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方案设计

电气火灾监控系统在城市轨道交通中的应用分析

发布时间:2015-8-22 10:40:27  作者:固德力安

  LFS200电气火灾监控监测系统在城市轨道交通中的应用分析

  摘要: 通过对城市轨道交通车站火灾的特点及形成原因进行分析,说明了设置电气火灾监控监测系统的重要性。同时,针对城市轨道交通的实际情况,对电气火灾监控监测系统的设计及设备选进行了探讨,为LFS200电气火灾监控系统在城市轨道交通中的应用提供一些依据。

  关键词: 拔市轨道交通;电气火灾;监测系统;电气火灾监控;电气火灾监控系统

  近10年,我国地铁发展迅速,规模日益壮大。然而,在国内所有地铁的防范措施中,却忽略了对电气火灾发生的预警,有关地铁电气火灾的规范规程严重滞后于发展的需求,人们较少思考对大型电气火灾所应采取的措施。就目前国内整个地铁行业来说,采用电气火灾监控监测系统的地铁线路较少。据了解,目前只有天津、深圳、昆明、无锡等几个城市的地铁项目设置此系统 。而一些未安装电气火灾监控监测系统的地铁线路,存在较大的电气安全隐患。

  本文探讨了城市轨道交通车站火灾的特点及火灾形成的原因,并结合城市轨道交通电气设备设置的现状,河南力安科技就电气火灾监测系统设计及设备选型等方面进行了分析,试为电气火灾监控监测系统在城市轨道交通中的应用提供一些依据 。

  1 电气火灾监测系统设置的必要性

  据公安部消防局《中国火灾统计年鉴 20014》的统计,我国电气事故引起的火灾约占火灾总数的30%,居所有火灾起因中的首位;重大、特大火灾事故中由电气火灾引起的占 70% 还多。如何对电气火灾进行有效的防范,成为国家相关部门越来越重视的问题。

  地铁站是系统设备复杂、人员密集的公共场所,多数构筑于地下。由于城市轨道交通运营环境的特定性,如逃生条件差、逃生途径少、逃生标识不清晰、逃生距离长、允许逃生时间短等,且乘客逃生意识差异大。此外,城市轨道交通火灾还有以下主要特点:人的心理恐慌程度大,行动混乱,很容易发生踩踏事故。浓烟积聚不散,烟雾的控制和排除都比较困难;温度上升快,火势猛烈阶段温度可达到 1000 ℃以上;人员疏散难度大;由于地下空间限制,浓烟、高温、缺氧,以及燃烧产生的有毒气体、视线不清、通信中断等原因,致使救援困难。这些特点导致城市轨道交通发生突发火灾事故时,造成的经济损失和人员伤亡非常大,甚至产生不利的政治影响。根据统计,国内外城市轨道交通火灾事故中,因电气设备造成的大型火灾事故占比高达32% ,所占比例为最高。由此可见,设置针对城市轨道交通电气设备的电气火灾监控系统是非常必要的 。

  2 城市轨道交通电气火灾形成原因分析

  力安科技通过对世界各国发生的几十宗大型地 铁火灾事故进行了统计分析,得到的地铁火灾事故发生原因比例如图 1所示。

世界各国地铁火灾事故发生原因比例.jpg

  图 1 显示,电气火灾是引发地铁火灾的主要原因。

  造成电气设备火灾的原因,除设备突然受雷击等外界因素外,大多是因电气设备的管理不当和电气设

  备自身的隐患引起的,并且很多都是逐步发生的,经过一段时间恶性循环后,最终造成重大火灾损失。以 下是常见电气设备发生火灾的几种主要原因。

  1)过载:电器设备、导线的电流超过其额定值,会使电气设备或导线产生过热现象。当过热达到一 定温度时,就会引燃电气设备或导线的绝缘材料而导致火灾。另外,过载发热使导线的绝缘层加速老化、绝缘程度降低,在发生过电压时,绝缘层被击穿,也会导致火灾。

  2 )短路:是部分绝缘破坏而引起的故障。电气设备绝缘层受到破坏,使两线在电阻很小的情况下相碰,产生电弧或火花,电弧泪度很高,可达 6000℃以上,不但可引燃绝缘材料,还可引燃附近的可燃物和粉尘,从而造成火灾 。

