任華

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定

摘要：電氣火災作為一種災害，在經(jīng)濟迅速發(fā)展的形勢下，給國家財產(chǎn)和人民的生命安全造成的損失也與日俱增。據(jù)統(tǒng)計，80 %以上的火災為建筑火災，而電氣則是引發(fā)建筑火災的首要因素。為預防接地故障引起的電氣火災，國家和各地區(qū)已經(jīng)制定了相關電氣火災防范的強制規(guī)定。在各種人員密集型場所安裝電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)可以有效的預防電氣火災的發(fā)生。本文通過介紹安科瑞Acrel-6000/B電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在京津城際延伸線天津于家堡項目中的應用，簡析相關國家標準和設計規(guī)范，概述電氣火災監(jiān)測系統(tǒng)在電氣火災預防方面的具體架構以及其優(yōu)越性。

關鍵詞： 土建類；電氣火災；京津城際延伸線；安科瑞；

0 前言

    公安部消防局《中國火災統(tǒng)計年鑒》顯示：近十年的火災事故中，電氣火災居首位，且所占比例在30%，且逐年呈上升趨勢，造成的損失十分慘重。事實上，電氣火災已成為消防安全的主要致災因素，不僅次數(shù)多、損失大，而且多年來一直居高不下。

    土建類電氣火災預防主要難點有以下幾個方面：

    0.1 配電系統(tǒng)的電纜一般都在橋架或地溝內，當線纜老化并發(fā)生漏電時，若沒有系統(tǒng)的預警，現(xiàn)場管理人員無從查找故障點。

    0.2 電氣火災隱患產(chǎn)生非常隱蔽，無論在時間上還是在空間上都無跡可尋。

    0.3 本建筑性質為土建類，對配電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性、配電系統(tǒng)安全性要求都很高，電氣火災隱患的預防就顯得十分重要。

    針對以上幾個方面，安科瑞電氣股份有限公司以其自主研發(fā)的ARCM系列電氣火災監(jiān)控探測器為基礎，通過對RS485總線技術、終端微機軟件顯示技術的集成，研發(fā)了安科瑞Acrel-6000/B電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)后臺在顯示各個探測點位數(shù)據(jù)的同時，還提供越限聲光報警、人性化的界面等功能。本系統(tǒng)實現(xiàn)了配電系統(tǒng)的24小時無人實時監(jiān)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(tǒng)在京津城際延伸線天津于家堡項目中的應用，簡單介紹安科瑞Acrel-6000/B電氣火災系統(tǒng)的實際應用和其實際意義。

1 項目概況

    為了監(jiān)控整個配電系統(tǒng)是否存在電氣火災隱患，現(xiàn)須根據(jù)本項目的情況設計一套電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。

    針對本項目的特性，為預防接地故障引起的電氣火災，結合本工程的重要性，本工程變配電室出線柜均配置漏電火災報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)主機、現(xiàn)場監(jiān)控器以及數(shù)據(jù)集中控制器。漏電火災報警主機設置在于家堡消防控制室。系統(tǒng)在始發(fā)井和到達井變配電室的低壓出線柜處設置漏電火災探測器，對該處的漏電電流進行監(jiān)控，當探測到配電回路漏電電流大于300mA、工作電流超過時限設定的報警值時，即發(fā)出聲光報警信號，準確報出故障點地址，監(jiān)視故障點變化，顯示其狀態(tài)，對設備用電回路僅給出報警信號，不切斷其電源。

2 參照標準

    鑒于公共交通土建類項目發(fā)生火災容易造成人員生命財產(chǎn)損失。為了加大電氣火災監(jiān)控防范的力度，近年來，國家相繼制訂或修改了一批相關標準規(guī)范。相關的標準規(guī)范已經(jīng)對電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)提出了具體的要求，本項目中選用的安科瑞Acrel-6000/B電氣火災系統(tǒng)的設計參照的標準主要有：

    2.1 國家標準《建筑電氣火災預防要求和檢測方法》有關條文也明確要求“應在電源進線端設置自動切斷電源或報警的剩余電流動作保護器。

    2.2 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)品應滿足:GB14287.1-2005《電氣火災監(jiān)控設備》、 GB14287.2-2005《剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》、GB14287.3-2005《測溫式電氣火災監(jiān)控探測器》

    2.3 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的安裝和運行應滿足GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》

    2.4 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的供電應滿足GB50052《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》的要求

    2.5 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計應滿足《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法》的要求(暫行規(guī)定)

