淺談電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在天津西站綜合交通樞紐中的應用

王蘭

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：為了預防綜合交通樞紐電氣火災的發(fā)生，在天津西站樞紐中設計使用了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。首先介紹了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在綜合交通樞紐中使用的必要性，之后結(jié)合天津西站綜合交通樞紐實際情況，分析了樞紐電氣火災的成因，并將整個樞紐按照產(chǎn)權(quán)區(qū)域進行了系統(tǒng)設計，在傳統(tǒng)電氣火災監(jiān)控的基礎上，提出了樞紐中廣義電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的概念，并詳細介紹了三種火災探測器的具體設計與安裝。工程實踐表明該火災監(jiān)控系統(tǒng)設計合理，實用,具有一定的推廣價值。

關(guān)鍵詞:綜合交通樞紐；電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)；探測器

引言

近年來，隨著鐵路客運專線和城市軌道交通的高速發(fā)展，城市客運交通系統(tǒng)運輸效率的提高變得尤為重要，集鐵路客運、城市軌道交通、長途汽車客運、城市公交系統(tǒng)、出租車和停車場于一體的立體式大型客運綜合交通樞紐便應運而生。此類大型交通樞紐建筑規(guī)模和客流集散量巨大，如果一旦發(fā)生火災，將會造成嚴重的財產(chǎn)損失和人員傷亡。

據(jù)消防局《中國火災統(tǒng)計年鑒》統(tǒng)計，2007年以來，在發(fā)生的火災中，因電氣原因引起的火災*多，約占火災總數(shù)的30%左右，并有逐年上升之勢；在世界五大建筑火災的經(jīng)典案例中，四起是由于電線短路引起，另外一起是由于高溫燈具烤燃紗幕引起。此外，電氣火災的發(fā)生并無明顯征兆，依靠傳統(tǒng)的人工檢修與巡視，很難在在火災發(fā)生之前察覺。

面對如此嚴峻的電氣火災形勢，本著“防范勝于救災"的理念，根據(jù)GB50016-2006《建筑設計防火規(guī)范》、GB14287-2005《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)》等有關(guān)國家標準規(guī)范，并參考了GB50116-2008《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》,作者在天津西站綜合交通樞紐中采用了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測配電系統(tǒng)中的漏電、電流、溫度等參數(shù)的變化，來預防電氣火災的發(fā)生。

一、項目概況

新建天津西站綜合交通樞紐是配套京滬高速鐵路建設的五大鐵路客運樞紐之一，是集京滬、津保、津秦高速鐵路、京津城際鐵路、普速鐵路、城市軌道交通、長途客運、城市公交、出租和停車于一體的大型綜合交通樞紐。除鐵路站房主體之外，與天津西站站房工程同步配套建設的工程有：南北廣場及地下?lián)Q乘區(qū)以及出租車蓄車場、停車場工程，長途客運工程、城市公交車場工程，地鐵1號線、4號線、6號線車站及相鄰區(qū)間工程，見下圖1:天津西站綜合交通樞紐總平面圖。

二、綜合交通樞紐電氣火災成因分析

1配電系統(tǒng)漏電以及短路導致火災

綜合交通樞紐中用電負荷較多，配電系統(tǒng)復雜，大部分配電纜線是經(jīng)鋼管及金屬橋架進行敷設，所以在施工的過程中，纜線很容易被碰壓，磨擦，使纜線的絕緣能力下降，導致纜線與纜線之間、纜線與其保護鋼管之間、纜線與橋架之間有一部分電流通過，發(fā)生漏電現(xiàn)象。如果纜線絕緣能力繼續(xù)下降而發(fā)生破損，纜線與纜線之間，纜線與大地之間發(fā)生接觸，則會發(fā)生短路，而使電流聚增。在漏電以及短路發(fā)生時，如果電流就是線路的某一個流經(jīng)電阻局部較大的介質(zhì)，則會在該處產(chǎn)生高溫，可能會致使周圍可燃物引燃，有時在漏電以及短路時產(chǎn)生的電火花也可能會產(chǎn)生火災。漏電與短路除可以導致火災外，也容易直接對人造成傷害。