  3)接触不良:在导线与导线或导线与电器设备的连接处发生接触不良时,电流通过就会产生较大热盐,造成局部过热,使连接处瘟度升高;高温又使 连接处的接触电阻进一步增大 ,形成恶性循环,使绝缘损坏,造成短路,并出现电弧、电火花,成为潜在的点火惊,从而引发火灾。

  4)静电:逐渐累积的静电荷形成高 电位,在一定条件下,将周围空气介质击穿,对金属放电并产生火花静电在放电过程中,能转换成声、光、热能,当条件合适时,也就是在可燃物、助燃物和引燃源、三者同时存在的情况下,静电所产生的电火花就可能引起火灾事故。

  5)电气回路高次谐披过载:现在不少电器是非线性负载 ,能产生各种高次谐议。若谐波电流进入公用电网则可引起电源电压畸变、被形失真、损耗增加,并使电气线路过载发热,加速绝缘老化而造成火灾隐患。

  3 电气火灾监测系统设计及设备选型

  3.1 电气火灾监控监测系统构成

  城市轨道交通电气火灾监测系统存在有线传输和元线传输两种不同的组网方式。本文对采用无线组网方式的系统构成进行探讨,再对两种组网方式进行比较分析。电气火灾监测系统由电气火灾监控主机、安装在监测对象上的测温式电气火灾探测器、剩余电流式电气火灾探测器、元钱数据集中器及现场总线等组成。各车站设置 1 台电气火灾监控主机。每个车站的电气火灾监测系统是一个相对独立的系统,在主干传输网络出现故障的情况下,各车站电气火灾监控系统仍能正常工作。电气火灾监测系统的构成如图 2 所示。

电气火灾监控监测系统结构图_副本.jpg

图2 电气火灾监控监测系统结构图

  3.2 电气火灾监控监测系统功能实现

  3.2. 1 车站级功能

  车站综合监控系统接收并储存电气火灾监测系统主要民备(探测器、主机、电源等)的主要运行状态

  信息,实时探测电气设备温度、剩余电流信息,并提供监测范围内的实时温度、剩余电流、在线温升变化等图文资料 ,以图文方式显示在车站综合监控系统的车站工作站上;接收车站电气火灾报警井显示报警位置;电气火灾报警时车站值班员能通过菜单方式了解报警位置及设备等更详细的信息资料,在输入正确的密码、确认报警情况后可关闭声光报警。

  3.2.2 现场级功能

  1) 电气火灾监控监测系统能够同时接收、处理来自 测温式电气火灾探测器、剩余电流式电气火灾探测器的探测信号。

  2)电气火灾监控监测系统各类探测器的探测信息 达到预先设定的报警阀值时会进行芦光报警,并在电气火灾监控主机的显示屏上显示报 警位置 、探测器实测值.监控主机能够按用户级和管理级权限进行灵活设置,管理级具有灵活分配模块操作权限的功能.

  3)电气火灾监控主机具有以太网接口, 通过该接口可直接与车站综合监控系统连接。电气 火灾监控主机能够接收来自车站综合监控系统的时钟同步信号,以达到时钟的统一。

  4) 电气火灾监控监测系统按用户要求划分显示分 区 各个控制分区可以设定不同的响应灵敏度及差 温、定温报警值。电气火灾监测系统具有差、定温报警功能,其设备具备自检功能,能够对电气火灾监控主机故障、电气火灾探测器故障等进行报警。

  5)电气火灾监控监测系统可提供完整的历史数据档案记录,可供现场随时查询工作记录。

  3.3 网络传输方案比较及选择

  目前,电气火灾监测系统主流应用产品有两种网络传输方案:

  1) 有线传输方案一一采用传统有线传输方式进行组网。

  2)无线传输方案一一数据集中器和分离式的电气火灾监控探测器采用蓝牙无线传输方式,而数据集中器和监控设备采用有线传输方式进行组网。

  电气火灾监控监测系统的两种网络传输方案比较如表 1所示。

电气火灾监控系统两种网络传输方案比较.jpg

  选择有线传输或无线传输最终方案的决定因素还是一个投资回报率,也就是如何平衡硬件和安装成本之间的关系,同时还要考虑各地消防部门对两种方案的认可程度 。

  3.4 设备选型

  由于电气火灾监控监测系统纳入了消防验收的范围,因此选用的设备必须是获得国家消防法定检测机构检验合格并出具型式试验报告的产品。

  3. 4 . 1 不同探测部位电气火灾监控探测器的选型

  目前,对电气火灾早期判断的技术主要是以温度探测和剩余电流探测为主。因此,根据城市轨道交通电气火灾发生的部位和原理,可分别对不同对象采用不同的探测器。

  1)高中压台式设备接头的温度探测:对于高中压台式电气设备变压器35 kV侧/400 v 侧引流线接头处,以及低压开关柜进线柜、母联柜和馈线回路断路器两侧接头的温度探测, 应采用测温式电气火灾监控探测器。测温式电气火灾监控探测器由温度探头、探测模块和自取电模块等组成,每个探测器可配备 1~6 个测温探头。为保证高压设备的绝缘强度不受影响,探测器应采用等电位工作方式。

