電氣火災監控系統在某奧體中心中的應用與創(chuàng )新

0　引言

    電氣火災監控系統從投入市場(chǎng)的那一天起，就受到了各界的廣泛關(guān)注。因為在我國電氣火災發(fā)生的數量長(cháng)時(shí)間以來(lái)居高不下，已經(jīng)是一個(gè)影響我國國民經(jīng)濟發(fā)展的一個(gè)不容忽視的嚴重問(wèn)題。在*的大力支持下，在科研部門(mén)和生產(chǎn)廠(chǎng)家的不懈努力下，經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展，電氣火災監控設備已逐漸走進(jìn)了用戶(hù)，發(fā)揮了越來(lái)越大的作用，并逐步取得了相關(guān)部門(mén)和社會(huì )的認可。

1  項目簡(jiǎn)介

    本項目奧體中心主要由體育場(chǎng)、體育館、游泳館、網(wǎng)球中心、中心商業(yè)區及地下車(chē)庫組成，總建筑面積約36萬(wàn)m2，建成后將成為標志性建筑及新城區內大規模商業(yè)娛樂(lè )綜合體。由于奧體中心內人員密集，安防、消防設備供電可靠，地防止電氣火災的發(fā)生，保證廣大觀(guān)眾和運動(dòng)員的安全。奧體中心網(wǎng)球中心可以容納運動(dòng)員、觀(guān)眾和工作人員多達3萬(wàn)人。場(chǎng)地為雙路高壓供電，一路高壓接入華北電管局的華北電網(wǎng)，另一路接入北京地區高壓電網(wǎng)，除此以外還備有自發(fā)電裝置。

    場(chǎng)地的用電包括兩個(gè)方面：照明和動(dòng)力。照明用電主要是場(chǎng)地的燈光照明，采用新一代電光源，照度高、功率大，設備的數量多。動(dòng)力用電主要是冷卻塔、*空調、風(fēng)機、排污泵和大型電動(dòng)器具等。

    網(wǎng)球項目是露天比賽，占地面積大，用電設備分散?？偱潆娛椅挥谥行馁悎?chǎng)北側100m處，距離遠端的配電柜有1000m。

    配電系統為T(mén)N-C-S系統，為三相五線(xiàn)制、四級結構，用電末端安裝帶漏電單相雙極空氣開(kāi)關(guān)，在二級、三級開(kāi)關(guān)上均安裝漏電探頭，以此計算，共需要漏電探頭228個(gè)，通信遠距離為1000米，是一個(gè)中等規模的電氣火災報警系統。在二級、三級空氣斷路器的下端安裝閉合式漏電探頭，沒(méi)有設計安裝電流探頭。二級開(kāi)關(guān)采用額定電流200A的空氣斷路器，三級開(kāi)關(guān)均為額定電流100A的空氣斷路器。為了配合這種配置情況，在200A的下端采用的是50mm2導線(xiàn)，設計采用直徑100mm穿線(xiàn)孔徑的漏電探頭可以保證四根導線(xiàn)的順利穿過(guò)。在100A開(kāi)關(guān)的下端采用25mm2導線(xiàn)，采用直徑為48mm穿線(xiàn)孔徑的漏電探頭可以保證四根導線(xiàn)的順利穿過(guò)。

    二級開(kāi)關(guān)處的漏電額定報警值為400mA，設定的報警延時(shí)時(shí)間為3秒；在三級開(kāi)關(guān)處的漏電額定報警值設定為200mA，設定的報警延時(shí)時(shí)間為1秒。

2　電氣火災監控系統的設計

    Acrel-6000電氣火災監控系統由漏電（包括電流）探頭、探測控制器和監控設備三部分組成。探測控制器與漏電（電流）探頭需配套使用。所有需要監控的電路分支點(diǎn)均安裝，探測控制器均并聯(lián)于二總線(xiàn)上，監控設備由一臺工業(yè)控制用PC機及外圍設備組成。

    管理軟件能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地顯示各個(gè)監控點(diǎn)的工作情況，值班人員在控制中心通過(guò)觀(guān)察計算機屏幕就可以了解所有監控點(diǎn)的工作情況。監控設備具有龐大的數據庫，能夠存儲配電系統產(chǎn)生的所有情況記錄，便于有關(guān)人員查詢(xún)和分析。

2.1系統組成

    Acrel-6000剩余電流式電氣火災監控系統采用分層分布式結構，由站控管理層、網(wǎng)絡(luò )通訊層和現場(chǎng)設備層組成。系統拓撲圖如下圖所示：各電氣火災監控探測器通過(guò)屏蔽雙絞線(xiàn)RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線(xiàn)型連接接入通訊服務(wù)器，然后通過(guò)五類(lèi)線(xiàn)TCP/TP協(xié)議進(jìn)入監控主機。如下圖所示：

