高速公路隧道变电所电气火灾监控系统

　　电气火灾监控系统在高速公路隧道变电所应用探讨

　　前言

　　近年来随着高速公路的发展 ，隧道的数量快速增长，隧道己成为高速公路上的火灾重点防范区现阶段，高速公路隧道的火灾报警系统主要包括隧道洞内分布式的光纤，光栅感温探测系统 和隧道变电所的感烟探测系统，而在大型发电厂，城市电网中早己实施的应对剩余电流和设备过热 问题的电气火灾监控系统，仍未在高速公路隧道变电所中得到应用。

　　高速公路隧道变电所的供配电系统是整个隧道其他各系统的能源供应基地，隧道变电昕的供配电系统电力供应可靠性，安全性的优劣 ，不仅关系到项目的投资风险，也影响项目建成后运营的稳定性，管理的效益性和社会影响的政治性等。电气设备过热长期恶性循环，往往是大型事故的隐患，也是令各路段业主和工程师困扰却又没有很好办法解决的问题.设备过热的主要原因集中体现在设备质量问题，工艺质量问题，设备长期运 行老化问 题和技术手段问题，例如在变电所中高压开关柜的动静触头及其他连接处，电缆接头，电缆中间连接处，高压电缆的局部放电等 位置过热如何实施在线检测，检测设备如何安装在高压带电体上，如何进行设备安全预测和温度趋势变化分析，如何通过实时数据对设备质量，工程质量，运行环境，运行方式，设备老化 疲劳状态，负荷不平衡等进行科学分析，诸多的技术难题使电力系统运行的安全水平受到一定的限制。虽然曾尝试运用红外测温 仪，感温电缆，传统的点式测温系统，也都无法实现开关柜内的完善测温，对全封闭金属铠装柜更是无能为力 ，无法检测电缆的局部放电问题，无法实现在线检测，无法为安全，经济运行，高效检修提供科学依据，无法将故障，事故消除在萌芽状态。

　　而尚未引入高速公路监控系统的电气火灾监控系统将能彻底地解决这一问题，实现供配电系统一次设备的实时在线检测通过对设备实时数据的分析和预测，防止事故的发生，真正做到防患于未然.同时，也提高了状态检修效率，大大降低了检修成本和管理成本。

      关键词：火灾监控系统 电气设备 高速公路隧道 剩余电流 变电所 线型感温火灾探测器 感温探测器 电气火灾 火灾报警系统 测温

　　一、系统简介

　　电气火灾监控系统是为预防电气设备由于种种原因造成电击伤人，剩余电流或设备过热引起火灾而设置的专用监控系统，是对电气设备安装工艺，设备质量，意外事故发生的长期实时的监测。该系统对电力系统或电气没备是否正常运行不予以监控，专用于预防电气设备 ”放电、放火 ”;对于电气火灾监控系统的报警信息不用于电力设备的联动跳闸，仅作为报警。其特点在于先期预警，与传统火灾自动报警系统不同，电气火灾监控系统早期报警是为了避免损失，而传统火灾自动报警系统的报警联动是为了减少损失。

　　二、相关规范

　　为预防电气火灾发生，减少火灾危害，合理设计电气火灾监控系统，保障电气火灾监控系统的施工质量，规范各级公安机关 消防机构的消防监督广东省消防局下达了 ”广公消 【2010 】 120《关于参照执行辽宁省地方标准(电气火灾监控系统设计，施工及验收规范)的通知》”文件，规范中指出电气火灾监控系统应由四部分组成：①电气火灾监控设备(火灾报警主机 );②剩余电流式电气火灾监控探测器;③测温式电气火灾监控探测器;④ 线性感温火灾探测器。 根据规范，高速公路隧道火灾报警系统将在现有的火灾报警系统模式下，新增剩余电流式电气火灾探测子系统、测温式电气火灾探测子系统和线性感温火灾探测子系统 。