3 系統(tǒng)架構及設計

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)拓撲圖

3.1 站控管理層

    站控管理層針對電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的最上層部分。安科瑞電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)主機充分考慮到用戶的操作習慣，和持續(xù)穩(wěn)定運行，參照的相應的國家標準和規(guī)范。主機主要由監(jiān)控軟件、觸摸屏、UPS電源、打印機等設備組成。將現(xiàn)場的各類數(shù)據(jù)信息進行計算、分析、處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音、指示燈等方式反應給終端管理人員。使管理人員能夠實時掌握系統(tǒng)動態(tài)，且實現(xiàn)故障信息可追循，信息可導出等功能。

    鑒于本項目中儀表點位以及數(shù)據(jù)量的規(guī)模，現(xiàn)為項目配置安科瑞Acrel-6000/B主機，本主機的具體參數(shù)見下文介紹。
3.2 網(wǎng)絡通訊層

    本項目中的所有儀表須嚴格按照手拉手的形式連接，且所有的通訊總線須沿著弱電橋架鋪設。本項目的儀表分布在始發(fā)井及到達井變配電室配電柜。

    本項目的數(shù)據(jù)總線設計為一根總線，獨立的總線便于后期系統(tǒng)的維護，發(fā)生漏電流報警時也可以根據(jù)后期我方提供的點檢表快速定位故障回路，快速排除故障。

    現(xiàn)場始發(fā)井配電室出線柜上安裝的40塊電氣火災探測器通過雙絞線（ZR-RVSP2*1.0）以手拉手方式進行通訊連接然后經(jīng)過光貓將電信號轉為光信號經(jīng)光纖傳輸?shù)降竭_井配電室，再經(jīng)光貓將光信號轉換為電信號，然后這根總線再接入到達井配電室出線柜上的23塊電氣火災探測器，最終這根總線接入到于家堡消防控制室的電氣火災監(jiān)控主機上。

3.3 現(xiàn)場設備層

    本項目中主要是針對變配電室出線回路安裝安科瑞嵌入式電氣火災探測器，通過嵌入式電氣火災探測器實時監(jiān)控配電回路的漏電流大小來顯示整個配電系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

    ARCM系列剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器，是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統(tǒng)設計的，通過對配電回路的剩余電流、導線溫度、過電流、過電壓等火災危險參數(shù)實施監(jiān)控和管理，從而預防電氣火災的發(fā)生，并實現(xiàn)了對多種電力參數(shù)的實時監(jiān)測,為能耗管理提供精確的數(shù)據(jù)。產(chǎn)品采用先進的微控制器技術，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數(shù)字化，網(wǎng)絡化于一身，是建筑電氣火災預防監(jiān)控、系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng) 第2部分：剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》的標準要求。

4 系統(tǒng)特點和工作原理

    鑒于本項目的規(guī)模，項目電氣火災檢測點位的實際情況。無論在終端剩余電流探測器還是后臺主機都是根據(jù)本項目的實際情況來進行設計的。

4.1 本項目的系統(tǒng)特點可總結為一下3點：

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

    4.1.2 RS485總線連接方便，可操作性強。總線布線時走的是弱電橋架，不會受到強電的影響，確保的整個系統(tǒng)的通訊穩(wěn)定。

    4.1.3 考慮到本項目中儀表數(shù)據(jù)量，客戶要求。本項目的主機選用壁掛式。壁掛式主機界面簡潔，系統(tǒng)操作方便，適合本項目中的配電間環(huán)境和客戶的相關操作要求。

4.2 電氣火災系統(tǒng)工作原理

    4.2.1 剩余電流測量是根據(jù)基爾霍夫電流定律：在同一時刻，電路中流入和流出一個節(jié)點的電流矢量和為零。以TN-S系統(tǒng)為例，將A/B/C/N同時穿過剩余電流互感器，當系統(tǒng)未發(fā)生漏電時，流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和為零，此時，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。此漏電信號通過剩余電流互感器的二次接線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)過一系列算法后，對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設定值進行比較，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(jiān)控設備。

    4.2.2 終端探測器負責監(jiān)測各個回路的剩余電流值，將剩余電流值的數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)主機。終端探測器還負責其監(jiān)測回路剩余電流值的實時顯示，同時能夠設置限值，當剩余電流值越限時能夠發(fā)出聲光報警，提醒管理人員及時維護、整改。

    4.2.3 儀表通過RS485總線將數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)主機，系統(tǒng)主機將上傳數(shù)據(jù)通過圖形、報表、事件記錄等形式反映整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