2接觸電阻過大導致火災

在綜合交通樞紐中，供電區(qū)域較廣，用電設備較多，從何導致了供電線纜、配電箱、開關(guān)柜數(shù)量的增多，而在線纜與用電設備、線纜與線纜、線纜與斷路器、熔斷器，線纜與電氣儀表等處均有接頭，接頭數(shù)量也隨之增多。如果接頭處理良好，則接觸電阻不會太大，接頭點的發(fā)熱就很少，可以保持在正常溫度運行。如果接頭中有雜質(zhì)，或者施工時連接不牢靠，或者一些其他原因使接頭接觸不良，則會造成接觸部位的局部電阻過大，當電流通過接頭時，就會在此處產(chǎn)生大量的熱，形成高溫，嚴重時會引起金屬變色甚至熔化，引起纜線的絕緣層老化甚至發(fā)生燃燒，并引燃附近的可燃物或?qū)Ь€上積落纖維等，從而造成火災。

3過載運行導致火災

在樞紐中，由于用電設備的多樣性，以及運營后期設備的不斷增加使用，使用中極有可能會發(fā)生供電線路過載運行的情況，纜線在過載運行時，纜線的溫度就會升高，從而加快了纜線絕緣層老化變質(zhì)。當發(fā)生嚴重過負荷情況時，導線的溫度會不斷升高，甚至會引起纜線的絕緣層破壞而引起燃燒，并引燃導線附近的可燃物，從而造成火災。

4電纜橋架，電纜支架內(nèi)環(huán)境溫度的升高引起火災

在樞紐中，大量的電纜均通過封閉式金屬橋架進行敷設，電纜橋架中電纜數(shù)量也較多，加上樞紐中各種負荷長期的運行，橋架內(nèi)溫度難免會升高，如此便會使電纜的絕緣層老化加速，從而加速絕緣層的破壞，從而引起火災。

基于以上幾點，在天津西站綜合交通樞紐中設計了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)來預防火災的發(fā)生。

根據(jù)GB50116—2013《火災自動化報警系統(tǒng)設計規(guī)范》,對電氣火災隧道的安裝提出要求。

三、電氣火災監(jiān)控在天津西站樞紐中的應用

1電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的定義

規(guī)范GB14287-2005《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)》中將電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)定義為：當被保護線路中的被探測參數(shù)超過報警設定值時，能發(fā)出報警信號、控制信號并能指示報警部位的系統(tǒng)，它由電氣火災監(jiān)控設備、電氣火災監(jiān)控探測器組成。電氣火災監(jiān)控設備是能接收來自電氣火災監(jiān)控探測器的報警信號，發(fā)出聲、光報警信號和控制信號，指示報警部位，記錄并保存報警信息的裝置，也就是習慣稱呼的“監(jiān)控主機"?；馂谋O(jiān)控探測器又分為剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器和測溫式電氣火災監(jiān)控探測器。

規(guī)范GB50116—2008《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》中規(guī)定電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)應有電氣火災監(jiān)控設備、剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器測溫式電氣火災監(jiān)控探測器以及線型感溫火災探測器四部分組成。

本工程選擇了由監(jiān)控主機、剩余電流式探測器，測溫式探測器，感溫光纖式火災探測器組成的電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。

2天津西站樞紐電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)總體設計原則

西站樞紐包括鐵路站房工程、公交場站工程、樞紐控制中心工程、市政道路工程、南北廣場工程、地下停車場工程及軌道交通地下結(jié)構(gòu)工程等部分。如果整個樞紐采用一套電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，則所涵蓋范圍太廣，施工難度也較大，測量點太多，不易處理；此外，各個工程在運營階段分別隸屬于不同的產(chǎn)權(quán)單位，管理權(quán)并不統(tǒng)一，若使用一個系統(tǒng)，則容易引起管理混亂，權(quán)責不分。所以，在設計中，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在西站樞紐工程中是按工程的產(chǎn)權(quán)隸屬來進行分別設置。

