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电气火灾监控系统在轨道交通工程中的设计与应用分析

  电气火灾监控系统在轨道交通工程中的设计与应用分析

  摘 要:为了提高轨道交通安全运营水平,加强电气火灾的预防,指导电气火灾监控系统的建设,需要明确设计原 则、工程接口、注意事项等主要内容。通过对该系统设备技术现状的调研,借鉴其他领域的应用成果,采用“预防为 主、防消结合”的指导原则,研究了轨道交通工程电气火灾监控系统的应用范围、设备选择、管理方式 。提出轨道交 通车站的电气火灾监控系统应用范围宜为变电所低压开关柜、一二级配电箱及主要电缆通道,全线统一性管理是 其发展方向。结合已实施的工程,提出该系统的应用还应关注与其他系统的接口和安装调试环节,以便更好发挥其作用。

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  近年来,电气火灾事故的发生率居高不下,人们对 电气火灾事故的认识和关注度逐步提高,越来越提醒 应把“预防电气火灾事故”提上日程,电气火灾监控系 统的设计以及应用也愈显重要,并已应用到民建、公 路、医院、学校等各个领域 。

  1.轨道交通车站供配电系统概述

  轨道交通典型地下车站为站厅站台 2 层,车站长 度在 200 m 左右,车站面积 1 000多 mi 。根据其建筑规模、负荷分布情况设置 1 座 3510.4 kV 降压变电所为 动力照明负荷供电 。降压变电所设置在重负荷端 [ I]' 便于电缆线路引人、引出,车站降压变电所原则上负责 整个车站及其两端各半个区间的动力照明设备的供 电。此外,在车站的两端各设 1 处 0. 4 kV 环控电控 室,室内设环控电控柜[ 2 ]。 地上车站较地下车站供电 系统相对简化,无环控电控室 。

  由于车站机电设备密集、用电负荷很大,动力配电 采用放射式为主、树干式为辅的供电方式,照明配电采 用放射式与树干式相结合的供电方式[ 3 ] ,变电所出线 回路很多,电缆夹层及电缆通道及吊顶内的电气线路 密集,容易发生电气火灾 。

  2 .电气火灾监控设备的必要性

  城市轨道交通位于城市中心,已成为普通市民交通首 选出行方式。车站作为轨道交通的唯 一通道,人流集中,一旦发生电气火灾就会引起旅客恐慌,导致更 大的人员伤亡及财产损失,还会对轨道交通运营造成 严重影响。

  轨道交通工程中用电设备主要有空调系统的冷却 水泵、冷冻水泵和空调机组,给水、排水泵,消火栓泵和 喷淋水泵、高压汽水雾,送排风系统的送风机和排风、 排烟机组,照明系统,售票网络的终端计算机组,通信、 信号系统,电子监控系统的主机和探头、扶梯、电梯等, 这些用电设备点多、分散,供电距离较长,供电线路极 易发生漏电而引发电气火灾;并且车站的供电线路一 般均采用在吊顶层内沿电缆桥架集中无间隙布置,电 缆的散热条件差,增加了供配电线路的火灾隐患 。此 外,降压变电所内低压柜出线回路很多,动力设备由低 压柜采用放射式供电的回路占总量的 80% 以上,其回 路均需要监测状态。

  轨道交通的安全运行,需要以供电系统的可靠性、 安全性和灵活性为基础,对其提出了更高的要求。传 统的断路器和漏电保护器难以实现智能化的保护功 能,无法有效地预防漏电的发生,更不能对电气火灾进 行防范。在消防工作中,传统的消防配套产品,实际上 基本是以“消”为主,即在火灾发生后,被动地进行消 防联动扑救。电气火灾监控系统是以预防为主,以消 除电气火灾隐患为实施准则。电气火灾监控系统作为 国家认定的消防设备,经过多年在大型公共建筑上的 实际应用,其电气火灾的监控功能、效果很明显,可有 效预防电气火灾的发 生。

  《电气火灾监控系统》( GB14287-2005) l4 l 是第 一部真正的防止电气火灾的产品标准。《火灾自动报 警系统设计规范 》( GB50116一2008) [SJ 、《民用建筑电 气设计规范》( JGJI6-2008) 16l 和《 高层民用建筑设 计防火规范》( GB50045-95) 11l 均将“电气火灾监控 系统”列入规范内容之中 。随着技术发展和监控系统 的日益完善,电气火灾监控系统已经具备设置条件 。 在构建和谐社会的历史条件下,轨道交通设计中应用 电气火灾监控系统势在必行 。同时,这也是轨道交通 设计中电气火灾监控系统防护发展的方向 。

  3.电气火灾监控系统构成

  电气火灾监控系统由执行硬件系统和软件支持系统 2 部分构成,其中硬件系统有检测剩余电流的互感器、剩余电流探测器 、报警器或控制器、终端控制台(含总线转换器、系统软件 、自动转换开关 、UPS 电源等)。见图1.

