电气火灾监控系统在某地铁线路上设计与应用

摘要：结合某地铁线路中Acrel-6000/B电气火灾监控系统的设计、施工、调试、运营等情况，阐述城市轨道交通电气火灾监控系统的具体设计方案，指出城市轨道交通电气火灾监控系统在实际设计和施工过程中需要注意的事项，为后续城市轨道交通电气火灾监控系统的设计和施工提供参考。

关键词：城市轨道交通;Acrel-6000/B电气火灾监控系统

    火灾是最常见、最普遍、对公共安全威胁最大的灾害之一，其主要为电气设备造成的火灾，且所占比例逐年升高。据统计，在国内外轨道交通火灾中，因电气原因引起的火灾占比最大，达到37% ，其中供电线路漏电流是造成电气火灾的罪魁祸首。轨道交通作为现代城市主要公众聚集场所之一，一旦发生火灾，将给遇险人员的安全疏散和消防人员的及时抢救带来极大困难，严重影响市民的生命安全和国家财产安全，因此预防城市轨道交通供电线缆的漏电流，加强对城市轨道交通公众聚集场所的消防安全管理是十分必要的。

    本文根据某地铁线路Acrel-6000/B电气火灾监控系统的实际设计、施工、调试和运营情况，对因漏电流引起电气火灾的相关技术问题和施工问题进行分析研究，进而总结出一套安全有效的电气火灾监控系统应用方案，以期为其他城市轨道交通的相关设计和施工人员提供帮助和参考。

1.漏电流引发电气火灾的原因

    一般情况下，交流供电电缆的漏电流产生有两个原因，一是电缆与地之间存在电容，二是电缆与地之间的绝缘电阻并非无穷大。电容引起的漏电流较小，漏电流主要取决于对地电阻。当电缆受损或老化，对地绝缘电阻下降，加之现场环境潮湿时，电缆的漏电流就会显著增加。研究表明，当漏电流值达到300mA时，就可能形成电弧，进而引发火灾事故。

    合理设置监控点，对电缆漏电进行早期预警，则可以提前发现和消除火灾隐患。电气火灾监控系统是一种新型综合系统，它可以对漏电流进行早期的监控和报警。该系统在城市轨道交通中的应用近几年才开始，大部分还处于设计或招标阶段，因此具有重要研究价值。

2.电气火灾监控系统原理及功能

2.1工作原理

2.1.1漏电流检测原理

    基尔霍夫电流定律( KCL)及其推论指出，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零。如图1所示，在正常情况下，三相四线电源的电流矢量和为零，即I_L1+I_L2+I_L3+I_N=0，此时设备对地电流I_E和电缆对地电流I_Z均为0，电流互感器测得的泄漏电流I_L=0。当用电设备发生接地故障时，有I_E≠0，当电缆绝缘受损时，有I_Z≠0， I_L1+I_L2+I_L3+I_N≠0，此时，电流互感器中的感应电流I_L ≠0，经电气火灾探测器运算处理，从而确定漏电流的存在。

图 1 泄漏电流检测原理

2.1.2监控报警原理

    Acrel-6000/B电气火灾监控系统的基本原理为：当电气设备中的电流、温度等参数发生异常或突变时，终端探测头(如剩余电流互感器、温度传感器等)利用电磁场感应原理、温度效应的变化对该信息进行采集，并输送到监控探测器里，经放大、A/D转换、CPU对变化的幅值进行分析、判断，并与报警设定值进行比较，一旦超出设定值则发出报警信号，同时也输送到监控设备中，再经监控设备进一步识别、判定，当确认可能会发生火灾时，监控主机发出火灾报警信号，点亮报警指示灯，发出报警音响，同时在液晶显示屏上显示火灾报警等信息。值班人员则根据以上显示的信息，迅速到事故现场进行检查处理，并将报警信息发送到集中控制台。（如图1所示为电气火灾系统组图）

图1（Acrel-6000/B电气火灾监控系统）

2.2系统功能

    Acrel-6000/B电气火灾监控系统具备以下主要功能:

