（中铁二院工程集团有限责任公司通信信号设计研究院，四川，成都，610031）
【摘 要】本文分析城市轨道交通电气设备火灾形成原因及特点结合电气火灾监控系统的方案，对电气火灾监控系统在城市轨道交通中的应用进行简要说明。
【关键词】城市轨道交通；电气火灾监控系统
1．引言
城市轨道交通是构筑于地下的大容量轨道交通系统，由于城市轨道交通运营环境的特定性等因素，若城市轨道交通突发火灾事故，乘客紧急逃生极其困难。若遇到电气设备引起的火灾，事故后造成停电，地下一片漆黑，混乱状态可想而知，多年来全球城市轨道交通火灾惨痛的教训给人们以刻骨铭心地警示。我国国家标准GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》已将城市轨道交通定为一级保护对象，显示了对城市轨道交通火灾安全的高度重视。城市轨道交通发生火灾不仅将造成巨大的经济损失、重大的人员伤亡，还会引起交通秩序和社会秩序的混乱甚至产生不利的政治影响。
目前在国内已经运营的城市轨道交通线路中，全线使用了电气火灾监控系统的有7条，在建的城市轨道交通中有9条线路使用了电气火灾监控系统。
2．目标
电气火灾监控系统是为预防电气设备由于剩余电流打火或设备过热引起火灾而设置的专用监控系统，是对电气设备安装工艺、设备质量、意外事故发生的长期实时的监测。其特点在于先期预警，与传统火灾自动报警系统不同，电气火灾预警系统早期报警是为了避免损失，而传统火灾自动报警系统的报警联动是为了减少损失。所以，这就是说为什么不管是新建或是改建工程项目，尤其是已经安装了火灾自动报警系统的单位，仍需要安装电气火灾预警系统的根本原因。
通过实时在线监测功能，不论是线型电器设备（电缆、母线），还是台式电器设备（变压器、开关柜、电机等），都能实时监测它的温度、漏电等情况，还能为运营部门的状态检修提供科学数据。
3．系统方案研究
3.1城市轨道交通电气火灾成因分析
※设备长期处于剧烈震动的环境中，很容易形成螺丝的松动、绝缘的损坏、接触不良。
※电器设备接头不良，发热功率P=I2R（I：电流；R：接触电阻）， 假若电流为1000A,接触电阻为0.001欧姆（很小了）,则发热功率P=I2R=106*10-3=1000W（相当于一个1kW的电炉子连续供热）
※发热是一个恶性循环过程：发热—接触电阻增大—过热增大—绝缘下降—事故 Cu---CuO----R
※电气线路绝缘老化、绝缘破损以及用电负荷增大致使线路过载、过热、火灾等。
3.2标准和规范
鉴于电气设备过热的安全形势和设计时的安全死角、盲区、隐患，2006年7月，全国各大设计院，制定出《电气火灾监控系统的设计方法》，各省也陆续制定电气火灾相关地方标准，2014年5月1日实施的《火灾自动报警设计规范》GB50116-2013标准，增补了电气火灾监控系统的内容。
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依据标准
1、《电气火灾监控系统 第1部分：电气火灾监控设备》GB14287.1-2005
2、《电气火灾监控系统 第2部分：剩余电流式电气火灾监控探测器》GB14287.2-2005
3、《电气火灾监控系统 第3部分：测温式电气火灾监控探测器》GB14287.3-2005
4、《电气火灾监控系统设计、施工及验收规范》DBJ/T15-77-2010
5、《电气火灾监控系统设计、施工及验收规程》DB21/T1704-2008
6、《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013
7、《地铁设计规范》 GB50157-2013
3.3消防报警分析
以往大部分城市轨道交通电气设备室内火灾的发现均依赖烟雾报警装置和人为观察，火灾发生后采用的报警手段为烟雾报警和附近的手动报警按钮，虽然能实现火灾自动报警控制，却不能做到早期预警。在烟雾达到一定浓度时才能发生报警，此时有可能已经形成明火火灾，这种情况下，已经烧毁电气设备，造成停电，影响了其他电气设备的安全运行。
