轨道交通电气火灾监控-电气火灾监控系统在地铁配电管理系统中的应用
电气火灾监控系统在地铁配电管理系统中的应用
摘要：简要阐述电气火灾的原因及预防方法，对地铁配电系统中装设带有电气火灾监控系统功能的综合监测系统作简要介绍。
关键词：地铁;配电监控系统;电气火灾监控
0引言
电气火灾监控是近年新兴的火灾防范技术，依据国家标准GB14287—2005电气火灾监控系统的规定，电气火灾监控系统由电气火灾监控设备、剩余电流式电气火灾监控探测器、测温式电气火灾监控探
测器组成。根据GB50016-2005建筑设计防火规范的要求，按一、二级负荷供电的消防负载回路宜装设电气火灾监控系统。地铁低压配电系统供电的一、二级负荷很多，包括行车信号、通信、环控通风、防灾报警
(FAS)、设备监控(BAS)、消防泵、消防电梯等系统，所以，地铁供电系统的电气火灾的监控尤为重要。
1电气火灾的原因及预防方法
电气火灾一般指由电器线路、用电设备、器具以及供配电设备出现故障性释放热能，如高温、电弧、电火花以及电热器具的炙热表面，在具备燃烧条件下引燃本体或其他可燃物而造成的火灾。大量火灾统计资料表明，目前我国电气火灾无论在火灾原因还是在火灾直接经济损失方面，多年来均处于各类火灾统计数的首位。通过历史数据分析得出电气火灾的原因及预防方法如下。
(1)引发重特大火灾*多的是电气线路(电线电缆)，其中绝大部分是低压线路电器火灾。
(2)短路，过热、接触不良、过负荷、漏电是造成重特大火灾的主要因素。国内外的火灾现场分析都认为：电弧性短路起火的危险性远大于金属性短路起火，是造成电气火灾的第一原因，对电弧性短路的防范是电气火灾预防的重点。对TN—C—S或TN—S接地系统，其主要故障主要表现如图1。
(3)为防止电弧性接地短路故障引起的电气火灾，一种方法是在电源进线处装设带剩余电流保护功能的断路器(RCD)，利用其剩余电流保护功能切断建筑物电弧性接地故障回路;另一种方法是装设电气
火灾监控系统，在发生接地故障时发出警报，当接地故障电流(包括对地泄漏电流)超过预定值时，能发出报警信号或自动切断电源的剩余电流动作的电气火灾监控装置。一般从发生接地电弧到引起火灾以至火势蔓延，需要一段时间，只要能及时发出报警，有足够时间去检查并排除故障，就能有效地避免电气火灾 的发生。同时，只报警但不切断电源，可以避免电源开关跳闸引起整个建筑物的停电，既保证了用电安全，又保证了供电的不间断性。
2地铁供配电系统的现状
地铁供电系统比较复杂，重要负载均采用放射式结线，接地采用TN—S形式，电线电缆均采用铜导体，电器元气件均采用低烟无卤材料，通常一个地下岛式车站有较大 动力和照明回路上百个，每个回路平均配电距离几十乃至数百米，系统简略示意图见图2。地铁配电系统由于环境条件、敷设方式、供电要求和规范要求不明确等原因，目前存在问题如下。
(1)由于地铁车站内部环境狭小，负荷集中，安装空间有限，大量的电缆敷设在封闭式闷顶中，散热条件差，同时由于绝缘层较厚，散热更加困难，长期运行，绝缘性降低不可避免。
(2)大量的电线回路采用钢管敷设方式，由于这种安装方式难免有绝缘破坏的问题，遇到潮湿气候，漏电流会不断增大，绝缘薄弱处很容易发生电弧性短路，由于地铁的特殊环境和运行的实际情况，短路障的查找极为困难。
(3)地铁供电系统中的大部分回路属于一、二级供电负荷，系统的原有设计没有能及时断电的漏电断路器，这使得供电系统很难及时发现故障隐患，以致引发事故甚至发生火灾。
(4)现行地铁设计规范对于供电系统的监控，重点在高中压系统，要求变电所设计满足综合自动化和电力监控系统(SCADA)的要求，但是对于低压配电回路状态监测没有明文规定，特别是关于电气火灾防范的措施没有明文规定。
(5)地铁相关设计均重视灾害，特别是火灾的防范工作，按照GB50l58—2003地铁设计规范的规定，各地地铁均设置了环境监控系统(BAS)和防灾报警系统(FAS)，但是由于相关系统不可能监视到低压配电系统内部以及传输通道，对由于漏电和电弧性短路而引起的电气火灾缺乏初期判断和报警功能，因而对电气火灾的防范，必须依靠供电系统自行解决。因此，对地铁供电系统的保护应该重点考虑潜在的电气火灾故障，及时组织维修处理，排出隐患，而不是单纯采用切断电源供电的方式。对于地铁供配电系统电气火灾防范主要工作不在于发生火灾后的扑灭，而是火灾发生前的及时发现和检修排除。为了实现及时准确预报供电系统的电气火灾隐患，掌握配电设备运行状态，在地铁动力照明配电系统中装设带有电气火灾监控系统功能的综合监测是很有必要的。
