電氣火災監控系統在軌道交通中的革新應用與智慧選型

摘要：以廈門軌道交通線路車站為例，分析地鐵車站設置電氣火災監控系統的必要性。結合已開通的線路，分析該套系統在車站的運行情況，總結該系統在實際應用過程中存在的問題。通過探討存在問題的主要原因，提出后續新建線路在建設過程中，設計需要把控的設計原則，以及在施工過程中需要關注的施工問題。

關鍵詞：軌道交通；電氣火災；剩余電流；末端探測器；剩余電流值超標

0引言

據公安部消防局提供的2011年至2014年《中國火災統計年鑒》數據顯示，由于電氣引發的火災占到總數的30%-30.27%，因此設置電氣火災監控系統對于提前預測火災和及時對火災進行報警，減少人們生命財產損失，減少火災的社會危害方面，都能發揮不可忽視的作用，成為減少電氣火災的主要防范手段。

1地鐵車站設置電氣火災監控系統的必要性

地鐵車站人員密集，系統設備眾多，各類電源設置錯綜復雜，設置電氣火災監控系統具有一定的必要性，建筑內線路絕緣層的老化，導體過載導致自身溫度升高、發熱等電氣故障均可能引起火災。電氣火災監控系統通過對導體的溫度和剩余電流的實時監測，提前判斷可能造成電氣火災的隱患，給予告警信息，提醒運營維護人員排查電氣故障，從根源上防止電氣火災的發生。

《民用建筑電氣設計標準》（GB51348-2019）中13.2.2條8款要求“城市軌道交通、一類交通隧道工程的非消防負荷的配電回路應設置電氣火災監控系統"?！督煌ńㄖ姎庠O計規范》（JGJ243-2011）中14.3.2明確“火災自動報警系統保護對象分級為一級的交通建筑配電線路,應設置電氣火災監控系統"?！兜罔F設計規范》（GB50157-2013）中19.1.2條款中“地下車站、區間隧道和控制的火災自動報警系統的保護對象分級為一級"。上述相關規范已經對地鐵車站內設置電氣火災監控系統做出明確要求。

2地鐵車站電氣火災監控系統的設置原則

地鐵車站的末端設備按其功能及重要性，可分為影響行車的設備、影響客運服務的設備以及消防設施設備，大部分設備均比較重要。為了保證車站電源供電的穩定、可靠，動力配電系統所采用的配電方式為放射式，且多數設備均為一級配電，設備的電源直接取自車站400V降壓變電所。采用一級配電方式的設備主要有車站主廢水泵、區間廢水泵、站臺門電源、民用通信設備、自動售檢票設備、公安通信設備、信號電源、站廳/站臺公共區一般照明、設備區工作照明、冷水機組、垂梯、消防電源設備（氣瓶間氣滅系統電源、消防水泵、應急照明（ＥＰＳ設備）、兼疏散自動扶梯）等、檢修電源、廣告照明箱等。采用二級配電的設備主要通過小動力箱進行電源整合，再配電至末端設備。如一級負荷小動力箱供風亭潛污泵、人防門控制、安檢設備、電動蝶閥等動力設備配電；二級負荷小動力箱供多聯機系統、風機震動檢測裝置、等設備配電；三級負荷小動力箱供插座、自動 機等設備配電。除了由市電直接供電的設備外，地鐵車站內針對影響行車的設備，需提供不間斷電源作為后備措施，這些設備通過整合UPS電源集中配電，主要有綜合監控系統、通信、BAS、FAS、AFC、PIS等系統電源，其中整合UPS電源的市電直接取自車站降壓變電所。

除上述設備外，地鐵車站用電負荷較大的設備主要為通風空調系統設備，為了便于通風空調系統各個設備間的聯動控制，集中設置了環控電控柜，該配電柜為整座車站的空調設備配電。環控電控柜的電源取自車站400V降壓變電所。根據該系統末端負荷用電的可靠性要求，分為一級負荷、二級負荷、三級負荷。其中一級負荷主要包括隧道風機、排熱風機、射流風機、排煙風機、補風機、加壓送風機及其配套的電動風量調節閥等；二級負荷主要包括組合式空調機組、回排風機、新風機及其配套的電動風量調節閥等；三級負荷主要包括水系統設備等。

