设定值,产生报警现象。

(3)对于双电源供电回路且只使用3P双电源开关(两路N线并接)时,当剩余电流对两个回路单独监测时会发生报警,原因是在线路正常使用过程中,N线电流会分别从两个N线分流,这样系统则会监测出漏电流值。

(4)交直流屏、EPS设备、UPS整合电源、站台门电源等设备柜内含有整流模块、逆变模块、滤波电容等,设备运行时存在谐波及放电现象,负载端不平衡电流流经市电进线的中性线,设备本身存在的固有漏电流被探测器误识别为可能存在火灾隐患的剩余电流,产生报警现场

(5)电扶梯电源,因车站内电扶梯均采用变频设备,变频器在运行时,整流输入电路时产生高次谐波,高次谐波使输入电源的电压波形和电流波形发生畸变,通过电流互感器监测出的剩余电流值便大于系统设定值。

(6)多回路叠加造成的漏电流超标。主要出现在照明总箱,供照明总箱电源的出线回路中设置了电气火灾监控系统的探测器,探测器所监测的剩余电流值超过了系统设定值。而实际上,通过对配电总箱各个分支路进行检测,每个分支回路的剩余电流值均在100mA左右,均未超过设定范围值。故多个回路累加后,总剩余电流值超出设定值。

综上所述,致使电气火灾报警系统主机发生报警的：主要因素有：一,设备本身的运行,通过目前剩余电流值的采集方式,所监测出的值本身已超过规范要求值,说明此类回路采用剩余电流报警探测器存在值得优化的地方。二,现场施工接线问题,未按厂家要求进行穿线、N线、地线误接等,均可能造成系统主机误报警。

5优化提升措施

为了降低电气火灾监控系统的误报率,后续新建线路中,在设计阶段做了提升

优化,主要总结为以下几个原则：

一是,根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116—2013)"9.2.2剩余电流式电气火监控探测器不宜设置在IT系统的配电线路和消防配电线路中",«民用建筑电气设计标准»(GB51348—2019)TN-C-S系统、TN-S系统或TT系统种的非消防负荷的配电回路中设置电气火灾监控系统时。根据这两条规范要求,后续取消消防回路的电气火灾探测器。主要取消的回路由消防泵、气体灭火电源、火灾自动报警系统电源、消防风机、应急电源、应急照明切换箱等。此做法从一定程度上减少了此套系统的应用范围。

二是,在400V柜馈线回路中已设置的回路,在下一级进线电源处不再重复设置,避免了对同个回路设置多重报警探测。

三是,在一些不适用设置剩余电流探测器的回路中(电源设备、变频设备回路等),将原来剩余电流探测器改为测温式。如UPS整合电源、民用通信电源、公安通信电源、信号电源、站台门电源、冷水机组电源、电扶梯电源等。

在施工阶段,现场应严格根据施工规范的相关要求,进行接线,切勿出现N线、PE线混接的情况。在线缆敷设过程中,应主要保护成品,避免绝缘层受损。在进行电气火灾监控系统设备的安装时,应根据各个产品的安装要求,由厂家指导,规范安装。

针对目前市场上主流的电气火灾监控系统的产品,厂家应考虑对进行设备进行升级改造,如采用更可靠的传感器、更高效的控制器等。优化电气火灾监控系统软件的算法,以提高系统的识别准确率和误报率,并增加系统的自主学习功能和纠偏能力,以提高电气火灾监控系统的准确性。

6安科瑞电气火灾监控系统

6.1概述

Acre1-6000电气火灾监控系统,是根据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,已通过消防电子产品质量监督检验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。

6.2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、重点消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等领域。

6.3系统结构

6.4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。

6.5配置方案

7结束语

电气火灾监控系统的运行效果与设计方案、施工工艺标准息息相关。目前厦门地铁电气火灾监控系统在应用过程中检测到各回路剩余电流偏大的主要是系统设计、施工接线不合理因素居多,非线路或设备发生漏电存在火灾隐患。故在后续新建的线路中,应该从设计方案、施工过程等各个环节全面考虑,避免电气火灾监控装置出现误报警情况。

针对火灾,城市轨道交通遵循"以预防为主"的安全理念,电气火灾监控系统的"先期预报警"特性与安全理念契合。在未来的城市轨道交通中,该系统将会得到更加广泛的应用。本文结合厦门地铁电气火灾监控系统的应用情况,对电气火灾监控系统的设计方案、设备组成、施工等过程中出现的问题进行简单的分析,希望能为今后的新建线路提供一些思考和优化方向。

参考文献

[1]李娜玲.电气火灾监控系统在轨道交通中的应用研究.

[2]潘翔.浅谈电气火灾监控系统在地铁中的应用[J].机电信息,2018,552(18):46-47.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.火灾自动报警系统设计规范:GB50116—2013[S].北京:中国计划出版社,2013.

[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版.

作者简介：

任运业,男,现任职于安科瑞电气股份有限公司。