5 系統(tǒng)設計注意事項和方法

5.1 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)測剩余電流和溫度兩類對象，在設計時應注意的基本要點

    5.1.1 關于剩余電流

    由于剩余電流監(jiān)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(tǒng)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(tǒng)有：TT系統(tǒng)，IT系統(tǒng)，TN-S系統(tǒng)，不能使用在TN-C系統(tǒng)中。對將要設計安裝電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的用戶，不管是新工程或舊工程改造項目，首先要調查核實該用戶低壓配電系統(tǒng)的系統(tǒng)接地形式是什么，否則，設計安裝剩余電流互感器的點位進行檢測是根本無法施行的。

    關于AC220V單相供電系統(tǒng)，剩余電流互感器只要套住L/N兩根電源線即可，但要求中性線N此后不容許再接地。對于AC380V三相供電系統(tǒng)，由于有三相三線制、三相四線制、三相五線制等使用狀況，則根據(jù)具體情況將剩余電流互感器同時套住A/B/C三相電源線，或同時套住A/B/C/N線。同理，要求中性線N此后不許再接地，保護線PE不得穿過互感器。

    在系統(tǒng)接地的形式為TN-C型時工業(yè)自動化網(wǎng)，必須將其改造為TN-S型、TN-C-S型或局部TT型系統(tǒng)后，才可以安裝剩余電流檢測裝置。

    5.1.2 關于溫度

    溫度測量與系統(tǒng)接地的形式無關，主要考慮包括線纜在內的低壓配電裝置中關鍵部位的溫度，一般在二級保護的線路中應用。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，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，可采用非接觸式布置，靠近發(fā)熱部件。

5.2 系統(tǒng)設計中的點位分配

    根據(jù)國家標準GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》4.4條中關于分級保護的規(guī)定，安裝剩余電流火災監(jiān)控裝置時，點位分配原則的步驟是：

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

    5.2.2 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引起的停電范圍，通常在供電線路的不同地點安裝三級(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(jù)用電負載及線路情況，一般分兩級或三級保護，適用于城鎮(zhèn)和農(nóng)村第一級和第二級保護。

    其中，重要線路應包括安防、消防、應急電源、通道照明線路及不容許停電的重要場所。

    5.2.3 二級保護中，所有開關處都要設置安裝剩余電流火災監(jiān)控探測器，即在線路的電源端(第一級保護)和分支首端(第二級也稱為末端保護)都要安裝剩余電流探測器，并接入電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，只作火災監(jiān)控報警用。

    5.2.4 溫度檢測是以配電設備異常時發(fā)熱為基本原則而進行的。

    1)變壓器低壓側出線端子、變壓器體溫(風溫、油溫、水溫)測試點、負荷開關觸頭。

    2)各配電柜(箱)的進出母線接點、自動開關(斷路器、刀開關)觸頭、大電流導線集中部位、線纜駁接點。

    3)母聯(lián)柜主接點、刀開關觸頭。

    4)補償電容器接線端子、轉換開關觸頭。

    5.2.5 根據(jù)點位安裝總數(shù)，再選擇相應的壁掛、立式或琴臺。

6 系統(tǒng)參數(shù)的配置

6.1 報警值設置范圍

    本項目中現(xiàn)場儀表的剩余電流報警值設置在300mA，關于剩余電流值的設置在相關的國家標準都有詳細的規(guī)定。

    依據(jù)國家標準GB14287.2-2005中的規(guī)定，剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器的報警值設置范圍在20~1000mA之間。按此要求，一般把電源總進線處的剩余電流動作值定為400~800mA，電源分支線路上的剩余電流動作值定為100~400mA.一般在實際現(xiàn)場，設置剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器的報警值，具體地說應不小于被保護電氣線路和設備的正常運行時泄漏電流最大值的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(tǒng)及用電設備的正常泄漏電流。

6.2 關于電纜溫升報警設定參考，根據(jù)《電力電纜設計規(guī)范》對電纜有關溫度的規(guī)定

    6.2.1 60℃以上高溫場所應按經(jīng)受高溫及其持續(xù)時間和絕緣類型要求，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。高溫場所不宜選用普通聚氯乙烯絕緣電纜。

    6.2.2 電纜持續(xù)允許載流量的環(huán)境溫度應按使用地區(qū)的氣象溫度多年平均值確定，并應符合規(guī)定。在戶內電纜溝敷設時，環(huán)境溫度為場所最熱月的日最高溫度平均值另加5℃.

