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摘要：电气火灾监测系统作为一种预防电气火灾的实时监测、报警和管理系统，在地铁电气系统中的应用是十分必要的，这也符合现代城市轨道交通“预防为主”的设计理念。在工程建设中，合格的产品、合理的方案设计、正确的施工和后期的维护管理是必不可少的。根据地铁车站电气火灾监控系统的设计要求，结合设计规范和相关工程经验，提出了具体的设计方案和工程应用建议。
关键词：电气火灾监控系统；地铁；应用
前言：城市地铁车站机电设备密集、用电负荷较大，其动力配电主要采用放射式为主的供电方式，变电所出线回路较多，电气线路密集，容易发生电气火灾。从国内外地铁火灾原因的统计数据分析可以看出，电气原因引起的火灾比例最大，且城市地铁作为人员密集型场所，其消防系统的设计是保障市民生命财产安全和地铁运营安全的必要举措。为了防止电气火灾的发生，用于监测电气设备或线路温度及剩余电流的电气火灾监控系统，普遍应用于城市地铁的设计中，且一些电气规范中均明确要求在具有电气火灾危险的相应场所设置电气火灾监控系统,其重要程度不言而喻。
1电气火灾监控系统概述
电气火灾监控系统是一种先期预报警系统，它能对配电回路和用电的漏电、温升等参数进行监控和管理，当被监控的电气线路中被探测的参数超过报警设定值，它能发出报警信号、控制信号并指示报警部位，从而达到电气火灾的提前预警作用。电气火灾监控系统由电气火灾监控设备和电气火灾监控探测器组成。
1.1电气火灾监控设备
电气火灾监控设备是能接收来自电气火灾监控探测器的报警信号，发出报警信号和控制信号，指示报警部位，记录、保存并传送报警信息的装置。
1.2剩余电流式电气火灾监控探测器
剩余电流式电气火灾监控探测器的主要作用是监测电线、电缆的泄漏电流，以判断其绝缘状况是否良好。其工作原理是基于基尔霍夫电流定律，即在任一瞬间，通过电路中任一不包含电源的假设封闭面的电流矢量和为0。
（1）正常情况下，三相四线电源的电流矢量和为0，即IL1+IL2+IL3+IN=0。电流互感器测得的泄漏电流I=0。
（2）当用电设备发生接地故障时，故障电流会经过故障点流入大地，导致电源的电流矢量和不为0，即IL1+IL2+IL3+IN≠0。此时，电流互感器中的感应电流I≠0，该电流值即为剩余电流值。
1.3测温式电气火灾监控探测器
测温式电气火灾监控探测器的作用是探测电气设备接头异常发热情况，一般设置在电气系统的电缆接头、母线等重点发热部位，用于监测设备过热而引起的火灾。
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2电气火灾监控系统配置
2.1探测器安装位置
结合地铁供电方案，低压负荷主要从0.4kV开关柜以放射式配电且位置分散，电气火灾监控探测器可只安装在变电所0.4kV出线侧，也可同时安装在变电所0.4kV出线侧和下一级配电箱/柜进线侧，两种设置监测范围均可覆盖馈线电缆及末端设备，后者探测器分两级设置，监测范围更加准确。从简化系统、易于工程实施考虑，建议探测器集中设置在0.4kV开关柜出线侧；对于树干式配电回路，同时设置在其下级配电箱进线侧；对于下级节点多且长期运行的配电设备（如环控电控柜），有选择性地增加下级监测点。
2.2探测器功能选择
剩余电流式探测器适用于TN-S系统所有带电回路；而测温式探测器所测温度与负荷电流、接触电阻、环境温度等有关，对于持续运行的大负荷回路监测效果较好。
1）根据GB50054—2011《低压配电设计规范》要求，“剩余电流监测或保护电器的安装位置，应使其全面监视有起火危险的配电线路的绝缘情况”，0.4kV开关柜各馈出回路均设置剩余电流式探测器。此外，环控柜总进线、冷水机组、自动扶梯、EPS、各弱电系统电源等长期运行回路增加测温功能（仅出线侧），对此，可采用同时具有监测剩余电流与测温功能的组合式探测器。考虑到一级负荷0.4kV开关柜主、备用回路是固定的，且末端ATS双电源切换具备自投自复功能，其备用回路通常是没有电流的，因此，一级负荷备用回路可不设测温式探测器。