    1）現場(chǎng)設備層主要是連接網(wǎng)絡(luò )中用于漏電及溫度信號采集測量的各類(lèi)型的儀表和保護裝置等，也是構建該監控系統必要的基本組成元素。不僅肩負著(zhù)采集數據的重任，同時(shí)也是執行后臺控制命令的終端元件

    2）通訊控制層主要是由通訊服務(wù)器、接口轉換器件及總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )等組成。該層是數據信息交換的橋梁，不同的接口轉換器件提供了RS232、RS422、RS485、SPABUS等及以太網(wǎng)等各種接口，組網(wǎng)方式靈活，支持點(diǎn)對點(diǎn)的通訊、現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、以太網(wǎng)等類(lèi)型的組態(tài)網(wǎng)絡(luò )。通訊服務(wù)器主要用于直接對現場(chǎng)儀器儀表轉達上位機的各種控制命令，并負責對現場(chǎng)儀器儀表回送的數據信息進(jìn)行采集、分類(lèi)和存儲等工作；接口轉換器件則是由于現場(chǎng)儀表或其它系列的裝置與上位機的通訊接口存在差異，需要進(jìn)行轉換方可進(jìn)行數據交換。

    3）管理測控層是針對監控網(wǎng)絡(luò )的管理人員。該層直接面向用戶(hù)。該層也是系統的上層部分，主要是由電氣火災監控系統軟件和必要的硬件設備如計算機、人機界面、打印機、UPS等。其中軟件部分具有良好的人機交互界面，通過(guò)數據傳輸協(xié)議讀取前置機采集的現場(chǎng)各類(lèi)數據信息，自動(dòng)經(jīng)過(guò)計算處理，以圖形、數顯、聲音等方式反映現場(chǎng)的運行狀況，并可接受管理人員的操作命令，實(shí)時(shí)發(fā)送并檢測操作的執行狀況，以保證供用電單位的正常工作。

2.2 工作原理

    其基本原理是，當電氣設備中的漏電流、溫度等參數發(fā)生異?；蛲蛔儠r(shí)，終端探測頭(如剩余電流互感器、溫度傳感器等)利用電磁場(chǎng)感應原理、溫度效應的變化對該信息進(jìn)行采集，并輸送到監控探測器里，經(jīng)放大、A/D轉換、CPU對變化的幅值進(jìn)行分析、判斷，并與報警設定值進(jìn)行比較，一旦超出設定值則發(fā)出報警信號，同時(shí)也輸送到監控設備中，再經(jīng)監控設備進(jìn)一步識別、判定，當確認可能會(huì )發(fā)生火災時(shí)，監控主機發(fā)出火災報警信號，點(diǎn)亮報警指示燈，發(fā)出報警音響，同時(shí)在液晶顯示屏上顯示火災報警等信息。值班人員則根據以上顯示的信息，迅速到事故現場(chǎng)進(jìn)行檢查處理，并將報警信息發(fā)送到集中控制臺。

3　典型組網(wǎng)方案

1）大型建筑群組網(wǎng)方案

    大型建筑群，樓層高，多棟樓體分散。采用Acrel-6000/Q電氣火災監控設備+ACREL6000/B電氣火災監控設備+電氣火災監控探測器三層結構組網(wǎng)模式，便于區域化管理，采用RS-485網(wǎng)絡(luò )通信，以太網(wǎng)通信，以太網(wǎng)通信，滿(mǎn)足了通信實(shí)時(shí)性高的要求。

2）大型單體建筑組網(wǎng)方案

    大型單體建筑，采用Acrel-6000/Q電氣火災監控設備+電氣火災監控探測器兩層建構組網(wǎng)模式，檢測管理功能，性?xún)r(jià)比高，采用RS-485網(wǎng)絡(luò )，通信介質(zhì)采用屏蔽雙絞線(xiàn)，滿(mǎn)足了通信實(shí)時(shí)性高的要求。

3）中型建筑組網(wǎng)方案

    中型單體建筑，采用Acrel-6000/B電氣火災監控設備+電氣火災監控探測器兩層結構組網(wǎng)模式，造價(jià)經(jīng)濟，性?xún)r(jià)比高，采用RS-485網(wǎng)絡(luò )，滿(mǎn)足了通信實(shí)時(shí)性高的要求。

