安科瑞電氣火災監控系統在北京軌道交通燕房線(xiàn)工程閻村北停車(chē)場(chǎng)的應用

摘要：大型公共建筑，商業(yè)建筑人員密集、社會(huì )關(guān)注度高，其電氣火災預防十分重要。鑒于商業(yè)辦公樓、大型商場(chǎng)、生活小區、基礎設施、商場(chǎng)酒店等人員密集區域的特性，國家和各地區已經(jīng)制定了相關(guān)電氣火災防范的強制規定。而在上述的各種人員密集型場(chǎng)所安裝電氣火災監控系統可以的預防電氣火災的發(fā)生。本文通過(guò)介紹安科瑞Acrel-6000電氣火災監控系統在北京軌道交通燕房線(xiàn)（主線(xiàn)）工程閻村北停車(chē)場(chǎng)電氣火災中的應用，簡(jiǎn)析相關(guān)國家標準和設計規范，概述電氣火災監測系統在電氣火災預防方面的具體架構以及其*性。

0、前言

  近十年的火災事故中，電氣火災居，且年均發(fā)生次數占火災年均總發(fā)生次數的27%，占重特大火災總發(fā)生次數的80%，且損失占火災總損失的53%，而發(fā)達國家每年電氣火災發(fā)生次數占總火災發(fā)生次數的8%~13%。事實(shí)上，電氣火災已成為消防安全的主要致災因素，不僅次數多、損失大，而且多年來(lái)一直居高不下。商業(yè)酒店人員來(lái)往密集、流動(dòng)性大、公共關(guān)注度高，其配電系統電氣火災的預防顯得更加重要。

商業(yè)建筑電氣火災預防主要有以下幾個(gè)方面：

  1)電氣火災一般初起于電氣柜、電纜橋架等內部，當火蔓延至設備及電纜表面時(shí)，已形成較大火勢，此時(shí)火勢往往不容易被控制，故而預防便十分重要。

  2)商業(yè)建筑人員密集度高，人員流動(dòng)性大，易燃物品多，若是發(fā)生火災容易造成傷亡。

  3)商業(yè)辦公樓等商業(yè)建筑社會(huì )關(guān)注度高，若發(fā)生火災事故容易造成不好的社會(huì )影響。

  安科瑞電氣股份有限公司自主研發(fā)的研發(fā)的安科瑞Acrel-6000電氣火災監控系統能夠實(shí)時(shí)監測各個(gè)重要回路的漏電流等參量來(lái)實(shí)現電氣火災的預防。本系統后臺在顯示各個(gè)探測點(diǎn)位數據的同時(shí)，還提供越限聲光報警、人性化的界面等功能。本系統實(shí)現了配電系統的24小時(shí)無(wú)人實(shí)時(shí)監控，減少了人力成本，提高了電氣火災隱患的排除效率。

  本文就電氣火災系統在北京軌道交通燕房線(xiàn)（主線(xiàn)）工程閻村北停車(chē)場(chǎng)項目中的應用，簡(jiǎn)單介紹安科瑞Acrel-6000電氣火災系統的實(shí)際應用和其實(shí)際意義。

1、項目概況

  北京軌道交通燕房線(xiàn)（主線(xiàn)）工程閻村北停車(chē)場(chǎng)項目位于閻村北，項目包含綜合樓、辦公樓、停車(chē)列檢庫、聯(lián)合檢修庫等。

  現針對本項目設計一套電氣火災監控系統，監測其配電回路的漏電流等電參量，確保其整個(gè)配電系統的電氣安全。

  針對本項目的特性，在部分樓層配電柜的重要回路安裝安科瑞研發(fā)的ARCM系列剩余電流式電氣火災監控探測器。電氣火災監控系統須實(shí)時(shí)監測重要回路的剩余電流值、箱體回路的實(shí)時(shí)溫度，監測的數據實(shí)時(shí)傳輸至后臺主機，當發(fā)生剩余電流值越限、溫度越*，后臺能進(jìn)行聲光報警，同時(shí)后臺能夠和消防火災報警系統實(shí)現消防聯(lián)動(dòng)。

