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摘要：結合某地鐵線路中Acrel-6000/B電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計、施工、調試、運營等情況，闡述城市軌道交通電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的具體設計方案，指出城市軌道交通電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在實際設計和施工過程中需要注意的事項，為后續(xù)城市軌道交通電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計和施工提供參考。
關鍵詞：城市軌道交通;Acrel-6000/B電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)
火災是最常見、對公共安全威脅最大的災害之一，其主要為電氣設備造成的火災，且所占比例逐年升高。據統(tǒng)計，在國內外軌道交通火災中，因電氣原因引起的火災占比最大，達到37% ，其中供電線路漏電流是造成電氣火災的罪魁禍首。軌道交通作為現(xiàn)代城市主要公眾聚集場所之一，一旦發(fā)生火災，將給遇險人員的安全疏散和消防人員的及時搶救帶來極大困難，嚴重影響市民的生命安全和國家財產安全，因此預防城市軌道交通供電線纜的漏電流，加強對城市軌道交通公眾聚集場所的消防安全管理是十分必要的。
本文根據某地鐵線路Acrel-6000/B電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的實際設計、施工、調試和運營情況，對因漏電流引起電氣火災的相關技術問題和施工問題進行分析研究，進而總結出一套安全有效的電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)應用方案，以期為其他城市軌道交通的相關設計和施工人員提供幫助和參考。
1.漏電流引發(fā)電氣火災的原因
一般情況下，交流供電電纜的漏電流產生有兩個原因，一是電纜與地之間存在電容，二是電纜與地之間的絕緣電阻并非無窮大。電容引起的漏電流較小，漏電流主要取決于對地電阻。當電纜受損或老化，對地絕緣電阻下降，加之現(xiàn)場環(huán)境潮濕時，電纜的漏電流就會顯著增加。研究表明，當漏電流值達到300mA時，就可能形成電弧，進而引發(fā)火災事故。
合理設置監(jiān)控點，對電纜漏電進行早期預警，則可以提前發(fā)現(xiàn)和消除火災隱患。電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)是一種新型綜合系統(tǒng)，它可以對漏電流進行早期的監(jiān)控和報警。該系統(tǒng)在城市軌道交通中的應用近幾年才開始，大部分還處于設計或招標階段，因此具有重要研究價值。
2.電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)原理及功能
2.1工作原理
2.1.1漏電流檢測原理
基爾霍夫電流定律( KCL)及其推論指出，在任一瞬間，通過電路中任一不包含電源的假設封閉面的電流矢量和為零。如圖1所示，在正常情況下，三相四線電源的電流矢量和為零，即IL1+IL2+IL3+IN=0，此時設備對地電流IE和電纜對地電流IZ均為0，電流互感器測得的泄漏電流IL=0。當用電設備發(fā)生接地故障時，有IE≠0，當電纜絕緣受損時，有IZ≠0， IL1+IL2+IL3+IN≠0，此時，電流互感器中的感應電流IL ≠0，經電氣火災探測器運算處理，從而確定漏電流的存在。
圖 1 泄漏電流檢測原理
2.1.2監(jiān)控報警原理
Acrel-6000/B電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的基本原理為：當電氣設備中的電流、溫度等參數(shù)發(fā)生異?；蛲蛔儠r，終端探測頭(如剩余電流互感器、溫度傳感器等)利用電磁場感應原理、溫度效應的變化對該信息進行采集，并輸送到監(jiān)控探測器里，經放大、A/D轉換、CPU對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設定值進行比較，一旦超出設定值則發(fā)出報警信號，同時也輸送到監(jiān)控設備中，再經監(jiān)控設備進一步識別、判定，當確認可能會發(fā)生火災時，監(jiān)控主機發(fā)出火災報警信號，點亮報警指示燈，發(fā)出報警音響，同時在液晶顯示屏上顯示火災報警等信息。值班人員則根據以上顯示的信息，迅速到事故現(xiàn)場進行檢查處理，并將報警信息發(fā)送到集中控制臺。（如圖1所示為電氣火災系統(tǒng)組圖）
圖1（Acrel-6000/B電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)）
2.2系統(tǒng)功能
Acrel-6000/B電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)具備以下主要功能:
(1)探測漏電電流、過電流等信號（如下圖2）。
圖2
(2)發(fā)出聲光信號報警，準確報出故障線路地址，監(jiān)視故障點的變化。（如圖3所示）
圖3
(3)儲存各種故障和操作試驗信號，信號存儲時間不應少于365 d。（如圖4所示）
圖4
3.電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通的應用
3.1設置依據和范圍
文獻GB50016-2014,《建筑防火設計規(guī)范》規(guī)定城市軌道交通、一類交通隧道工程的非消防用電負荷宜設置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。雖然采用“宜設置"，但根據規(guī)范對宜是“在條件許可時首先應這樣做"的用詞解釋。