电气火灾预警系统负责对台式电气设备接头过热所引起的火灾和漏电所引起的火灾进行实时监测。通过对其实时在线检测和实时数据分析，故障点的定位，达到将各种电气火灾事故隐患消除在萌芽状态，作到防患于未然。打破依赖人工巡检发现设备异常的传统模式，实现温度(剩余电流)异常的发现→信息的传送→人工确认执行。该系统把“预防”放在了首位，具备故障早期探测报警和温度趋势(剩余电流趋势)预报功能；反映电气设备重要连接处的连接情况和温升情况(绝缘情况)，为检修人员提供准确的维修依据；反映环境对运行设备寿命的影响以及为今后电气设备的状态检修提供科学依据；确保电气设备运行的可靠性。确保城市轨道交通正常有序地运营，避免或降低电气火灾灾害情况下造成的人员和财产损失。
3.4系统分析
电气火灾预警监测系统由监控主机、安装在监测对象上的剩余电流电气火灾监控探测器、测温式电气火灾监控探测器、数据集中器及软件等组成。
剩余电流电气火灾监控探测器、测温式电气火灾监控探测器将探测到的信息通过总线或无线方式上传给监控主机。
1、电气火灾监测系统主要包括以下内容：
※高、低压开关柜及重要回路的开关柜、进线柜、联络柜等需要监控电气安全运行的地方，加装剩余电流电气火灾监控探测器、测温式电气火灾监控探测器，采用一回路一机的安装方式，通过总线或无线传输方式完成剩余电流数据的接收和上传。
※所有上传的数据都通过RS485、CAN总线或无线方式汇总到主控室的电气火灾监控主机。
※对所辖范围内的各类探测器的报警信号做出反应，准确报出故障点的地址，探测器实测值，准确报出探测点地址。报警方式有声、光、不同颜色的图形界面、继电器输出等形式，与不同类型探测器故障信息有明显区别。
※剩余电流式电气火灾监控探测器：是对低压电气回路（含总回路和支回路）的剩余电流进行监测。
※测温式电气火灾监控探测器：是对重要的电气设备（变压器、高低压开关柜中的断路器、电容器、电抗器、高低压电缆）的接头、引流线接头、开关触点等发热部位的温度进行监测。
通过实时温度监测和剩余电流检测，实现以下功能：
（1）实现对城市轨道交通上述电气设备的温度实时在线监测、剩余电流实时在线监测和火灾报警；消除电气设备故障、事故及火灾隐患，防患于未然。
（2）实现电气设备长期运行温度状态数据的存储、统计、分析等，为城市轨道交通运营部门提供设备运行状态及故障检修数据信息。
（3）通过长期的实时在线检测数据，为分析环境温度对电气设备的影响奠定基础，向环境监测系统提供数据依据。
3.5接口方案的分析
3.5.1 FAS系统与电气火灾监控系统接口方案
目前新建的城市轨道交通项目，FAS系统采用的是火灾报警控制盘通过光纤单独环形或双网冗余网络组建，确保全线信息网络安全通信。
电气火灾监控系统向所在车站的火灾报警控制器输出报警信号，以达到警示作用。火灾报警控制器协议开放的情况下，报警通信方式可通过RS485（MODBUS协议）传输；火灾报警控制器协议不能开放的情况下，报警通信方式可通过继电器干接点。通常是以上二种方式来实现报警信息上传。
3.5.2综合监控系统与电气火灾监控系统接口方案
城市轨道交通综合监控系统的建设，信息安全可靠、自动化程度高已成为一种发展趋势，在这种情况下电气火灾监控系统可通过以下方式满足系统接口要求。
通过电气火灾监控系统控制器的通信口RJ45直接和车站级综合监控系统进行通讯，作为子系统通过综合监控系统的全线网络达到系统组网及集成的目的。
4．小结
通过电气火灾监控系统在城市轨道交通中合理的运用，改变了城市轨道交通电气设备早期无火灾预警装置的现状，不仅为在城市轨道交通设置无盲点的火灾自动报警系统提供了先进的探测手段，而且真正实现了城市轨道交通电气设备的火灾报警信息化，能够全面、连续、动态、实时在线监测城市轨道交通电气设备的漏电和温度状况，从而实现火灾的早期预警。
参考文献：
[1]《地铁设计规范》GB 50157-2013 中国建筑工业出版社 2013年
[2]《火灾自动报警系统设计规范》 GB 50116-2013 中国计划出版社 2013年
[3]《城市轨道交通技术规范》 GB50490- 2009 中国建筑工业出版社 2009年
[4]《电气火灾监控系统设计、施工及验收规范》 DBJ/T15-77-2010 广东省住房和城乡建设厅 2010年
[5]《电气火灾监控系统设计、施工及验收规程》DB21/T1704-2008 辽宁省建设厅 2008年
作者简介：
郝勇（1982-），男，工程师
论文作者:郝勇
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年8月供稿
论文发表时间:2015/12/3
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