4）小型建筑電氣火災監控系統

    小型建筑，采用Acrel-6000/B電氣火災監控設備進(jìn)行監控，造價(jià)經(jīng)濟，性?xún)r(jià)比高。

4　設備清單

5　使用電氣火災監控系統時(shí)常見(jiàn)問(wèn)題的解決方法

(1)正常漏電和故障漏電

    由于供電線(xiàn)路和用電設備中存在著(zhù)分布電感和分布電容，交流電流通過(guò)這些分布電感、電容時(shí)就會(huì )形成漏電電流，但這是正常的漏電電流，無(wú)法避免。故障漏電則與正常漏電截然不同，它是由于設備中的絕緣損壞使火線(xiàn)和地（外殼）之間部分或全部短路造成的，是一種嚴重的故障現象，是可能造成電氣火災的重要原因，也是我們要竭力避免的，即使不能避免也應迅速報警以便及時(shí)進(jìn)行處理，這樣才能減少或防止發(fā)生電氣火災的危險。

    正常漏電電流是穩定的、基本不變的，因為分布電感、分布電容是基本不變的。故障漏電是因絕緣損壞而造成的，隨著(zhù)時(shí)間的推移絕緣損壞將進(jìn)一步嚴重，絕緣電阻逐漸下降，故障漏電電流會(huì )逐漸加大，這是正常漏電和故障漏電的大區別。

    根據這兩種電流變化的區別，在大量測得數據的基礎上建立了電流變化的數學(xué)模型，根據這種數學(xué)模型進(jìn)行控制軟件的編制，并在實(shí)際應用中取得較好的效果，使誤報警數量得以減少。

(2)雙路電源供電中PE線(xiàn)共接和N線(xiàn)共接造成的漏電誤報警

    在雙路電源供電系統里，雙路的PE線(xiàn)和N線(xiàn)都要分別接在一起，這導致雙路供電的系統會(huì )發(fā)生一種特殊的漏電現象。當其中的一個(gè)回路已經(jīng)停止供電時(shí)，其漏電監控設備會(huì )顯示該回路有漏電電流，用鉗型電流表測量該回路的N線(xiàn)電流時(shí)，發(fā)現確有電流存在。該回路開(kāi)關(guān)已經(jīng)斷開(kāi)，A、B、C三相沒(méi)有電流，所以N線(xiàn)的電流會(huì )使漏電探測器誤認為存在漏電流。究其原因，是因為雙路電源供電的兩條N線(xiàn)是直接連接在一起的，即使一路電源停電，但是另一路還在供電，其N(xiāo)線(xiàn)中存在電流時(shí)，會(huì )流入另一路的N線(xiàn)中，導致停電回路N線(xiàn)還有電流存在，它將導致停電回路漏電流值超過(guò)報警設定值，使電氣火災監控設備報警，但實(shí)際上這是個(gè)誤報警。

    在沒(méi)有安裝電氣火災監控設備的供電系統中是沒(méi)有任何問(wèn)題的,但是在安裝了電氣火災監控設備的供電系統中這個(gè)問(wèn)題就會(huì )很突出,為了解決這個(gè)問(wèn)題我們提出以下辦法:

    因為兩路供電的N線(xiàn)要接在一起，所以切換開(kāi)關(guān)一定要采用4極開(kāi)關(guān)，在切換時(shí)要使N線(xiàn)與A、B、C三相火線(xiàn)同時(shí)切換，可以保證備用供電系統中的N線(xiàn)與另一路正在使用的供電系統的N線(xiàn)*分離，這個(gè)問(wèn)題也就迎刃而解了。

(3)電磁干擾

    電氣火災監控系統工作在強電系統，能否抵抗強電磁場(chǎng)的干擾是穩定可靠工作的前提。據實(shí)地測量，電氣火災監控系統安裝地點(diǎn)具有以下特點(diǎn)：50Hz工頻電磁場(chǎng)的強度很大，影響也大，部分場(chǎng)合還有諧波及高頻電磁波的干擾，是供電系統中的非線(xiàn)性設備和附近的轉發(fā)器等高頻設備產(chǎn)生的。

    采取把信號懸浮的方法，雙端輸入、雙端輸出，傳輸信號用的二總線(xiàn)采用雙絞線(xiàn)，可以避免50Hz交流電磁場(chǎng)的干擾。

    對于諧波和高頻電磁波的干擾，采用的是“屏蔽”加“濾波”的方法。因為高頻干擾是外部干擾，所以首先要做好“屏蔽”，使干擾信號不能進(jìn)入電路內部；對于沿供電電源線(xiàn)路進(jìn)入內部的諧波干擾，采取在電源進(jìn)線(xiàn)上增加多節多頻譜濾波器的辦法予以濾除。

參考文獻：

[1]安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊2013.1版.

[2] 北京海博智恒電氣防火科技有限公司產(chǎn)品手冊.