2、參照標準

  鑒于公共建筑區域發(fā)生火災容易造成生命財產(chǎn)損失。為了加大電氣火災監控防范的力度，近年來(lái)，國家相繼制訂或修改了一批相關(guān)標準規范。相關(guān)的標準規范已經(jīng)對電氣火災監控系統提出了具體的要求，本項目中選用的安科瑞Acrel-6000電氣火災系統的設計參照的標準主要有：

  1)GB50045-95(2005版)《高層民用建筑設計防火規范》，其中在條文9.5.1里規定:高層建筑內火災危險性大、人員密集等場(chǎng)所宜設置漏電火災報警系統。

  2)國家標準《建筑電氣火災預防要求和檢測方法》有關(guān)條文也明確要求“應在電源進(jìn)線(xiàn)端設置自動(dòng)切斷電源或報警的剩余電流動(dòng)作保護器。

  3)電氣火災監控系統的產(chǎn)品應滿(mǎn)足:GB14287.1-2014《電氣火災監控設備》、 GB14287.2-2014《剩余電流式電氣火災監控探測器》、GB14287.3-2014《測溫式電氣火災監控探測器》

  4)電氣火災監控系統的安裝和運行應滿(mǎn)足GB13955-2005《剩余電流動(dòng)作保護裝置安裝和運行》

  5)電氣火災監控系統的供電應滿(mǎn)足GB50052《供配電系統設計規范》的要求

  6)電氣火災監控系統的設計應滿(mǎn)足《電氣火災監控系統的設計方法》的要求(暫行規定)

3.系統架構及設計

  本項目共計260個(gè)監測點(diǎn)位，分3個(gè)區域。面積較大，因此本方案分層架構：柜體主機+壁掛分機+探測器的架構。

電氣火災監控系統拓撲圖

1)站控管理層

  站控管理層針對電氣火災監控系統的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統的上層部分。安科瑞電氣火災監控系統主機充分考慮到用戶(hù)的操作習慣，和持續穩定運行，參照的相應的國家標準和規范。主機主要由監控軟件、觸摸屏、UPS電源、打印機等設備組成。將現場(chǎng)的各類(lèi)數據信息進(jìn)行計算、分析、處理，并以圖形、數顯、聲音、指示燈等方式反應給終端管理人員。使管理人員能夠實(shí)時(shí)掌握系統動(dòng)態(tài)，且實(shí)現故障信息可追循，信息可導出等功能。

  鑒于本項目中儀表點(diǎn)位以及數據量的規模，現為項目配置1臺柜體式電氣火災主機Acrel-6000/G和2臺壁掛式主機Acrel-6000/B，本主機的具體參數見(jiàn)下文介紹

2)網(wǎng)絡(luò )通訊層

  本項目中的所有儀表須嚴格按照手拉手的形式連接，且所有的通訊總線(xiàn)須沿著(zhù)弱電橋架鋪設。本項目的儀表分布在樓層強電間電氣火災監控探測。

  本項目的數據總線(xiàn)設計為兩根總線(xiàn)，獨立的總線(xiàn)便于后期系統的維護，發(fā)生漏電流報警時(shí)也可以根據后期我方提供的點(diǎn)檢表快速定位故障回路，快速排除故障。

  現場(chǎng)電氣火災探測器通過(guò)雙絞線(xiàn)（R-RVSP2*1.0）以手拉手方式進(jìn)行通訊連接，每根總線(xiàn)的儀表數量在20只左右。

  電氣火災探測器與主機間采用485線(xiàn)連接，分機和柜體主機間采用光纖連接。

3) 現場(chǎng)設備層

  本項目中主要是針對樓層配電箱的進(jìn)線(xiàn)回路安裝安科瑞嵌入式電氣火災探測器，通過(guò)嵌入式電氣火災探測器實(shí)時(shí)監控配電回路的漏電流大小來(lái)顯示整個(gè)配電系統的工作狀態(tài)。

