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淺談電氣火災監控系統在軌道交通的產品選型與應用

更新時間：2022-11-14

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吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定201801

摘要：本文以電氣火災監控系統作為切入點，簡要敘述電氣火災監控系統的工作原理與系統構成，論證系統在軌道交通工程中的應用必要性。隨后，探討電氣火災監控系統在具體場景中的實際應用情況，提出電氣火災監控系統的應用建議。旨在加大電氣火災監控系統在現代軌道交通工程中的應用推廣力度，打破系統應用期間遇到的阻力，確保系統功能效用得以充分發揮。

關鍵詞：電氣火災；監控系統；軌道交通

0 前言

當前城市化發展步伐加快，我國軌道交通事業得到長足發展，城市軌道交通總運營里程、軌道交通線路、客運量等多項指標位居世界前列。與此同時，在現代軌道交通工程中，搭建大量的電氣設備，受到設備老化、外部環境等因素影響，電氣設備運行期間偶爾出現電氣故障或電氣火災事故，存在安全隱患，這對電氣火災監控能力提出了更高的要求。如何預防電氣火災事故的出現，以及對電氣火災監控能力、應急處置能力的強化，是關乎軌道交通行業發展的重要問題，本文就此開展研究。

1 電氣火災監控系統概述

(1)監控原理

電氣火災監控系統中應用到信息傳感、自動報警與遠程控制等多項技術，在軌道交通工程中布置若干探測裝置，持續采集電流、電壓、工作溫度、煙霧濃度等參數，對比實時監測值與預設整定值，在二者偏差超過限定范圍，或是在視頻圖像中提取到明火、有色煙霧等特征值時，由監控主機自動發送消防報警信號，將問題反饋至運營單位與消防局等部門機構，為消防救援、人群疏散爭取寶貴時間。此外，還可以在系統中增設聯動控制功能，接入通信廣播、應急照明、閘機控制、自動噴淋滅火等子系統，在確定出現電氣火災事故后，基于程序運行準則，向子系統下達控制指令，如通信廣播系統循環播報火情信息、啟動應急照明燈具與地面安全指示燈、啟動消防電源、開啟閘機、啟動噴頭向火災蔓延區域噴水來撲滅初期火勢。

(2)系統構成

系統主要由探測器、藍牙數據集中器、通訊總線和監控主機 4 部分組成。，探測器負責持續采集電氣設備與現場環境的參數值，如環境溫度、煙霧濃度、電流值、電壓值等參數，并將現場監測信號向上傳輸。第二，藍牙數據集中器被布置在現場，負責對一定范圍內探測器發送的監測信號進行接收，經過匯總整理等簡單處理后發送至通訊總線。第三，通訊總線負責在后臺監控主機與現場探測設備間建立溝通橋梁，持續把現場檢測信號發送至監控主機，并向數據集中器和探測器傳達控制指令。第四，監控主機負責執行數據篩選、圖形處理、運算分析等任務，根據現場監測信號來描述電氣設備與電氣系統運行狀況，判斷是否存在火災隱患和出現火災事故，確定火災出現后控制報警器發送報警信號。

2 電氣火災監控系統在軌道交通中的應用必要性

在軌道交通運營期間，受到電氣設備老化、錯誤操作、外力碰撞等因素影響，偶爾出現電氣火災事故，如配電系統漏電與短路引發的火災、用電設備長時間過載運行引發的火災、封閉式電纜橋架內部溫度過高引發的火災，這類火災具有突發性、蔓延迅速、易形成大面積燃燒的特征。與此同時，早期軌道交通工程中采取人工巡查方式，由工作人員定期對電氣設備狀況進行檢查，測量記錄運行參數，在檢查到短路、斷路等故障問題時上報至維護中心，其前往現場檢修故障設備，或是在發現火災事故后通過按下消防報警器等方式上報問題，這一模式存在火災事故發現不及時、實際巡查范圍小、難以掌握全部電氣設備實時工況的局限性。相比之下，電氣火災監控系統有著很高的自動化水平，改變了舊有的電氣火災監控方式，可以替代人工完成參數記錄、設備狀態檢查、火災報警等工作，既簡化了流程步驟與減輕工作負擔，同時，也可以時間發現和上報電氣火災事故，并根據監測結果來排查是否存在電氣火災隱患，起到決策支持作用，幫助管理人員采取改進措施，盡可能消除全部的火災隱患。簡單來講，在軌道交通工程中，電氣火災監控系統價值體現在快速報警、隱患排查、設備遠程監控、統一管理等方面。