  2)低压馈线回路的剩余电流监测:对于需要探测剩余电流的回路应采用剩余电流式电气火灾监控探测器。剩余电流式电气火灾监控探测器由剩余电流检测元件、现场处理设备和集中监控设备等组成(如图 3所 示)。剩余电流检测器的工作原理是基于基尔霍夫电流定律,即电路内任意点的电流矢量和等于零。检测剩余电流时,让三相导线和中性线穿过一个电流互感器,未发生接地故障时,无论三相负荷是否平衡,电流矢量和均为零;当发生接地故障时,故障电流会经过故障点流入大地 ,使电流互感器中电流矢量和不为零,此电流值即为剩余电流值。

剩余电流式电气火灾监控探测器构成框图.jpg

  3)母线电缆、桥架、电缆夹层的温度探测 :可采用线型感温光纤温度探测器。线型感温光纤温度探测器采用背向喇曼散射和 OTDRC 光时域反射仪) 技术,利用的是激光在光纤中传输能够产生背向散射的原理,即把一定指标要求的脉冲激光偶合到光纤里,与光纤中的分子相互作用,一些光子被散射回来。散射回来的光子携带着分子的热运动信息,散射光的光谱带有光纤的温度信息,将散射回来的光波经波分复用、放大、光电转换、解调后,送入信号处理系统便可将温度信号实时显示出来。因激光的光速已知,所以可根据激光脉冲在光纤中的传输时间来确定热点的位置(即光雷达原理)。以极短时间间隔对整条光纤扫描,就可确定温度沿光纤的分布情况,即温度与距离的对应关系。

  3.4.2 电气火灾监控主机选型

  作为电气火灾监控监测系统最主要的设备,监控主机应具备以下功能:

  1) 对所有监控节点具有实时监控报警功能,被监控的电力线路和设备的漏电量达到动作阈值时, 监控主机应能在 15 s 内发出声光报警,并在显示屏上显示有关的报警数据。

  2)对电气火灾监控监测系统本身具有故障自动巡检功能。发生系统故障时(如探测器故障、信号总线开路或短路等),应在 30 s 内发出区别于监控报警的声光报警信号,并在显示屏上显示有关的故障报警数据。

  3)监控报警应具有优先功能,在任何监控查询状态下,发生监控报警时均能在监控主机上第一时间报警和显示。当发生多个监控节点的漏电越限报警时,监控主机应能根据事件发生的先后顺序依次报警和显示 。在这种情况下,即使进行过消音操作,声报警亦应能重复启动,光报警应持续保持。

  4)在平时监控状态下,监控主机显示屏上应能显示和查询所有监控节点的实时剩余电流值。

  5)电气火灾监控主机应具有对漏电监控的预警功能,以提醒运营值班人员预先警觉并排除隐患,避免故障扩大。当现场任一监控节点的实时漏电量达到设定值的50%时,监控主机应发出漏电预警的声光信号,其声信号应与监控报警时有明显区别。

  6)电气火灾监控主机应具有对监控节点的温度检测报警功能,以备必要时可对需要的监控回路加装温度探测装置 。监控主机发出温度监控报警的时间应不大于 30 s,实时温度显示范围为40 ℃~140 ℃。

  7)电气火灾监控主机显示屏应具有图形显示功能,能以监控系统固和监控平面图方式实时显示系统监控状态 。

  8)电气火灾监控主机应具有远程在线干预功能,可对任一监控节点的漏电、温度报警动作值等进行设定和修改 。

  4 结语

  城市轨道交通车站内各系统设备的结构繁杂、节点分散、隐患不易察觉,故障又多为设备的内部故障。这是运营人员对设备进行维护的难点所在。即使发现有故障隐患,排查工作量也相当大。所以,出于对电气火灾的早期预防、消除火灾隐患的考虑,分析


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