首先，西站樞紐中綜合監(jiān)控系統(tǒng)在設計時按照各個不同的產(chǎn)權(quán)單位進行了大區(qū)域分割。站房工程產(chǎn)權(quán)屬于鐵路，設立一套獨立電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，并納入鐵路SCADA系統(tǒng)；軌道交通地下工程納入其各自地鐵系統(tǒng)進行監(jiān)控；公交場站工程以及市政道路工程由于用電負荷較少，建筑相對獨立，規(guī)模較小，未設單獨電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)；南北廣場工程、地下停車場工程以及控制中心工程管理單位一樣，可以作為一個監(jiān)控的大區(qū)域來考慮，本文以下將重點對該大區(qū)域火災監(jiān)控系統(tǒng)的設置做詳細介紹。

3火災監(jiān)控系統(tǒng)的具體設計

3.1火災監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)框架設計

由于該區(qū)域的建筑規(guī)模和用電設備的多樣復雜，特別是南廣場地下公共換乘區(qū)作為鐵路、汽車、出租車以及公交等的換乘節(jié)點，規(guī)模較大，配電系統(tǒng)復雜，若南北廣場、地下停車場以及控制中心由一個傳統(tǒng)意義的監(jiān)控系統(tǒng)負責，數(shù)據(jù)處理以及日后運營管理起來不是特別方便。

綜合考慮各種因素，將這一大區(qū)域的火災監(jiān)控系統(tǒng)作為一個廣義的監(jiān)控系統(tǒng)來進行處理，然后再按照每個降壓變電所的供電區(qū)域設置電氣火災監(jiān)控分系統(tǒng)，即傳統(tǒng)意義上的火災監(jiān)控系統(tǒng)，這樣劃分的分系統(tǒng)需監(jiān)測電氣量并不十分龐大，同時也利于管理和查找故障點，便于運營維護和檢修。建立分系統(tǒng)之后，各分系統(tǒng)通過RJ45接口(通信協(xié)議TCP/IP協(xié)議)組網(wǎng)后首先接入換乘區(qū)綜合監(jiān)控室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，之后接入到控制中心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度管理主機。

可見，該廣義上的電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)主要分為三級節(jié)點監(jiān)控：一級為控制中心綜合調(diào)度主機，二級節(jié)點為各個工程范圍內(nèi)的綜合監(jiān)控室，三級節(jié)點為各個工程的各變電所(系統(tǒng)監(jiān)控主機)。

3.2電氣火災監(jiān)控分系統(tǒng)工作原理

電氣火災各分系統(tǒng)由電氣火災監(jiān)測主機、無線藍牙剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器、藍牙測溫式電氣火災監(jiān)控探測器、線型光纖電氣火災監(jiān)控探測器和數(shù)據(jù)集中器等部分組成。

無線藍牙剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器、測溫式電氣火災監(jiān)控探測器將其探測信號經(jīng)過藍牙無線方式傳輸給數(shù)據(jù)集中器，數(shù)據(jù)集中器將信號處理后經(jīng)過現(xiàn)場總線(總線長度小于800米時采用RS485,大于時采用通信光纖)上傳到監(jiān)控主機；線型電氣火災探測器可與監(jiān)控主機直接連接。監(jiān)控主機實現(xiàn)對其各個信號的處理、報警、控制、統(tǒng)計、管理、通信等功能。電氣火災詳細信息從該系統(tǒng)主機的圖形界面上查看。當發(fā)生電氣火災報警時，監(jiān)控主機、火災報警控制器均發(fā)出聲光報警信號，但不聯(lián)動電氣設備的跳閘回路。監(jiān)控主機安放在變電所控制室內(nèi)的標準機柜內(nèi)。監(jiān)控主機具備同時處理、連接測溫式電氣火災探測器、剩余電流式電氣火災探測器和線型感溫光纖探測器的能力，并將報警信息和溫度/剩余電流實時信息通過RJ45接口(通信協(xié)議TCP/IP協(xié)議)上傳到綜合監(jiān)控室內(nèi)系統(tǒng)主機，之后將信息上傳至控制中心。

3.3火災監(jiān)控系統(tǒng)設備的檢測范圍與探測對象

由本文第2節(jié)可知，常見的火災誘發(fā)由漏電或短路、接觸電阻過大、過載運行以及溫度升高所引起?；诖?，系統(tǒng)檢測設備的檢測范圍與探測對象如下：