3 電氣火災監控系統在軌道交通中的主要應用場景

(1)遠程控制

在軌道交通電氣系統運行期間，如果排查到火災安全隱患，或是出現電氣參數異常波動等情況，工作人員在火災監控系統上下達相應控制指令，經由通信網絡或是通信線路，把指令傳達至目標設備，帶動設備機械部分開展動作，調節電氣參數或是切換設備運行模式，實現遠程控制目標。從火災防控角度來看，對電氣火災監控系統的應用，可以幫助工作人員時間對所發現安全隱患、電氣故障采取有效控制措施，如切斷故障部分和非故障部分連接、調節電壓電流值等參數，短時間內消除隱患，或是將火災蔓延范圍控制在一定程度內，避免在工作人員前往現場期間導致電氣故障加劇、提前發展成火災事故。同時，在所采取控制措施未起到預期作用、仍舊出現電氣故障和火災事故的情況下，由于工作人員遠程下達控制指令，無需抵達現場，不會危及到工作人員的人身安全。

(2) 電氣保護

電氣火災監控系統同時具備遠程控制、參數調節、火災報警等使用功能，既可以幫助工作人員迅速發現與處理火災事故，還可以通過參數調節，將火災事故消弭于無形。例如，在電氣保護場景，在系統中增設剩余電流、過電流、溫度、超壓與欠壓的保護功能，實時對比監測值和整定值，在二者超標時判斷出現電氣故障，基于程序運行準則，根據故障類型與位置來下達相應控制指令，采取保護動作，如在檢測到剩余電流值超標時切斷供電電源，在檢測到短路故障時向對應探測器發送脫扣信號，在檢測到電流值異常波動時控制電流互感器開啟常閉節點來吸合電流。

(3) 消防報警

在消防報警場景中，電氣火災監控系統采取對比實時監測量與整定值的判定方式持續采集工作溫度等參數的測定值，把測定值轉換為數字信號發送至監控主機，如果測定值超過或是低于整定值，且二者偏差程度超過允許區間，系統自動判定為出現電氣故障或是電氣火災事故，根據測定值偏差程度觸發不同等級的報警程序，如單獨記錄報警信息和閃爍報警指示燈，或是額外啟動報警蜂鳴器，并在系統界面上以電子地圖的形式顯示報警位置，輸出報警報告。此外，在現場環境條件、電氣設備規格型號、設備數量等要素發生變動時，工作人員可以對電氣火災監控系統的報警整定值、響應靈敏度進行調整。

(4) 隱患排查

在隱患排查場景中，一方面，由系統持續對電氣設備運行參數和現場環境條件進行監測，根據實時監測結果來繪制可視化圖表，幫助工作人員直觀、掌握電氣系統運行狀況。同時，對比實時監測數據與歷史數據，如果檢測到參數曲線變化趨勢與電氣故障期間數據變化曲線的相似度達到一定標準，則在監控報告中標記可能存在的電氣火災隱患，工作人員根據報告內容開展進一步的排查工作，消除潛在隱患，提前預防電氣故障與電氣火災事故的出現。另一方面，在系統中設立若干的自檢信號，定期對監控主體、通信總線、藍牙數據集合器、探測器與報警器等硬件設備的運行狀態加以檢查，可以及時發現設備故障，避免因此影響到電氣火災監控系統使用功能的正常發揮。

4 電氣火災監控系統在軌道交通中的應用建議

(1) 監控主機選型

要求所選用監控主機具備完善的使用功能，可以滿足不同場景下的操作需求和電氣火災監控要求，一般情況下，監控主機具備實時報警、分區監控、故障自動巡檢、優先報警、圖形顯示、在線干預 6 項基本功能。實時報警是在出現電氣故障或電氣火災后的 15s 以內發出聲光報警，提醒工作人員，必要時引導車站內滯留乘客安全疏散，如果火災報警時間超過這一標準，容易造成火災迅速蔓延、電氣設備大面積燒損、出現人員傷亡的嚴重后果。分區監控是在軌道交通工程中劃分若干監控區域或等級，分別制定各區域/等級的火災報警整定值，充分兼顧不同區域環境條件與電氣設備規格型號。故障自動巡檢是對探測器、報警器與監控主機自身等系統設備的運行工況進行檢查，判斷是否存在故障問題，或是探測器探測精度不達標。優先報警是在主機接收到多個監控節點出現異常狀況時，進行邏輯分析，根據問題嚴重程度、事件發生時間等信息來排序，優先提交重大事件的報警信號。圖形顯示功能是把所采集監測信號、下達控制指令與監控結果以可視化圖形方式在系統界面顯示，幫助工作人員直觀了解電氣系統運行狀態和火災情況。在線干預是在監測到電氣設備異常運行時，工作人員可以通過監控主機對電氣設備進行聯動控制，遠程下達參數調節等控制指令，迅速恢復電氣設備的正常運行工況，避免電氣故障發展為電氣火災事故。

