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電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在地鐵線路上設(shè)計與應(yīng)用
摘要：結(jié)合某地鐵線路中Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計、施工、調(diào)試、運營等情況，闡述城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的具體設(shè)計方案，指出城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在實際設(shè)計和施工過程中需要注意的事項，為后續(xù)城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和施工提供參考。
關(guān)鍵詞：城市軌道交通;Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)
火災(zāi)是zui常見、zui普遍、對公共安全威脅zui大的災(zāi)害之，其主要為電氣設(shè)備造成的火災(zāi)，且所占比例逐年升高。據(jù)統(tǒng)計，在內(nèi)外軌道交通火災(zāi)中，因電氣原因引起的火災(zāi)占比zui大，達到37% ，其中供電線路漏電流是造成電氣火災(zāi)的罪魁禍。軌道交通作為現(xiàn)代城市主要公眾聚集場所之，旦發(fā)生火災(zāi)，將給遇險人員的安全疏散和消防人員的及時搶救帶來困難，嚴重影響市民的生命安全和家財產(chǎn)安全，因此預(yù)防城市軌道交通供電線纜的漏電流，加強對城市軌道交通公眾聚集場所的消防安全管理是十分必要的。
本文根據(jù)某地鐵線路Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的實際設(shè)計、施工、調(diào)試和運營情況，對因漏電流引起電氣火災(zāi)的相關(guān)技術(shù)問題和施工問題進行分析研究，進而總結(jié)出套安全有效的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用方案，以期為其他城市軌道交通的相關(guān)設(shè)計和施工人員提供幫助和參考。
1.漏電流引發(fā)電氣火災(zāi)的原因
般情況下，交流供電電纜的漏電流發(fā)生有兩個原因，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。電容引起的漏電流較小，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(xiàn)場環(huán)境潮濕時，電纜的漏電流就會顯著增加。研究表明，當漏電流值達到300mA時，就可能形成電弧，進而引發(fā)火災(zāi)事故。
合理設(shè)置監(jiān)控點，對電纜漏電進行早期預(yù)警，則可以提發(fā)現(xiàn)和消除火災(zāi)隱患。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是種新型綜合系統(tǒng)，它可以對漏電流進行早期的監(jiān)控和報警。該系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用近幾年才開始，大部分還處于設(shè)計或招標階段，因此具有重要研究價值。
2.電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)原理及功能
2.1工作原理
2.1.1漏電流檢測原理
基爾霍夫電流定律( KCL)及其推論指出，在任瞬間，通過電路中任不包含電源的假設(shè)封閉面的電流矢量和為零。如圖1所示，在正常情況下，三相四線電源的電流矢量和為零，即IL1+IL2+IL3+IN=0，此時設(shè)備對地電流IE和電纜對地電流IZ均為0，電流互感器測得的泄漏電流IL=0。當用電設(shè)備發(fā)生接地故障時，有IE≠0，當電纜絕緣受損時，有IZ≠0， IL1+IL2+IL3+IN≠0，此時，電流互感器中的感應(yīng)電流IL ≠0，經(jīng)電氣火災(zāi)探測器運算處理，從而確定漏電流的存在。
圖 1 泄漏電流檢測原理
2.1.2監(jiān)控報警原理
Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的基本原理為：當電氣設(shè)備中的電流、溫度等參數(shù)發(fā)生異?；蛲蛔儠r，終端探測頭(如剩余電流互感器、溫度傳感器等)利用電磁場感應(yīng)原理、溫度效應(yīng)的變化對該信息進行采集，并輸送到監(jiān)控探測器里，經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換、CPU對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設(shè)定值進行比較，旦超出設(shè)定值則發(fā)出報警信號，同時也輸送到監(jiān)控設(shè)備中，再經(jīng)監(jiān)控設(shè)備進步識別、判定，當確認可能會發(fā)生火災(zāi)時，監(jiān)控主機發(fā)出火災(zāi)報警信號，點亮報警指示燈，發(fā)出報警音響，同時在液晶顯示屏上顯示火災(zāi)報警等信息。值班人員則根據(jù)以上顯示的信息，迅速到事故現(xiàn)場進行檢查處理，并將報警信息發(fā)送到集中控制臺。（如圖1所示為電氣火災(zāi)系統(tǒng)組圖）
圖1（Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)）
2.2系統(tǒng)功能
Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)具備以下主要功能:
(1)探測漏電電流、過電流等信號（如下圖2）。
圖2
(2)發(fā)出聲光信號報警，準確報出故障線路地址，監(jiān)視故障點的變化。（如圖3所示）
圖3
(3)儲存各種故障和操作試驗信號，信號存儲時間不應(yīng)少于365 d。（如圖4所示）
圖4
3.電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通的應(yīng)用
3.1設(shè)置依據(jù)和范圍
文獻GB50016-2014,《建筑防火設(shè)計規(guī)范》規(guī)定城市軌道交通、類交通隧道工程的非消防用電負荷宜設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。雖然采用“宜設(shè)置”，但根據(jù)規(guī)范對宜是“在條件許可時先應(yīng)這樣做”的用詞解釋。
對于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置部位，各規(guī)范的要求也不致。根據(jù)GB 50116—2013《火災(zāi)自動報警系 統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的要求，電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器應(yīng)以設(shè)置在低壓配電系統(tǒng)端為基本原則，宜設(shè)置在*級配電柜（箱）的出線端;在供電線路漏電流大于500mA時，宜在其下級配電柜(箱)中設(shè)置。而JGJ 243—2011《交通建筑電氣設(shè)計規(guī)范》中則要求，除消防動力配電回路外，其他電力、照明區(qū)域或樓層配電箱電源進線處應(yīng)設(shè)置剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器。
結(jié)合某地鐵線路中Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的實際設(shè)計和使用情況，建議在城市軌道交通地下車站以下部位設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器（或剩余電流互感器) :（如圖5所示）
1)變電所400V開關(guān)柜出線，不含變電所至環(huán)控柜的饋出線?？紤]到變電所內(nèi)饋出線比較集中，在變電所內(nèi)設(shè)置探測器可以監(jiān)控饋出電纜及末端設(shè)備的漏電流情況;
2)環(huán)控電控柜內(nèi)的風機饋出線。考慮到變電所至環(huán)控柜的饋出線電流較大，般采用電纜多拼或者母線槽供電，且末端設(shè)備眾多，漏電流較大，正常情況下的泄漏電流都超過300mA，因此，環(huán)控系統(tǒng)設(shè)備的泄漏電流檢測設(shè)置在環(huán)控電控柜內(nèi)。
外形 | 型號 | 功能 | |
| ARCM200BL | J1 | 單回路剩余電流監(jiān)測、3路溫度檢測、1路繼電器輸出、LCD顯示、RS485/Modbus協(xié)議 |
| ARCM300 | J1 | 單回路剩余電流監(jiān)測、3路溫度檢測、1路繼電器輸出、LCD顯示、RS485/Modbus協(xié)議 |
| ARCM200BL | J4 | 4回路剩余電流監(jiān)測、4路繼電器輸出、LCD顯示、RS485/Modbus協(xié)議 |
| ARCM300 | J4 | 4回路剩余電流監(jiān)測、4路繼電器輸出、LCD顯示、RS485/Modbus協(xié)議 |