  ARCM系列剩余電流式電氣火災監控探測器，是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統設計的，通過(guò)對配電回路的剩余電流、導線(xiàn)溫度、過(guò)電流、過(guò)電壓等火災危險參數實(shí)施監控和管理，從而預防電氣火災的發(fā)生，并實(shí)現了對多種電力參數的實(shí)時(shí)監測,為能耗管理提供的數據。產(chǎn)品采用的微控制器技術(shù)，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數字化，網(wǎng)絡(luò )化于一身，是建筑電氣火災預防監控、系統絕緣老化預估等的理想選擇。產(chǎn)品符合 GB14287.2-2005《電氣火災監控系統 第2部分：剩余電流式電氣火災監控探測器》的標準要求。

4、系統特點(diǎn)和工作原理

  鑒于本項目的規模，以及本項目電氣火災檢測點(diǎn)位的實(shí)際情況。無(wú)論在終端剩余電流探測器還是后臺主機都是根據本項目的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行設計的。

  本項目的系統特點(diǎn)可總結為一下3點(diǎn)：

  1)終端探測器選用嵌入式電氣火災探測器，方便安裝、節省成本、便于后期維護。

  2)RS485總線(xiàn)連接方便，可操作性強?？偩€(xiàn)布線(xiàn)時(shí)走的是弱電橋架，不會(huì )受到強電的影響，確保的整個(gè)系統的通訊穩定。、

  3)考慮到本項目中儀表數據量，客戶(hù)要求。本項目配置1臺柜體式電氣火災主機Acrel-6000/G和2臺壁掛式主機Acrel-6000/B。主機界面簡(jiǎn)潔，系統操作方便，適合本項目中的配電間環(huán)境和客戶(hù)的相關(guān)操作要求。

電氣火災系統工作原理

  1)剩余電流測量是根據基爾霍夫電流定律：在同一時(shí)刻，電路中流入和流出一個(gè)節點(diǎn)的電流矢量和為零。以TN-S系統為例，將A/B/C/N同時(shí)穿過(guò)剩余電流互感器，當系統未發(fā)生漏電時(shí)，流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和為零，此時(shí)，剩余電流互感器感應出的二次電流也為0;當某相對大地發(fā)生漏電，此時(shí)流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和不再為零，其大小等于從大地流走的電流即漏電流。此漏電信號通過(guò)剩余電流互感器的二次接線(xiàn)傳輸至電氣火災探測器，經(jīng)運算放大、A/D轉換后送入CPU，經(jīng)過(guò)一系列算法后，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，若超出定值則發(fā)出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災監控設備。

  2)終端探測器負責監測各個(gè)回路的剩余電流值，將剩余電流值的數據傳輸至系統主機。終端探測器還負責其監測回路剩余電流值的實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)能夠設置限值，當剩余電流值越*能夠發(fā)出聲光報警，提醒管理人員及時(shí)維護、整改。

  3)儀表通過(guò)RS485總線(xiàn)將數據傳輸至系統主機，系統主機將上傳數據通過(guò)圖形、報表、事件記錄等形式反映整個(gè)系統的運行狀態(tài)。

5、系統設計注意事項和方法

5.1 電氣火災監控系統主要監測剩余電流和溫度兩類(lèi)對象，在設計時(shí)應注意的基本要點(diǎn)

1)關(guān)于剩余電流

  由于剩余電流監測的原理采用了基爾霍夫電流定律，所以，對所應用的低壓配電系統形式有一定要求。目前，可以應用剩余電流互感器的低壓配電系統有：TT系統，IT系統，TN-S系統，不能使用在TN-C系統中。對將要設計安裝電氣火災監控系統的用戶(hù)，不管是新工程或舊工程改造項目，首先要調查核實(shí)該用戶(hù)低壓配電系統的系統接地形式是什么，否則，設計安裝剩余電流互感器的點(diǎn)位進(jìn)行檢測是根本無(wú)法施行的。