　　二、系统构成及设置

　　电气火灾监控系统由电气火灾监控主机剩余电流式电气火灾探测器，测温式电气火灾探测器以及线型感温火灾探测器构成。电气设备引起火灾的主要原因是：电气设备接头过热或输电线路过热和漏电形成的电弧放电引起的火灾和电击伤人事故。本文中电气设备按其构造简单分为：台式电气设备如变压器、开关柜、高低压开关、和线型电气设备如高压电缆、低压电缆等。对于台式电气设备过热引起火灾的预防和监测采用测温式电气火灾探测器，对于线型电气设备过热引起火灾的预防和监测采用线型感泪火灾探测器，而对于电气设备漏电所造成的人身伤亡和电弧火灾，则采用剩余电流式电气火灾探测器。

　　(一)电气火灾监控主机

　　电气火灾监控主机一般设置在隧道变电所监控机房中，具备传统光纤测温主机的功能，同时能完成线型感温火灾探测器、测温式电气火灾探测器、剩余电流式电气火灾探测器的信号处理和各项功能实现任务，具有报警监控能力和数据处理能力。它不但能够实现实时温度监测，实时剩余电流监测，火灾预警和报警功能，同时还能为环境监测系统和设备状态检修系统长期提供大量的检测数据。

　　(二)测温式电气火灾探测嚣

　　测温式电气火灾探测器由温度探头和数据传输模块组成，分为高压探测器和低压探测器。探测器采用IC宽量程精密温度探测器进行温度感应采集。测温式电气火灾探测器由于安装位置的特殊性，一般进行无线传输方式进行信号传输。其设置如下：

　　l.以探测台式电气设备接头异常发热为主，可设置在电容器接头，变压器接头，母线接头，开关触点等发热部位;

　　2. 感温探头采用直接接触式安装，确保测温的灵敏度;

　　3. 安装探测器后，不得降低原有电气设备的绝缘水平;高压式温度探测器在安装时应是等电位工作方式，确保原有电气设备的绝缘水平不受影响;

　　4. 仅用于报警，不宜自动切断保护对象的供电电源;

　　5. 低压探测器的工作电源在开关柜本地取电( AC220V);高压探测器的工作电源通过自取电器解决供电电源。

　　(三)线型感温火灾探测器

　　线型感温式火灾探测器用于实时检测线型电气设备的温度高低，属于非独立式探测器。探测器采用圆形感温光纤 ，光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称，其典型结构是多层同轴圆柱体，自内向外为纤芯，包层和涂覆层。光纤与电气火灾监控处理器直接连接。其设置如下 ：

　　1.用于线型电气设备的火灾报警，如强电电缆桥架，电缆隧道，电缆夹层等;

　　2. 用于长距离空间的火灾预警，如区间隧道，长电缆沟等;

　　3. 用于线型电气设备或柜体电气设备的内部的实时温度检测，为电气设备的状态检测提供依据。

　　(四)剩余电流式火灾探测器

　　剩余电流式火灾探测器用于实时检测回路电流剩余电流的大小有独立式和非独立式两大类探测器。非独立式探测器与数据采集器之间通过蓝牙等无线方式进行数据交换，便于部分难以布线的安装环境使用。独立式探测器通过有线方式将数据上传到上位机。其设置如下 ：

　　l. 安装在 TN-C-S/TN-S 系统或局部 TT 系统

　　2. 报警值的设置必须与探测电气线路相适宜，探测器报警的泄漏电流不应小于被保护电气线路和设备的正常运行时固有泄漏电流*大值的 24 倍，且不大于 1000mA;

　　3. 仅应用于报警，不宜 自动切断保护对象的供电电源;

　　4. 工作电源在开关柜或配电箱本地取电( Ac220v);