(1)目前統(tǒng)計的電氣火災中，屬于漏電以及短路所引起的占到了60%,由于火災在發(fā)生之前依靠傳統(tǒng)的人工巡查來發(fā)現(xiàn)漏電問題是不現(xiàn)實的，所以對漏電未造成進一步火災之前的預先報警顯得尤為重要，所以需要借助剩余電流互感器來進行預先報警，以期早發(fā)現(xiàn)問題早解決，防止火災發(fā)生。本工程剩余電流探測器選用具有藍牙數(shù)據(jù)傳輸功能的剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器。

監(jiān)測范圍：低壓開關(guān)柜中所有回路、環(huán)控電控柜中除風閥外的所有回路，商業(yè)照明配電箱主回路、所有動力配電箱主回路。

安裝位置：安裝在低壓開關(guān)柜或配電箱內(nèi)低壓開關(guān)的下方，安裝圖如下：

(2)面對接觸電阻過大引發(fā)火災的問題，選用測溫式探測器進行檢測。本工程選用接觸式布置的藍牙測溫式電氣火災監(jiān)控探測器，對高低壓配電系統(tǒng)重要回路接頭部位的溫度進行檢測，監(jiān)測這些回路的低壓開關(guān)觸頭、電氣連接處、母線接頭、電纜頭等位置的實時溫度。

監(jiān)測范圍：高壓開關(guān)柜手車接頭、低壓開關(guān)柜中電容器回路、有源動態(tài)補償回路、設備容量超過100kVA的回路，環(huán)控室環(huán)控電控柜的每個回路，商業(yè)照明及商業(yè)動力配電箱主回路。

安裝位置：高、低壓柜內(nèi)或配電箱內(nèi)，安裝圖如下：

(3)面對過載及電纜橋架等處溫度升高的火災隱患，使用感溫光纖對其進行檢測，線型光纖電氣火災監(jiān)控探測器保護對象為電纜橋架、電纜溝、電纜夾層、電纜豎井的溫度，根據(jù)設定的溫度限值，給出相應的預警和報警。

監(jiān)測范圍：監(jiān)測電纜豎井內(nèi)電纜密集段、電纜橋架內(nèi)的電纜密集段(15條電纜以上)的電纜溫度，敷設示意圖如下：

如上所述，在本工程中在*常發(fā)生火災的故障點分別設置了不同的探測器來進行檢測，全面預防電氣火災的發(fā)生。

四、安科瑞電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

1概述

Acre1-6000電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)中心的消防電子產(chǎn)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(chǎn)品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運行，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)并在全國得到廣泛地應用。該系統(tǒng)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(jiān)視，實現(xiàn)對電氣火災的早期預防和報警，當必要時還能聯(lián)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(jù)用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺或火災自動報警系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)交換和共享。

2應用場合

適用于智能樓宇、醫(yī)院、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領域。

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4系統(tǒng)功能

（1）監(jiān)控設備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發(fā)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(xiàn)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(jiān)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(jiān)控設備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障或探測器本身發(fā)生故障時，監(jiān)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(fā)出故障報警聲音。電源故障報警：當主電源或備用電源發(fā)生故障時，監(jiān)控設備也發(fā)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(fā)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(shù)據(jù)庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法。

5配置方案

五、結(jié)束語

（1）對于大型的綜合交通樞紐而言，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設置應該按照其產(chǎn)權(quán)的歸屬來進行分區(qū)域設置。

（2）現(xiàn)場實踐表明，產(chǎn)權(quán)單位統(tǒng)一的大區(qū)域工程采用廣義火災監(jiān)控系統(tǒng)模式便于現(xiàn)場管理與故障點排除。

（3）在現(xiàn)場實際使用過程中，漏電探測器會發(fā)生誤報的現(xiàn)象，*后通過多次調(diào)整漏電報警閥值的調(diào)整得以解決，如果以后產(chǎn)品能夠做到根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與歷史檢測數(shù)據(jù)進行漏電閥值的自動修正，那么該系統(tǒng)將會更好。

總之，該系統(tǒng)在天津西站樞紐使用中得到了較好的效果，具有一定的推廣意義。

【參考文獻】

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