    6.2.3 電纜所承受溫升與敷設及散熱條件有關。

7 主要設備參數(shù)

    京津城際延伸線天津于家堡項目電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)由電氣火災監(jiān)控裝置Acrel-6000/B、漏電火災探測器ARCM200BL-J1、漏電流互感器AKH-0.66L組成。關于儀表和互感器在此就不多做介紹，相關資料可登陸安科瑞官網(wǎng)http://www.acrel.cn查詢。

7.1.1 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，維持監(jiān)控設備工作時間 ≥4小時

7.1.2 工作制：

    24小時工作制

7.1.3 通訊方式：

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

7.1.4 監(jiān)控容量：

    ① 監(jiān)控設備最高可監(jiān)控1024（須定制）個監(jiān)控單元（探測器）

    ② 可配接ARCM系列監(jiān)控探測器

7.1.5 監(jiān)控報警項目：

    ① 剩余電流故障（漏電）：故障單元屬性（部位、類型）

    ② 溫度報警（超溫）： 故障單元屬性（部位、類型）

    ③ 電流故障（過流）： 故障單元屬性（部位、類型）

    監(jiān)控報警響應時間： ≤30s

    監(jiān)控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m

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

    監(jiān)控報警聲信號：可手動消除，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動

7.1.6 故障報警項目：

    ① 監(jiān)控設備與探測器之間的通訊連接線發(fā)生斷路或短路

    ② 監(jiān)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發(fā)生斷路或短路

    故障報警響應時間：≤100s

    監(jiān)控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m

    監(jiān)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：可手動消除，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動

    故障期間，非故障回路的正常工作不受影響

7.1.7 控制輸出：

    報警控制輸出：1組常開無源觸點，容量：AC250V 3A或DC30V 3A

7.1.8 自檢項目：

    ① 指示燈檢查：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 ≤60s

7.1.9 事件記錄：

    ① 記錄內容：記錄類型、發(fā)生時間、探測器編號、區(qū)域、故障描述，可存儲記錄不少于2萬條

    ② 記錄查詢：根據(jù)記錄的日期、類型等條件查詢

7.1.10 操作分級：

    ① 日常值班級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢

    ② 監(jiān)控操作級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢

    ③ 系統(tǒng)管理級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢，監(jiān)控設備系統(tǒng)參數(shù)查詢、監(jiān)控設備各模塊單獨檢測、操作員添加與刪除

7.1.11 使用環(huán)境條件：

    ① 工作場所：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

7.2.1 監(jiān)控報警功能：

    監(jiān)控設備能接收多臺探測器的漏電、溫度信息，報警時發(fā)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，直至按顯示屏“復位”按鈕遠程對探測器實現(xiàn)復位。對于聲音報警信號也可以使用顯示屏“消聲”按鈕手動消除。

7.2.2 故障報警功能

    通訊故障報警：當監(jiān)控設備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障時，監(jiān)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(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，監(jiān)控設備也發(fā)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。

7.2.3 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。

7.2.4 報警記錄存儲查詢功能

    當發(fā)生漏電、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(shù)據(jù)庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法。

7.2.5 電源功能

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

7.2.6 對探測器控制功能

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

7.2.7 權限控制功能

    為確保監(jiān)控系統(tǒng)的安全運行，監(jiān)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。

項目總結

    本項目實施過程中，我方協(xié)助施工單位，對部分進線回路漏電流隱患的排除。其中漏電流過大主要是因為部分回路零線連接至地線上的緣故。

    電氣火災系統(tǒng)的設計，安裝，調試，驗收的整個過程既是對電氣安全的一次全面的檢測，也是對用戶配電系統(tǒng)管理人員的一次全面培訓，通過項目的實時和系統(tǒng)運用的培訓，讓本項目的電力系統(tǒng)管理人員能夠更加細致的了解本項目配電系統(tǒng)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(tǒng)整套資料，資料中包括本項目電氣火災探測點的點位表，系統(tǒng)使用說明書等。就其中點位表而言，上面標注了本項目中各個火災探測器安裝回路的具體名稱位置，系統(tǒng)正常運行后的實時數(shù)據(jù)。全套資料便于后期管理人員快速掌握系統(tǒng)的架構，提高系統(tǒng)維護效率和故障排查速度。

    安科瑞電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)自投入市場以來，運行良好，在預防電氣火災方面發(fā)揮了重要作用，已獲得了客戶對產(chǎn)品和公司的認可和肯定。

參考文獻

[1].任致程 周中. 電力電測數(shù)字儀表原理與應用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4

作者簡介：

任華，男，本科，安科瑞電氣股份有限公司，工程師，郵箱：2880157851@qq.com

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