根據車站供配電系統的設置方案及負荷設置情況，每座地鐵車站內均設置一套電氣火災監控系統。電氣火災監控系統主要由電氣火災監控主機、剩余電流式電氣火災監控探測器、測溫式電氣火災監控探測器組成。電氣火災監控主機設置在車站控制室，探測器應用于400V降壓變電所內低壓柜進線處、母聯柜處、饋線處，環控電控柜饋線處。其中400V低壓柜的進線處和母聯柜處采用測溫式探測器。其余饋線回路以及環控電控柜處均采用剩余電流式探測器。各探測器通過總線將現場回路的實時信息上傳到電氣火災監控主機，監控主機將收集到的現場信息同步顯示，對漏電流、溫度越限的回路以及故障回路發出聲光報警，并對報警記錄進行保存，以備查詢車站中所采用的探測器，其報警設定閾值根據《火災自動報警系統設計規范》（GB50116-2013）9.2.3條規范要求，均設置為500mA。

3地鐵車站電氣火災監控系統的運行情況

現場經過一段時間運行后，暴露出的問題突出，主要表現為系統的誤報率高。監控系統主機常出現報警信息，主要提示為某回路報警值超標。根據監控主機所導出的數據來看，報警值超標的報警回路均為設置剩余電流探測器所在回路，主要存在400V低壓柜出線回路，如照明總配電箱、整合UPS電源、EPS電源、信號電源、站臺門設備電源、電扶梯、環控電控柜總進線等；環控電控柜報警回路主要為電動風閥總開關(供多個風閥的配電回路)。表1電氣火災報警系統報警回路清單為線路開通初期，該套系統導出的部分報警回路清單。在新開通運營的線路車站中，所敷設的電源線路、設備等存在絕緣性能下降的可能性較低，大量回路出現此類報警信息，影響了設置該系統發現隱患的初衷，無法實現的火災預警功能。

4主要存在的問題與分析

該車站的電氣火災監控系統采用組合式火災監控探測器，主要部件包含剩余電流互感器、溫度傳感器和探測器主體，

系統檢測剩余電流主要通過剩余電流互感器檢測通過的剩余電流實現，其工作原理主要運用基爾霍夫電流定律。即在正常情況下，電路中沒有發生人身電擊、設備漏電及接地故障時，剩余電流互感器中通過的一次側電路中的電流矢量和應等于零。設計給與允許剩余電流值范圍，主要出于對設備本身存在的剩余電流考慮。

系統主機報警主要存在兩種現象:一是，報警信息持續存在，主機復位后無法清除；二是，報警信息間歇性出現，此類信息在主機進行復位后可清除，但在設備下一次啟動時會再次出現。

針對二種情況，在對系統的監測漏電報警的時長進行設置后，延長報警時間，問題得以改善。主要是因為部分電機回路，存在啟動電流大的情況，在啟動的瞬間，出現剩余電流值超標報警，在電機啟動正常運行后，報警消失，故此類問題通過對系統的參數值進行設置，可以得到解決。

下面針對一類持續存在報警的回路進行分析。通過對現場存在剩余電流值超標報警的回路進行逐一排查，剩余電流值超設計范圍的主要原因有:

(1)安裝未滿足產品要求，出現接線錯誤，導致報警值超標。發現*多的是以下情況，剩余電流互感器的穿線原則未根據廠家要求進行。應遵循的穿線原則是:A、B、C三相線與N線需一起穿過互感器，且方向應一致?，F場安裝時出現N線未通過剩余電流互感器或N線反向通過剩余電流互感器，則電流矢量和將很大，所檢測出的剩余電流值將超出設定值。

(2)配電箱內N線與PE線混接。正常情況下，流經負載端中性線的不平衡電流、諧波電流經系統PE線流至系統接地點，被探測器誤識別為剩余電流，導致剩余電流超過設定值，產生報警現象。

(3)對于雙電源供電回路且只使用3P雙電源開關(兩路N線并接)時，當剩余電流對兩個回路單獨監測時會發生報警，原因是在線路正常使用過程中，N線電流會分別從兩個N線分流，這樣系統則會監測出漏電流值。

(4)交直流屏、EPS設備、UPS整合電源、站臺門電源等設備柜內含有整流模塊、逆變模塊、濾波電容等，設備運行時存在諧波及放電現象，負載端不平衡電流流經市電進線的中性線，設備本身存在的固有漏電流被探測器誤識別為可能存在火災隱患的剩余電流，產生報警現場

(5)電扶梯電源，因車站內電扶梯均采用變頻設備，變頻器在運行時，整流輸入電路時產生高次諧波，高次諧波使輸入電源的電壓波形和電流波形發生畸變，通過電流互感器監測出的剩余電流值便大于系統設定值。

(6)多回路疊加造成的漏電流超標。主要出現在照明總箱，供照明總箱電源的出線回路中設置了電氣火災監控系統的探測器，探測器所監測的剩余電流值超過了系統設定值。而實際上，通過對配電總箱各個分支路進行檢測，每個分支回路的剩余電流值均在100mA左右，均未超過設定范圍值。故多個回路累加后，總剩余電流值超出設定值。