2）环控电控柜负责地下车站环控设备的集中配电与控制，与0.4kV开关柜类似，对各风机馈线回路安装剩余电流式探测器，对于长期运行设备（如大系统空调箱、排热风机、冷水机组配套水泵等）同时设置测温功能。但消防专用风机回路，其控制接触器平时是断开的，回路不带电，没有必要再设置探测器。
3）采用树干式配电的三级负荷小动力箱等设备（若有）进线侧设置剩余电流式探测器。
2.3通信接口
电气火灾监控系统的信息传输，一方面是系统内部探测器信号处理单元与监控主机之间的通信，一方面指系统故障信息和报警信息的上传。目前，探测器主要采用总线方式与监控主机通信，通常采用屏蔽双绞线作为传输介质，传输距离在1.2km以上。此外，深圳、昆明等部分地铁线路还应用了局部无线传输方案，即在0.4kV开关柜室等保护区域内设置“数据集中器”，通过无线方式汇总开关柜内各探测器数据后再通过总线上传，该方案省去了开关柜与外部接线，后期维护管理方便，但国内尚无相关规范作为依据，这里不再讨论。对于系统故障信息和报警信息的上传，相关规范对监控主机通信接口的形式未作规定，只要求“电气火灾监控器的报警信息和故障信息应在消防控制室图形显示装置或起集中控制功能的火灾报警器上显示”，因此，最直接的做法，是将监控主机报警信息和故障信息通过继电器干接点输出上传至FAS系统。由于该接口是单向的，系统参数设置及具体事件查询只能在监控主机上操作。另外，新建地铁线路基本都设置综合监控系统，用于实现对全线机电设备的全面监控和系统间联动信息的交换，电气火灾监控系统也可与综合监控系统直接通信，除了报警信息在综合监控工作站上显示外，还可接收综合监控系统车站级和中央级的监控、管理。
2.4系统组网方式
1）方案一：监控主机+多回路探测器+传感器
开关柜内采用多回路探测器，即可连接多个剩余电流传感器或测温传感器，实现多回路监测（监测范围不应超出单个配电柜），以减少柜内设备安装数量。多回路探测器与现场传感器之间采用模拟信号分回路连接，柜内布线有所增加。
2）方案二：监控主机+现场分机+一体式单回路探测器
为减少柜内布线，采用集剩余电流/温度探测与数据处理功能于一体的单回路探测器，相互之间通过总线连接。考虑到车站电气火灾监控探测器主要集中在0.4kV开关柜和环控电控柜内，在以上保护区域设置现场分机（具备监控主机基本功能，但监控容量较小），对所连接探测器的数据进行现场处理后再上传至监控主机，同时，为探测器集中提供电源（电源线与信号线共用总线）。当监控主机或通信总线故障时，现场分机仍具备一定区域内的监控报警功能。若监控点较少，探测器也可直接与主机通信。
结束语：
电气火灾监控系统作为一种火灾的早期预警系统，是所有消防监控系统中的一个重要组成部分，体现了消防系统“以防为主”的安全设计理念，必将在未来的轨道交通的设计中得到更为广泛的应用，本文通过对电气火灾监控系统在工程应用中的一些常见问题进行分析和总结，旨在为各城市后续轨道交通系统的建设提供一些参考。
参考文献：
[1]付朝立.基于泄漏电流检测的电气火灾报警系统在地铁中的应用[J].城市轨道交通研究，2014，（4）：122-124+132.
[2]宋晓鹏.电气火灾监控系统在地铁中的应用分析[J].自动化与仪器仪表，2017，（3）：208-210.
[3]王德发.城市轨道交通电气火灾监控系统应用方案[J].都市快轨交通，2016，（3）：106-109.
论文作者:梁义东
论文发表刊物:《防护工程》2019年第2期
论文发表时间:2019/7/3
标签：火灾论文; 探测器论文; 电气论文; 回路论文; 电流论文; 监控系统论文; 测温论文; 《防护工程》2019年第2期论文;