| ARCM200L | J8（J16） | 8剩余電流監(jiān)測、2路溫度檢測、2路開關(guān)量輸入、2路繼電器輸出、LCD顯示、RS485/Modbus協(xié)議 |
| ARCM200L | I | 三相電流、單回路剩余電流和溫度監(jiān)測；兩路繼電器輸出（DO1報警，DO2脫扣）、兩路開關(guān)量輸入（DI1開關(guān)反饋、DI2聯(lián)動）；事件記錄、內(nèi)置時鐘；點陣式LCD顯示、RS485/Modbus協(xié)議 |
ARCM200L | UI | 三相電壓、電流、單回路剩余電流和溫度監(jiān)測；兩路繼電器輸出（DO1報警，DO2脫扣）、兩路開關(guān)量輸入（DI1開關(guān)反饋、DI2聯(lián)動）；事件記錄、內(nèi)置時鐘；點陣式LCD顯示、RS485/Modbus協(xié)議 | |
ARCM200L | Z | 全電參量監(jiān)測；單回路剩余電流和溫度監(jiān)測；兩路繼電器輸出（DO1報警，DO2脫扣）、兩路開關(guān)量輸入（DI1開關(guān)反饋、DI2聯(lián)動）；事件記錄、內(nèi)置時鐘；點陣式LCD顯示、RS485/Modbus協(xié)議 | |
圖5
3.2整定值設(shè)置
考慮到地下車站內(nèi)設(shè)備的使用環(huán)境差，部分區(qū)域潮濕，電纜和設(shè)備本身的漏電流較大等因素，在GB50116—2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中明確要求電氣火災(zāi)探測器報警值宜為300～500mA，結(jié)合某地鐵線路中Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計和使用情況，建議按以下標準設(shè)置系統(tǒng)的整定值。
1)系統(tǒng)預(yù)警電流整定值為300mA。當系統(tǒng)檢測到某回路的漏電流值大于300mA時，系統(tǒng)處于預(yù)警狀態(tài)并記錄預(yù)警信息，對應(yīng)的預(yù)警回路改變顏色，直到故障解除，漏電流小于300mA為止。
2)系統(tǒng)報警電流整定值為500mA。當系統(tǒng)檢測到某回路的漏電流值大于500mA時，系統(tǒng)處于報警狀態(tài)并記錄報警信息，報警蜂鳴器響起，報警指示燈常亮，對應(yīng)的報警回路改變顏色。值班人員可手動關(guān)閉報警蜂鳴器，但只有當檢修人員*解除故障，漏電流小于500mA，并手動復位后，報警指示燈才會熄滅。
3.3聯(lián)動設(shè)計
根據(jù)GB50116—2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》要求，在設(shè)置消防控制室(地鐵車站內(nèi)即為車控室)的場所，電氣火災(zāi)監(jiān)控器的報警信息和故障信息應(yīng)在消防控制室圖形顯示裝置或有集中控制功能的火災(zāi)報警控制器上顯示?？紤]到目的城市軌道交通都設(shè)置了綜合監(jiān)控系統(tǒng)，且綜合監(jiān)控系統(tǒng)在車控室設(shè)置有監(jiān)視工作站，同時，綜合監(jiān)控系統(tǒng)也集成或互聯(lián)了FAS(火災(zāi)自動報警系統(tǒng))、BAS(環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))、SCA-DA(電力監(jiān)控系統(tǒng))、PIS (乘客信息系統(tǒng))等系統(tǒng)，因此，Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以直接與綜合監(jiān)控系統(tǒng)連接，將故障信息和報警信息傳給綜合監(jiān)控系統(tǒng)，并在車控室綜合監(jiān)控系統(tǒng)的工作站上顯示。
4.結(jié)語
電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是種電氣火災(zāi)的早期預(yù)警系統(tǒng)，當線路或設(shè)備發(fā)生故障時能夠及時檢測出泄漏電流變化，并準確地給出預(yù)警或報警信號，將電氣火災(zāi)扼殺在萌芽狀態(tài)?，F(xiàn)代城市軌道交通遵循“以防為主”的安全設(shè)計理念，Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能夠盡早地發(fā)現(xiàn)電氣火災(zāi)安全隱患，更好地體現(xiàn)出這種設(shè)計理念。在未來的城市軌道交通中，該系統(tǒng)將會得到更廣泛的應(yīng)用，對軌道交通的安全運行發(fā)揮重要的作用。
參考文獻
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