  關(guān)于A(yíng)C220V單相供電系統，剩余電流互感器只要套住L/N兩根電源線(xiàn)即可，但要求中性線(xiàn)N此后不容許再接地。對于A(yíng)C380V三相供電系統，由于有三相三線(xiàn)制、三相四線(xiàn)制、三相五線(xiàn)制等使用狀況，則根據具體情況將剩余電流互感器同時(shí)套住A/B/C三相電源線(xiàn)，或同時(shí)套住A/B/C/N線(xiàn)。同理，要求中性線(xiàn)N此后不許再接地，保護線(xiàn)PE不得穿過(guò)互感器。

  在系統接地的形式為T(mén)N-C型時(shí)工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)，將其改造為T(mén)N-S型、TN-C-S型或局部TT型系統后，才可以安裝剩余電流檢測裝置。

2)關(guān)于溫度

  溫度測量與系統接地的形式無(wú)關(guān)，主要考慮包括線(xiàn)纜在內的低壓配電裝置中關(guān)鍵部位的溫度，一般在二級保護的線(xiàn)路中應用。溫度探頭Pt100可采用接觸式布置法，當被檢測對象為絕緣體時(shí)，宜將探測器的溫度傳感器直接設置在被探測對象的表面。當被檢測對象為配電柜內部溫度變化時(shí)，可采用非接觸式布置，靠近發(fā)熱部件。

5.2 系統設計中的點(diǎn)位分配

  根據國家標準GB13955-2005《剩余電流動(dòng)作保護裝置安裝和運行》4.4條中關(guān)于分級保護的規定，安裝剩余電流火災監控裝置時(shí)，點(diǎn)位分配原則的步驟是：

  1)研究分析被控低壓AC380V/220V配電線(xiàn)路的相關(guān)圖紙，將建筑電氣的分布情況調查核實(shí)，確定配電設備(如配電柜、箱、盤(pán)、電纜等重要設備)的位置，把每一個(gè)監控探測器分配到相應的配電設備上，以此來(lái)確定探測器的數量，避免重設浪費。

  2)確定分級保護。為了縮小發(fā)生人身電擊事故和接地故障切斷電源時(shí)引起的停電范圍，通常在供電線(xiàn)路的不同地點(diǎn)安裝三級(或兩級)不同容量的剩余電流保護裝置，以形成分級保護。根據用電負載及線(xiàn)路情況，一般分兩級或三級保護，適用于城鎮和農村*級和第二級保護。其中，重要線(xiàn)路應包括安防、消防、應急電源、通道照明線(xiàn)路及不容許停電的重要場(chǎng)所。

  3)二級保護中，所有開(kāi)關(guān)處都要設置安裝剩余電流火災監控探測器，即在線(xiàn)路的電源端(*級保護)和分支首端(第二級也稱(chēng)為末端保護)都要安裝剩余電流探測器，并接入電氣火災監控系統，用于火災監控報警。

6、系統參數的配置

6.1 報警值設置范圍

  本項目中現場(chǎng)儀表的剩余電流報警值設置在300mA，關(guān)于剩余電流值的設置在相關(guān)的國家標準都有詳細的規定。

  依據國家標準GB14287.2-2005中的規定，剩余電流式電氣火災監控探測器的報警值設置范圍在20~1000mA之間。按此要求，一般把電源總進(jìn)線(xiàn)處的剩余電流動(dòng)作值定為400~800mA，電源分支線(xiàn)路上的剩余電流動(dòng)作值定為100~400mA.一般在實(shí)際現場(chǎng)，設置剩余電流式電氣火災監控探測器的報警值，具體地說(shuō)應不小于被保護電氣線(xiàn)路和設備的正常運行時(shí)泄漏電流大值的2倍，且不大于1000mA。電氣火災探測器的報警設定值應考慮配電系統及用電設備的正常泄漏電流。