(1)探测漏电电流、过电流等信号（如下图2）。

图2

(2)发出声光信号报警，准确报出故障线路地址，监视故障点的变化。（如图3所示）

图3

(3)储存各种故障和操作试验信号，信号存储时间不应少于365 d。（如图4所示）

图4

3.电气火灾监控系统在轨道交通的应用

3.1设置依据和范围

    文献GB50016-2014,《建筑防火设计规范》规定城市轨道交通、一类交通隧道工程的非消防用电负荷宜设置电气火灾监控系统。虽然采用“宜设置”，但根据规范对宜是“在条件许可时首先应这样做”的用词解释。

    对于电气火灾监控系统的设置部位，各规范的要求也不一致。根据GB 50116—2013《火灾自动报警系 统设计规范》的要求，电气火灾监控探测器应以设置在低压配电系统首端为基本原则，宜设置在第一级配电柜（箱）的出线端;在供电线路漏电流大于500mA时，宜在其下一级配电柜(箱)中设置。而JGJ 243—2011《交通建筑电气设计规范》中则要求，除消防动力配电回路外，其他电力、照明区域或楼层配电箱电源进线处应设置剩余电流式电气火灾监控探测器。

    结合某地铁线路中Acrel-6000/B电气火灾监控系统的实际设计和使用情况，建议在城市轨道交通地下车站以下部位设置电气火灾监控探测器（或剩余电流互感器) :（如图5所示）

    1)变电所400V开关柜出线，不含变电所至环控柜的馈出线。考虑到变电所内馈出线比较集中，在变电所内设置探测器可以监控馈出电缆及末端设备的漏电流情况;

    2)环控电控柜内的风机馈出线。考虑到变电所至环控柜的馈出线电流较大，一般采用电缆多拼或者母线槽供电，且末端设备众多，漏电流较大，正常情况下的泄漏电流都超过300mA，因此，环控系统设备的泄漏电流检测设置在环控电控柜内。

图5

3.2整定值设置

    考虑到地下车站内设备的使用环境差，部分区域潮湿，电缆和设备本身的漏电流较大等因素，在GB50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》中明确要求电气火灾探测器报警值宜为300～500mA，结合某地铁线路中Acrel-6000/B电气火灾监控系统设计和使用情况，建议按以下标准设置系统的整定值。

    1)系统预警电流整定值为300mA。当系统检测到某回路的漏电流值大于300mA时，系统处于预警状态并记录预警信息，对应的预警回路改变颜色，直到故障解除，漏电流小于300mA为止。

    2)系统报警电流整定值为500mA。当系统检测到某回路的漏电流值大于500mA时，系统处于报警状态并记录报警信息，报警蜂鸣器响起，报警指示灯常亮，对应的报警回路改变颜色。值班人员可手动关闭报警蜂鸣器，但只有当检修人员彻底解除故障，漏电流小于500mA，并手动复位后，报警指示灯才会熄灭。

3.3联动设计

    根据GB50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》要求，在设置消防控制室(地铁车站内即为车控室)的场所，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有集中控制功能的火灾报警控制器上显示。考虑到目前的城市轨道交通都设置了综合监控系统，且综合监控系统在车控室设置有监视工作站，同时，综合监控系统也集成或互联了FAS(火灾自动报警系统)、BAS(环境与设备监控系统)、SCA-DA(电力监控系统)、PIS (乘客信息系统)等系统，因此，Acrel-6000/B电气火灾监控系统可以直接与综合监控系统连接，将故障信息和报警信息传给综合监控系统，并在车控室综合监控系统的工作站上显示。

4.结语

    电气火灾监控系统是一种电气火灾的早期预警系统，当线路或设备发生故障时能够及时检测出泄漏电流变化，并准确地给出预警或报警信号，将电气火灾扼杀在萌芽状态。现代城市轨道交通遵循“以防为主”的安全设计理念，Acrel-6000电气火灾监控系统能够尽早地发现电气火灾安全隐患，更好地体现出这种设计理念。在未来的城市轨道交通中，该系统将会得到更广泛的应用，对轨道交通的安全运行发挥重要的作用。

参考文献

[1]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（6）.

[2]任致程 周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[M].北京.中国电力出版社. 2007. 4.

[3]建筑电气设计疑难点解析及强制性条文[M].中国建筑工业出版社.2015.12.

[4]安科瑞电气股份有限公司产品手册2013.1版

作者简介
缪建梅，女，本科

任职单位：现任职于安科瑞电气股份有限公司
联系电话：021-59104833