對于電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設置部位，各規(guī)范的要求也不一致。根據GB 50116—2013《火災自動報警系 統(tǒng)設計規(guī)范》的要求，電氣火災監(jiān)控探測器應以設置在低壓配電系統(tǒng)首端為基本原則，宜設置在第一級配電柜（箱）的出線端;在供電線路漏電流大于500mA時，宜在其下一級配電柜(箱)中設置。而JGJ 243—2011《交通建筑電氣設計規(guī)范》中則要求，除消防動力配電回路外，其他電力、照明區(qū)域或樓層配電箱電源進線處應設置剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器。
結合某地鐵線路中Acrel-6000/B電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的實際設計和使用情況，建議在城市軌道交通地下車站以下部位設置電氣火災監(jiān)控探測器（或剩余電流互感器) :（如圖5所示）
1)變電所400V開關柜出線，不含變電所至環(huán)控柜的饋出線。考慮到變電所內饋出線比較集中，在變電所內設置探測器可以監(jiān)控饋出電纜及末端設備的漏電流情況;
2)環(huán)控電控柜內的風機饋出線?？紤]到變電所至環(huán)控柜的饋出線電流較大，一般采用電纜多拼或者母線槽供電，且末端設備眾多，漏電流較大，正常情況下的泄漏電流都超過300mA，因此，環(huán)控系統(tǒng)設備的泄漏電流檢測設置在環(huán)控電控柜內。
外形 | 型號 | 功能 | |
| ARCM200BL | J1 | 單回路剩余電流監(jiān)測、3路溫度檢測、1路繼電器輸出、LCD顯示、RS485/Modbus協(xié)議 |
| ARCM300 | J1 | 單回路剩余電流監(jiān)測、3路溫度檢測、1路繼電器輸出、LCD顯示、RS485/Modbus協(xié)議 |
| ARCM200BL | J4 | 4回路剩余電流監(jiān)測、4路繼電器輸出、LCD顯示、RS485/Modbus協(xié)議 |
| ARCM300 | J4 | 4回路剩余電流監(jiān)測、4路繼電器輸出、LCD顯示、RS485/Modbus協(xié)議 |
| ARCM200L | J8（J16） | 8剩余電流監(jiān)測、2路溫度檢測、2路開關量輸入、2路繼電器輸出、LCD顯示、RS485/Modbus協(xié)議 |
| ARCM200L | I | 三相電流、單回路剩余電流和溫度監(jiān)測；兩路繼電器輸出（DO1報警，DO2脫扣）、兩路開關量輸入（DI1開關反饋、DI2聯(lián)動）；事件記錄、內置時鐘；點陣式LCD顯示、RS485/Modbus協(xié)議 |
ARCM200L | UI | 三相電壓、電流、單回路剩余電流和溫度監(jiān)測；兩路繼電器輸出（DO1報警，DO2脫扣）、兩路開關量輸入（DI1開關反饋、DI2聯(lián)動）；事件記錄、內置時鐘；點陣式LCD顯示、RS485/Modbus協(xié)議 | |
ARCM200L | Z | 全電參量監(jiān)測；單回路剩余電流和溫度監(jiān)測；兩路繼電器輸出（DO1報警，DO2脫扣）、兩路開關量輸入（DI1開關反饋、DI2聯(lián)動）；事件記錄、內置時鐘；點陣式LCD顯示、RS485/Modbus協(xié)議 | |
圖5
3.2整定值設置
考慮到地下車站內設備的使用環(huán)境差，部分區(qū)域潮濕，電纜和設備本身的漏電流較大等因素，在GB50116—2013《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》中明確要求電氣火災探測器報警值宜為300～500mA，結合某地鐵線路中Acrel-6000/B電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)設計和使用情況，建議按以下標準設置系統(tǒng)的整定值。
1)系統(tǒng)預警電流整定值為300mA。當系統(tǒng)檢測到某回路的漏電流值大于300mA時，系統(tǒng)處于預警狀態(tài)并記錄預警信息，對應的預警回路改變顏色，直到故障解除，漏電流小于300mA為止。
2)系統(tǒng)報警電流整定值為500mA。當系統(tǒng)檢測到某回路的漏電流值大于500mA時，系統(tǒng)處于報警狀態(tài)并記錄報警信息，報警蜂鳴器響起，報警指示燈常亮，對應的報警回路改變顏色。值班人員可手動關閉報警蜂鳴器，但只有當檢修人員解除故障，漏電流小于500mA，并手動復位后，報警指示燈才會熄滅。
3.3聯(lián)動設計
根據GB50116—2013《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》要求，在設置消防控制室(地鐵車站內即為車控室)的場所，電氣火災監(jiān)控器的報警信息和故障信息應在消防控制室圖形顯示裝置或有集中控制功能的火災報警控制器上顯示?？紤]到目前的城市軌道交通都設置了綜合監(jiān)控系統(tǒng)，且綜合監(jiān)控系統(tǒng)在車控室設置有監(jiān)視工作站，同時，綜合監(jiān)控系統(tǒng)也集成或互聯(lián)了FAS(火災自動報警系統(tǒng))、BAS(環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng))、SCA-DA(電力監(jiān)控系統(tǒng))、PIS (乘客信息系統(tǒng))等系統(tǒng)，因此，Acrel-6000/B電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)可以直接與綜合監(jiān)控系統(tǒng)連接，將故障信息和報警信息傳給綜合監(jiān)控系統(tǒng)，并在車控室綜合監(jiān)控系統(tǒng)的工作站上顯示。
4.結語
電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)是一種電氣火災的早期預警系統(tǒng)，當線路或設備發(fā)生故障時能夠及時檢測出泄漏電流變化，并準確地給出預警或報警信號，將電氣火災扼殺在萌芽狀態(tài)?，F(xiàn)代城市軌道交通遵循“以防為主"的安全設計理念，Acrel-6000電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)能夠盡早地發(fā)現(xiàn)電氣火災安全隱患，更好地體現(xiàn)出這種設計理念。在未來的城市軌道交通中，該系統(tǒng)將會得到更廣泛的應用，對軌道交通的安全運行發(fā)揮重要的作用。