6.2 關(guān)于電纜溫升報警設定參考，根據《電力電纜設計規范》對電纜有關(guān)溫度的規定

  1)60℃以上高溫場(chǎng)所應按經(jīng)受高溫及其持續時(shí)間和絕緣類(lèi)型要求，選用耐熱聚氯乙烯、交聯(lián)聚乙烯或乙丙橡皮絕緣等耐熱型電纜100℃以上高溫環(huán)境宜選用礦物絕緣電纜。高溫場(chǎng)所不宜選用普通聚氯乙烯絕緣電纜。

  2)電纜持續允許載流量的環(huán)境溫度應按使用地區的氣象溫度多年平均值確定，并應符合規定。在戶(hù)內電纜溝敷設時(shí)，環(huán)境溫度為場(chǎng)所熱月的日高溫度平均值另加5℃.

  3)電纜所承受溫升與敷設及散熱條件有關(guān)。

7、主要設備參數

  項目中電氣火災監控系統由柜體式電氣火災主機Acrel-6000/G和壁掛式主機Acrel-6000/B、漏電火災探測器ARCM200、漏電流互感器AKH-0.66L組成。

7.1主要技術(shù)參數

電源：

  1)額定工作電壓AC220V（-15% ～ +10%）

  2)備用電源：主電源欠壓或停電時(shí)，維持監控設備工作時(shí)間 ≥4小時(shí)

工作制：

  24小時(shí)工作制

通訊方式：

  RS485總線(xiàn)通訊，Modbus-RTU通信協(xié)議，傳輸距離1.2km，可通過(guò)中繼器延長(cháng)通訊傳輸距離

監控容量：

  1) 監控設備高可監控1024（須定制）個(gè)監控單元（探測器）

  2) 可配接ARCM系列監控探測器

監控報警項目：

  1)剩余電流故障（漏電）：故障單元屬性（部位、類(lèi)型）

  2)溫度報警（超溫）： 故障單元屬性（部位、類(lèi)型）

  3)電流故障（過(guò)流）： 故障單元屬性（部位、類(lèi)型）

  監控報警響應時(shí)間： ≤30s

  監控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m

  監控報警光顯示：紅色LED指示燈，紅色光報警信號應保持，直至手動(dòng)復位

  監控報警聲信號：可手動(dòng)消除，當再次有報警信號輸入時(shí)，能再次啟動(dòng)

故障報警項目：

  1)監控設備與探測器之間的通訊連接線(xiàn)發(fā)生斷路或短路

  2)監控設備主電源欠壓或斷電

  3)給電池充電的充電器與電池之間的連接線(xiàn)發(fā)生斷路或短路

  故障報警響應時(shí)間：≤100s

  監控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m

  監控報警光顯示：黃色LED指示燈，黃色光報警信號應保持至故障排除

  故障報警聲信號：可手動(dòng)消除，當再次有報警信號輸入時(shí)，能再次啟動(dòng)

  故障期間，非故障回路的正常工作不受影響

控制輸出：

  報警控制輸出：1組常開(kāi)無(wú)源觸點(diǎn)，容量：AC250V 3A或DC30V 3A

自檢項目：

指示燈檢查：

  1)報警、故障、運行、主電源、備用電源指示燈

  2)顯示屏檢查

  3)音響器件檢查

  自檢耗時(shí) ≤60s

  事件記錄：

  1)記錄內容：記錄類(lèi)型、發(fā)生時(shí)間、探測器編號、區域、故障描述，可存儲記錄不少于2萬(wàn)條

  2)記錄查詢(xún)：根據記錄的日期、類(lèi)型等條件查詢(xún)

操作分級：

  1)日常值班級：實(shí)時(shí)狀態(tài)監視、事件記錄查詢(xún)

  2)監控操作級：實(shí)時(shí)狀態(tài)監視、事件記錄查詢(xún)、探測器遠程復位、設備自檢

  3)系統管理級：實(shí)時(shí)狀態(tài)監視、事件記錄查詢(xún)、探測器遠程復位、設備自檢，監控設備系統參數查詢(xún)、監控設備各模塊單獨檢測、操作員添加與刪除