綜上所述，致使電氣火災報警系統主機發生報警的：主要因素有：一，設備本身的運行，通過目前剩余電流值的采集方式，所監測出的值本身已超過規范要求值，說明此類回路采用剩余電流報警探測器存在值得優化的地方。二，現場施工接線問題，未按廠家要求進行穿線、N線、地線誤接等，均可能造成系統主機誤報警。

5優化提升措施

為了降低電氣火災監控系統的誤報率，后續新建線路中，在設計階段做了提升

優化，主要總結為以下幾個原則：

一是，根據《火災自動報警系統設計規范》（GB50116—2013)“9.2.2剩余電流式電氣火監控探測器不宜設置在IT系統的配電線路和消防配電線路中"，?民用建筑電氣設計標準?(GB51348—2019)TN-C-S系統、TN-S系統或TT系統種的非消防負荷的配電回路中設置電氣火災監控系統時。根據這兩條規范要求，后續取消消防回路的電氣火災探測器。主要取消的回路由消防泵、氣體滅火電源、火災自動報警系統電源、消防風機、應急電源、應急照明切換箱等。此做法從一定程度上減少了此套系統的應用范圍。

二是，在400V柜饋線回路中已設置的回路，在下一級進線電源處不再重復設置，避免了對同個回路設置多重報警探測。

三是，在一些不適用設置剩余電流探測器的回路中(電源設備、變頻設備回路等)，將原來剩余電流探測器改為測溫式。如UPS整合電源、民用通信電源、公安通信電源、信號電源、站臺門電源、冷水機組電源、電扶梯電源等。

在施工階段，現場應嚴格根據施工規范的相關要求，進行接線，切勿出現N線、PE線混接的情況。在線纜敷設過程中，應主要保護成品，避免絕緣層受損。在進行電氣火災監控系統設備的安裝時，應根據各個產品的安裝要求，由廠家指導，規范安裝。

針對目前市場上主流的電氣火災監控系統的產品，廠家應考慮對進行設備進行升級改造，如采用更可靠的傳感器、更高效的控制器等。優化電氣火災監控系統軟件的算法，以提高系統的識別準確率和誤報率，并增加系統的自主學習功能和糾偏能力，以提高電氣火災監控系統的準確性。

6安科瑞電氣火災監控系統

6.1概述

Acre1-6000電氣火災監控系統，是根據現行規范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發的全數字化獨立運行的系統，已通過消防電子產品質量監督檢驗的消防電子產品試驗認證，并且均通過嚴格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產品在低壓配電系統中的安全正常運行，現均已批量生產并在全國得到廣泛地應用。該系統通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監視，實現對電氣火災的早期預防和報警，當必要時還能聯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;并根據用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業微電網管理云平臺或火災自動報警系統等進行數據交換和共享。

6.2應用場合

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業、重點消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。

6.3系統結構

6.4系統功能

監控設備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發出聲、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。

當被監測回路報警時，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。

通訊故障報警：當監控設備與所接的任一臺探測器之間發生通訊故障或探測器本身發生故障時，監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，并發出故障報警聲音。電源故障報警：當主電源或備用電源發生故障時，監控設備也發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。

當發生剩余電流、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據庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢方法。

6.5配置方案

7結束語

電氣火災監控系統的運行效果與設計方案、施工工藝標準息息相關。目前廈門地鐵電氣火災監控系統在應用過程中檢測到各回路剩余電流偏大的主要是系統設計、施工接線不合理因素居多，非線路或設備發生漏電存在火災隱患。故在后續新建的線路中，應該從設計方案、施工過程等各個環節全面考慮，避免電氣火災監控裝置出現誤報警情況。

針對火災，城市軌道交通遵循“以預防為主"的安全理念，電氣火災監控系統的“先期預報警"特性與安全理念契合。在未來的城市軌道交通中，該系統將會得到更加廣泛的應用。本文結合廈門地鐵電氣火災監控系統的應用情況，對電氣火災監控系統的設計方案、設備組成、施工等過程中出現的問題進行簡單的分析，希望能為今后的新建線路提供一些思考和優化方向。

參考文獻

[1]李娜玲.電氣火災監控系統在軌道交通中的應用研究.

[2]潘翔.淺談電氣火災監控系統在地鐵中的應用[J].機電信息，2018，552(18):46-47.

[3]中華人民共和國住房和城鄉建設部.火災自動報警系統設計規范:GB50116—2013[S].北京:中國計劃出版社，2013.

[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5版.