(2)探測器選型設計

首先，綜合分析監控參數種類、探測器安裝區域、電氣設備種類等因素，合理選擇探測器型號款式。例如，以母聯柜、饋線回路斷路器接頭作為探測對象時，優先配置測溫型探測器，搭載 6 個以內的測溫探頭，通過等電位方式探測接頭工作溫度。在以低壓饋線回路作為探測對象時，配置剩余電流型探測器，持續監測回路中的剩余電流值。而在以母線電纜或是電纜夾層作為探測對象時，則配置感溫光纖型探測器，持續向外發射脈沖激光束，根據光子散射情況與熱運動特征值來判斷工作溫度。其次，合理選擇探測器安裝位置，優先在室內頂棚等空曠、開闊部位安裝探測器，根據實際探測范圍來設定探測器數量、臨近探測器間隔距離，確保探測器可以有效感知探測范圍內的現場環境，避免因視線遮擋而形成探測盲區。而對于開關柜、環控柜等柜體內部安裝的探測器，則根據柜內設備、線路分布情況來選擇合理的安裝位置，在柜內預留出充足的安裝空間。最后，考慮到軌道交通火災監控參數種類較多，包括工作溫度、電流、電壓、電阻等數十種參數，如果在軌道交通現場同時布置單一參數種類的探測器，不但會增加系統建設成本，布置過多的探測器，同時還面臨著探測器安裝空間有限、各類探測器與電氣設備相互干擾、形成復雜電磁環境等問題。對此，需要優先選用一體式監控探測器，這類探測器可以同時對若干參數進行監測采集，還具備火災報警功能，在探測到明火、煙霧或是采集異常監測信號后自動發送報警信號，無需在現場額外加裝火災報警器，有利于簡化系統結構、降低系統建設成本。

(3) 整定值設置

如何保證電氣火災監控系統能夠及時、準確的匯報電氣火災事故，同時，避免出現火災誤報、漏報問題，是決定系統應用價值能否得以發揮的關鍵。對此，工作人員可以從整定值設置角度著手，對軌道交通電氣設備數量、種類、現場環境條件、短路等電氣故障表現形式等因素加以綜合分析，借鑒同類項目監控案例，嚴格遵循《火災自動報警系統設計規范》（GB50116-2013）規定，準確計算電流、電壓、接頭溫度等監控指標的較好整定值。例如，在某軌道交通工程中，把泄漏電流整定值設定為 300mA 與 500mA，如果泄漏電流超過 300mA，系統將記錄報警信息和閃爍報警信號燈，直至電流值低于 300mA 后恢復預警回路。同時，在泄漏電流值超過500mA 時，額外啟動報警蜂鳴器，在故障解除或電流值低于 300mA 時自動關閉蜂鳴器，也可由工作人員手動關閉。

(4)應用人工智能技術

目前來看，在軌道交通工程中，所構建電氣火災監控系統普遍存在自動化程度有余、智能化程度不足的問題，主要負責完成參數測量、火災報警、設備參數調節等基礎性任務，仍舊需要工作人員深度參與到火災監控工作當中，完成一些決策型工作，如判斷火災等級、預測火勢蔓延情況等。對此，需要在電氣火災監控系統中應用到人工智能技術，使系統具備強大的決策分析能力，面對突發狀況時，可以模擬人類思維方式進行決策判斷。例如，在出現電氣火災事故后，系統根據各監控節點上報數據，預測未來一段時間火勢的蔓延擴散區域、蔓延速度。

5 安科瑞電氣火災監控系統

（1）概述

Acre1-6000電氣火災監控系統，是根據國家現行規范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發的全數字化獨立運行的系統，已通過國家消防電子產品質量監督檢驗中心的消防電子產品試驗認證，并且均通過嚴格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產品在低壓配電系統中的安全正常運行，現均已批量生產并在全國得到廣泛地應用。該系統通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監視，實現對電氣火災的早期預防和報警，當必要時還能聯動切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標的配電回路;并根據用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業微電網管理云平臺或火災自動報警系統等進行數據交換和共享。

（2）應用場合

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。

（3）系統結構

（4）系統功能

監控設備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發出聲、光報警信號，同時設備上紅色“報警"指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間，聲光報警一直保持，直至按設備的“復位"按鈕或觸摸屏的“復位"按鍵遠程對探測器實現復位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲"按鍵手動消除。

當被監測回路報警時，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設備，當報警消除后，控制輸出繼電器釋放。

通訊故障報警：當監控設備與所接的任一臺探測器之間發生通訊故障或探測器本身發生故障時，監控畫面中相應的探測器顯示故障提示，同時設備上的黃色“故障"指示燈亮，并發出故障報警聲音。電源故障報警：當主電源或備用電源發生故障時，監控設備也發出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。

當發生剩余電流、超溫報警或通訊、電源故障時，將報警部位、故障信息、報警時間等信息存儲在數據庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢方法。

（5）配置方案

6 結語

綜上所述，為迅速撲滅初期火勢，減少電氣火災事故出現的次數，保證城市軌道交通運營安全。運營主管部門在軌道交通工程中搭建電氣火災監控系統，重點考慮監控主機選型、探測器選型、整定值設置等系統應用問題，搭配使用人工智能技術，在遠程控制、電氣保護、消防報警、隱患排查等場景中做到對電氣火災監控系統的落地應用，為軌道交通事業的發展保駕護航。

參考文獻：

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【7】林冰.電氣火災監控系統在軌道交通的應用研究.

作者簡介：

吳柯霓，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電氣火災監控系統的研發和應用。

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