　　5. 应以低压配电系统末端探测为基本原则， 宜设置在配电柜进线或出线端。在供电末端负载和漏电流很小，且其上一级的负载条件和正常泄漏电流仍符合设置条件时，可以在其上一级开关柜出线端设置。

　　三、工作原理

　　(一)测温式电气火灾探测器

　　现阶段，在电力行业中应用的测温式电气火灾探测器主要有无线测温探测器，红外测温探测器和蓝牙射频测温探测器。其中无线测温探测器和红外测温探测器应用较早，蓝牙射频测温探测器作为新技术，在性能稳定性及便捷性等方面均有明显优势，无线蓝牙探测器通过915Mhz(免费频段)频率传输数据至专用的无线中继器，中继器与火灾报警控制主机连接，实现数据上传。探测器具备自取电功能，无需外接电源，探测器直接固定在探测点(如配电柜的三相铜牌)上，并用热塑绝缘套管固定。

　　(二)线型感温火灾探测器

　　线型感温火灾探测器包括应用于长距离大空间的传统隧道洞内用的光纤，光栅感温探测器和用于小空间内电缆，设备的感温探测器。本文主要研究用于小空间内电缆，设备的光纤感温探测器。

　　光纤感温探测器既是信号的传输通道，又是线型温度传感器，其主要成分是高纯度的石英材料，具有不受电场或强磁诱导的优异性能，能在各种恶劣的环境下工作。其工作原理与传统 隧道洞内感温光缆相同，但安装敷设方式稍有不同：用于线型电气设备时感温光纤沿电缆表面蛇形敷设;用于设备内部肘，感温光缆沿设备内部空间空隙敷没。

　　光纤感温探测器采集的数据直接由其本体传输，接入感温探测主机的光纤通道，由主机对数据进行分析处理得出报警信号 再接入火灾报警控制主机实现上传。

　　(三)剩余电流式火灾探测器

　　人身电击漏电流或间歇性电弧放电电流，初期一般只有几十毫安或上百毫安，常规电流互感器不具备如此高的探测灵敏度， 而剩余电流探测器的捡测范围规定在 (10-1000)mA 之间，能准确地探测出来 ，防止了火灾和人身电击事故.剩余电流探测器不同于漏电保护开关剩余电流与漏电电流是不同的概念。流经非工作回路电路的电流叫漏电电流，包括相线间漏电电流，相线对工作地线的漏电电流(包含在零线电流之中)，相线对保护地线的漏电电流(剩余电流)，相对地杂散容性电流等，漏电流增大到一定程度就形成了短路电流。而剩余电流仅占漏电电流中的一小部分，特指相线对PE线的漏电电流(包括了该相对PE线的杂散容性电流)才目线间的漏电电流不在剩余电流探测器检测范围内。

　　剩余电流探测器可安装于隧道变电所的低压配电柜(箱)总开关与分开关之间，或低压配电柜(箱)出线开关下端，探测器同时穿过三相火线电路和零线电路 (A,B,C,N 相)安装。接线方式如图 1，图2 所示。剩余电流探测器选用与测温式电气火灾探测器所用无线中继器配套的蓝牙式剩余电流探测器与测温式电气火灾探测器组成无线电气火灾探测系统，接入火灾报警控制主机。

　　四，系统功能

　　电气火灾预警监控系统用于电气设备的温度发热，剩余电流等故障的预警，报警。通过实时的检测和数据分析定位故障点， 达到将事故隐患消除在萌芽状态，做到防患于未然，打破了依赖人工巡检发现设备异常的传统模式，实现了温度异常的发现，信息的传送，相关设备的联动，执行结果的反馈等全过程自动化。 更重要的是，该系统把 ”异常过热的预防”放在了首位，具备故障早期探测报警和温度趋势预报功能;反映电气设备重要连接处的连接情况和温升情况，为检修人员提供准确的维修依据;反映环境温度对运行设备寿命的影响，为今后电气设备的状态检修提供科学依据，确保电气设备运行的可靠性。