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  4 轨道交通工程电气火灾监控系统的设计

  4. 1 电气火灾监控系统的设计理念

  电气火灾监控系统的设计,是以“预防胜于救灾”和“预防为主、防消结合”的先进理念和方针为基础 的。电气火灾监控系统能准确、全天候地监测线路中 的漏电、电流、温度等变化 。当线路发生异常时,可迅 速发出报警信号并准确报出故障点,从而把电气火灾 消灭在萌芽状态,为有效预防电气火灾提供了全面的 解决方案 。电气火灾监控系统不仅仅是一个点,而是 一套完整 系统。

  4.2 电气火灾监控系统的设计原则

  首先对建筑物内防火区域做出合理的布局设计, 确定要保护的范围和保护对象的火灾危险性等级;然 后根据保护对象的使用性质、火灾危险性、疏散和扑救 难度,分为特级、一级和二级。在特级和 一级保护对象 中如:火灾危险性较大、人员密集的场所、特别重要的 房间、具有可燃物的库房需要设置电气火灾监控系统; 在这些区域或场所,除干线或总配电箱进线处外,在每 个具体的供电回路和照明回路上也要设计电气火灾监 控探测器,用于监视线路和设备的正常泄漏电流值的 变化,及时发现问题消除隐患。

  4.3 地铁车站电气火灾监控系统的设计范围

  各车站均设置 1 套电气火灾监控系统,主机设置在综合控制室或消防值班室内 。车站内设置电气火灾 监控系统时,首先应对防火区域做出合理的布局设计, 然后再确定保护区域的范围和保护对象火灾危险性等 级。保护对象的顺序依照:低压配电柜、干线电缆、配 电箱(包括:照明配电室中一、二级配电箱,设备房间 一级配电箱,二级配电柜)、竖井中电缆、末端的户箱、 用电设备、照明灯具和应急消防设备等来进行 。对特 定保护对象,在配电室的低压柜出线回路、防火区域照 明配电箱进线处以及人员密集保护等级高的公共场所(如站厅、站台、出人口等)的配电箱内总开关输出端, 应设置电气火灾探测器 。电气火灾监控系统虽然是以 预防为主,但不需在每个配电箱的每个回路都设置,也 不是设置级数越多越精 确 。要按照规范要求的监测点设置电气火灾探测器,实现对本地配电回路漏电电流 及电缆温度的监控、寻址、信息处理、控制等功能 。综 合考虑项目资金情况,应平衡设置数量、产品档次、安 全保障等和戚本之间的关系 。为此,车站的电气火灾 探测器主要应涉及降压所低压柜各回路、采用树干式 供电的一级配电箱(柜)的进线端 。

  特别需要注意的是:重要线路,包括安防、消防、应 急电源、通道照明线路以及不允许停电的重要场所,根 据《剩余电流动作保护装置安装和运行》( GB13955- 2005 )之 4.6 条规定[ 8 ] ,都应该安装纯报警式剩余电 流探测报警器。当系统被检测出异常情况时,电气火 灾监控系统能在不切断电源(不控制脱扣)的情况下 发出警报,通知相关人员。这样,既保证了系统的用电 安全,又保证了系统供电的不间断性 。

  4.4 电气火灾监控系统产品的选择

  电气火灾监控产品出现在国内市场不到 10 年时 间,在《电气火灾监控系统》( GB14287←2005 )颁布实 施以后,电气火灾监控系统产品和应用得到了广泛的 发展 。选择的产品必需通过国家消防电子产品质量监 督检验中心检测 。