3具有电气火灾监控功能的地铁配电监控系统
具有监测和漏电火灾监测综合 功能的配电监控系统由综合监测装置主机、剩余电流式电气火灾探测器以及带有通信功能的智能仪表或双电源开关以及网络设备等组成，其系统组成见图3。
3.系统主机
系统主机采用工业控制机，具有丰富的软硬件接口，可以通过交换机与现场设备进行通信，实现对配电系统的状态检测和火灾预警和报警;也可以通过接入车站网络与车站FAS系统主机通信，报送火警信息;也可以通过接入地铁通信主干网实现与地铁控制中心的联系，发送维修请求单或预警或火 警信息。
系统现场部分设备由漏电火灾探测器、变电所低压柜的智能仪表、现场设备双电源转换开关(ATS)、以及带通信功能的断路器等部分组成，可以实现对线路和设备的状态监测，实现现场保护、实时通信和报 警功能。
主机与现场设备间采用通信线路相连，通信协议采用如Lonworks、Modbus、Profibus、Spa-bus等现场总线协议，对于数量较多、集中布置的设备，考虑工程造价和工程实
施的便利性，可以采用同种设备组 成现场总线网，再通过接口转换装置接入车站光交换机的方式进行网络组建(图3)。
3.2剩余电流式}乜气火灾探测器
剩余电流式电气火灾探测器是实现电气火灾监控功能的主要部分。安装于各配电柜内的剩余电流式电气火灾探测器，由探测器本体和电流互感器和剩余电流互感器等共同组成，探测器本身具有信号采集、调制、隔离、转换以及网络通信等功能，具体布置见图4。
地铁配电系统剩余电流式电气火灾探测器的配置可以采用两级和三级混合配置方案。第一级设置在变电所低压柜的馈出回路处，第二级一般设置在各现场配电箱进线开关前。若现场配电箱为双电源箱，探测器设在双电源开关馈出回路处，若现场配电箱还有多路馈出回路，则在馈出回路处设置第三级探测器。为了保证监测报警的选择性和准确性，漏电报警值的设定要根据实际情况具体确定。对于总共只有两级的回路，其第一级的漏电电流预警值为300～400mA，报警电流为400～600mA;第二级漏电电流预警值为l00～200mA，报警电流为200～300mA。对于总共有三级探测器的回路，其第一级的漏电电流 预警值为400～500mA，报警电流为500～800mA;第二级漏电电流预警值为300～400mA，报警电流为400～500mA;第三级漏电电流预警值为l00～200mA，报警电流 为200～400mA。以上设置均要求根据现场实际正常泄漏电流进行调整，要求设定值不小于正常运行泄漏电流值的2倍。在设备投入运用之前可以按经验值进行设定。
3.3具有电气火灾监控功能的地铁配电监控系统丰要功能
1)可检测 各回路主要电气参数，包括三相电压电流功 率因数。
(2)检测主 要低压回路开关状态。
(3)探测某一回路剩余电流或设备温度信号，报警电流值 可调。
(4)自动巡检功能。
(5)发出声光报警，准确预报故障位置，并监视探测点变化，打印 故障报表。
(6)储存各种故障及操作实验信号，信号储存时间不小于12个月。
(7)具有与sCADA或FAS系统的通信接口，能将严重故障或火警信息上报至电力调度或车站FAS 主机。
(8)系统主机设在车站综控室内，具有友好的汉化图形人机界面的操作系统和HMI图形监控软件，能够显示图形和文字。同时系统具有开放式的软件和通信接口，可以与外系统通信，以满足系统的可扩展性和兼容性要求。
(9)智能判断功能。
(10)由于地铁内24h有人值班，因而现场设备的操作均不设置 控制功能，全部由人工完成开关动作和转换开关动作。
(11)可扩展性。软、硬件部分 模块标准化，做到结构规范，模块更 换便利，系统更改变动时修改少。
3.4其他需要沌意的问题
(1)设备通信协议尽量统一， 以减少通信协议转换设备数量，保 证车站主控系统对现场总线网路的 通信可靠、实时性高。
(2)采用非独立式剩余电流式电气火灾探测器。
(3)探测器电源尽量使用直流低压，采用后台式供电方案。