使用環(huán)境條件：

  1)工作場(chǎng)所：消防控制室內、有人值班的變配電所（配電室）、有人值班的房間內墻壁上

  2)工作環(huán)境溫度：0℃～40℃

  3)工作環(huán)境相對濕度：5%～95%RH

  4)海拔高度：≤2500m

7.2基本功能

  1)監控報警功能：

監控設備能接收多臺探測器的漏電、溫度信息，報警時(shí)發(fā)出聲光報警信號，同時(shí)設備上紅色“報警”指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類(lèi)型，記錄報警時(shí)間，聲光報警一直保持，直至按顯示屏“復位”按鈕遠程對探測器實(shí)現復位。對于聲音報警信號也可以使用顯示屏“消聲”按鈕手動(dòng)消除。

  2)故障報警功能

  通訊故障報警：當監控設備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障時(shí)，監控畫(huà)面中相應的探測器顯示故障提示，同時(shí)設備上的黃色“故障”指示燈亮，并發(fā)出故障報警聲音。

  電源故障報警：當主電源或備用電源發(fā)生故障時(shí)，監控設備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息，可進(jìn)入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。

3)自檢功能

  檢查設備中所有狀態(tài)指示燈、顯示屏、喇叭是否正常。

4)報警記錄存儲查詢(xún)功能

  當發(fā)生漏電、超溫報警或通訊、電源故障時(shí)，將報警部位、故障信息、報警時(shí)間等信息存儲在數據庫中，當報警解除、排除故障時(shí)，同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢(xún)方法。

5)電源功能

  當主電源發(fā)生停電、欠壓等故障時(shí)，監控設備可自動(dòng)切換到備用電源工作，當主電源恢復正常供電時(shí)，自動(dòng)切回到主電源，切換過(guò)程中保證監控設備連續平穩運行。

6)對探測器控制功能

  通過(guò)監控軟件操作，可對連接到本設備的所有探測器進(jìn)行遠程復位控制。

7)權限控制功能

  為確保監控系統的安全運行，監控設備軟件操作權限分為三級，不同級別的操作員具有不同的操作權限。

8、項目總結

  隨著(zhù)智能建筑及電力系統智能化的發(fā)展，政府及民眾對電力系統的電氣安全的認識度和重視度越來(lái)越高。企業(yè)建筑、公共建筑以及商業(yè)建筑等安裝漏電火災系統是智能化建設的必然趨勢。電氣火災系統有利于發(fā)現安全隱患，及時(shí)提醒管理者處理電力安全隱患，對火災預防有著(zhù)重要的意義。本系統在北京軌道交通燕房線(xiàn)（主線(xiàn)）工程閻村北停車(chē)場(chǎng)投入運行以來(lái)，幫助甲方發(fā)現和整改了多處電氣安全隱患，大大提高了工作人員的工作效率，保證了購物廣場(chǎng)的日常營(yíng)業(yè)的穩定有序的進(jìn)行，并為也管理者的消防管理提供了科學(xué)的依據。

  電氣火災系統的設計，安裝，調試，驗收的整個(gè)過(guò)程既是對電氣安全的一次的檢測，也是對用戶(hù)配電系統管理人員的一次培訓，通過(guò)項目的實(shí)施和系統運用的培訓，讓本項目的電力系統管理人員能夠更加細致的了解本項目配電系統的電氣火災隱患的排除方法，提高其電氣火災防范意識和效率。

  在項目運行正常后，我方還提供了本項目電氣火災系統整套資料，資料中包括本項目電氣火災探測點(diǎn)的點(diǎn)位表，系統使用說(shuō)明書(shū)等。就其中點(diǎn)位表而言，上面標注了本項目中各個(gè)火災探測器安裝回路的具體名稱(chēng)位置，系統正常運行后的實(shí)時(shí)數據。全套資料便于后期管理人員快速掌握系統的架構，提高系統維護效率和故障排查速度。

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