  目前,电气火灾监控系统的总线形式没有统一标 准,采用 2 总线和 CAN 总线技术的较多,而采用 CAN 总线技术的较为主流”] 。此类总线价格低,布线简 单,但需注意厂家主机能够支持的总线长度,一般建议 超过 2 km。同时为了布线便利,还要注意产品 主机支 持管理几条总线,以便布线设计及施工更简单。此外, 国内现在有部分电气火灾监控系统专业生产厂家已经 开发出无线网关技术,此项技术可以将几个不同物理 区域的电气火灾监控系统,通过无线技术联接起来而 不需要再穿管布线,这样对于建筑较为分散的 车站费 用有实用价值,也便于未来的系统拓展 。

  4.5 轨道交通电气火灾监控系统统-管理的分析

  目前轨道交通工程中的综合监控系统 [ 川,包括 PSCADA 系统、FAS 系统、BAS 系统均按轨道交通全线 进行统一管理。电气火灾监控系统各车站均设置一套 独立系统,使得站与站之间具备全线统一管理的条件 。

  全线统一管理方式可分为有线组网方式和无线组 网方式。有线组网方式采用双绞线和光纤作为介质, 具有抗电磁、抗干扰性强、抗高温和耐腐蚀性抵御恶劣 的工作环境等优点,但抗冲击力差,连接比较困难,技 术要求较高,弯曲半径不宜太小,一旦出现问题,不易 查找;有线组网方式传输距离短,需加交换设备,定期 维护成本费高。无线组网方式是一种全新的方式,具 有布网便捷,系统能力强等特点,只要在覆盖区域范围 内,所有信息均可以采集,扩展性非常强 。但国家对此 没有相应的规范作为依据,产品成熟的厂商少 。对于

  全线统一管理,不论无线还是有线组网方式,站与站之 间均要加转换设备,通过中央控制室的电气火灾监控 系统主机,对各站的电气火灾监控数据进行采集、处理,以达到对全线范围内的监控目的。

  基于投资的原因,目前轨道交通工程的电气火灾 监控系统采用单独组网实现全线统一管理的不多,但 集成与综合监控系统,实现全线统一管理是一个经济、 实用的选择 。

  5 电气火灾监控应用的注意事项

  要综合考虑电气火灾监控系统的投资与设置范 围,平衡设置监测点的数量、产品档次、安全保障以及 投资之间的关系。一般监测点应设置在低压柜、一级 配电箱中,这样既能保证基本功能,还能节省设备投资 及布线成本 。

  电气火灾监控系统由于跨专业性强,监测数据较 为精密,且各探测器分布较为分散,这就要求在设计过 程中各个环节的接口衔接标识要清晰、完整 。在实施 过程中选用经验丰富、技术可靠的公司进行安装调试, 保证系统在日后运行中的稳定性。

  电气火灾监控系统的施工界面应明确 。目前很多 项目由配电箱厂家负责采购及安装,现场配电箱经常 由几个供应商分别提供,而电气火灾监控系统是一个 完整的系统,一旦“各自为政”,*终可能导致整个系 统无法调试或 调试不通 。有些项目电气火灾监控系统 由消防或弱电专业采购及安装,系统性以及总线敷设 得到了保障,但是大部分安装工作需要协调配电箱供 货商,而这些具体协调工作要涉及到产品选型、型号确 认等 。如果没有一个强有力的合同关系约束,仅通过 业务联 络函沟通,经常会出现各类问题,并 影响工程工 期及质量。 比较现实有效的方法则是由甲方或总包方 牵头,先制定电气火灾监控系统的采购标准,然后将其 按清单分配给不同专业的配电箱供应商,同时将总线 敷设以及 主机调试分配给消防、弱电或专业安装公司, 统一协调以保证系统设计的 顺利实施 。

  6 结语

  由于电气火灾监控系统具有查找并预报火灾事故 隐患的功能,所以它在预防火灾方面的作用非常有效, 电气火灾监控 系统已被广泛应用到 一些已建成的大型 建筑物中 ,发挥了很好的预防作用 ,因此,电气火灾监 控系统应用在轨道交通工程中十分必要。随着电气火 灾监控系统推广程度的不断加深,以及系统功能的不 断完善 ,在其应用中应统筹考虑投资与系统范围的关 系。为保证轨道交通工程的安全运行,电气火灾系统 的应用还应关注与其他系统的接口和安装调试环节,更好地发挥其“以防为主”的作用。


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