淺談電氣火災監控系統在天津西站綜合交通樞紐中的應用

摘要：為了預防綜合交通樞紐電氣火災的發生，在天津西站樞紐中設計使用了電氣火災監控系統。首先介紹了電氣火災監控系統在綜合交通樞紐中使用的必要性，之后結合天津西站綜合交通樞紐實際情況，分析了樞紐電氣火災的成因，并將整個樞紐按照產權區域進行了系統設計，在傳統電氣火災監控的基礎上，提出了樞紐中廣義電氣火災監控系統的概念，并詳細介紹了三種火災探測器的具體設計與安裝。工程實踐表明該火災監控系統設計合理，實用,具有一定的推廣價值。

關鍵詞:綜合交通樞紐；電氣火災監控系統；探測器

引言

近年來，隨著鐵路客運專線和城市軌道交通的高速發展，城市客運交通系統運輸效率的提高變得尤為重要，集鐵路客運、城市軌道交通、長途汽車客運、城市公交系統、出租車和停車場于一體的立體式大型客運綜合交通樞紐便應運而生。此類大型交通樞紐建筑規模和客流集散量巨大，如果一旦發生火災，將會造成嚴重的財產損失和人員傷亡。

據消防局《中國火災統計年鑒》統計，2007年以來，在發生的火災中，因電氣原因引起的火災*多，約占火災總數的30%左右，并有逐年上升之勢；在世界五大建筑火災的經典案例中，四起是由于電線短路引起，另外一起是由于高溫燈具烤燃紗幕引起。此外，電氣火災的發生并無明顯征兆，依靠傳統的人工檢修與巡視，很難在在火災發生之前察覺。

面對如此嚴峻的電氣火災形勢，本著“防范勝于救災"的理念，根據GB50016-2006《建筑設計防火規范》、GB14287-2005《電氣火災監控系統》等有關國家標準規范，并參考了GB50116-2008《火災自動報警系統設計規范》,作者在天津西站綜合交通樞紐中采用了電氣火災監控系統監測配電系統中的漏電、電流、溫度等參數的變化，來預防電氣火災的發生。

一、項目概況

新建天津西站綜合交通樞紐是配套京滬高速鐵路建設的五大鐵路客運樞紐之一，是集京滬、津保、津秦高速鐵路、京津城際鐵路、普速鐵路、城市軌道交通、長途客運、城市公交、出租和停車于一體的大型綜合交通樞紐。除鐵路站房主體之外，與天津西站站房工程同步配套建設的工程有：南北廣場及地下換乘區以及出租車蓄車場、停車場工程，長途客運工程、城市公交車場工程，地鐵1號線、4號線、6號線車站及相鄰區間工程，見下圖1:天津西站綜合交通樞紐總平面圖。

二、綜合交通樞紐電氣火災成因分析

1配電系統漏電以及短路導致火災

綜合交通樞紐中用電負荷較多，配電系統復雜，大部分配電纜線是經鋼管及金屬橋架進行敷設，所以在施工的過程中，纜線很容易被碰壓，磨擦，使纜線的絕緣能力下降，導致纜線與纜線之間、纜線與其保護鋼管之間、纜線與橋架之間有一部分電流通過，發生漏電現象。如果纜線絕緣能力繼續下降而發生破損，纜線與纜線之間，纜線與大地之間發生接觸，則會發生短路，而使電流聚增。在漏電以及短路發生時，如果電流就是線路的某一個流經電阻局部較大的介質，則會在該處產生高溫，可能會致使周圍可燃物引燃，有時在漏電以及短路時產生的電火花也可能會產生火災。漏電與短路除可以導致火災外，也容易直接對人造成傷害。

2接觸電阻過大導致火災

在綜合交通樞紐中，供電區域較廣，用電設備較多，從何導致了供電線纜、配電箱、開關柜數量的增多，而在線纜與用電設備、線纜與線纜、線纜與斷路器、熔斷器，線纜與電氣儀表等處均有接頭，接頭數量也隨之增多。如果接頭處理良好，則接觸電阻不會太大，接頭點的發熱就很少，可以保持在正常溫度運行。如果接頭中有雜質，或者施工時連接不牢靠，或者一些其他原因使接頭接觸不良，則會造成接觸部位的局部電阻過大，當電流通過接頭時，就會在此處產生大量的熱，形成高溫，嚴重時會引起金屬變色甚至熔化，引起纜線的絕緣層老化甚至發生燃燒，并引燃附近的可燃物或導線上積落纖維等，從而造成火災。

3過載運行導致火災

在樞紐中，由于用電設備的多樣性，以及運營后期設備的不斷增加使用，使用中極有可能會發生供電線路過載運行的情況，纜線在過載運行時，纜線的溫度就會升高，從而加快了纜線絕緣層老化變質。當發生嚴重過負荷情況時，導線的溫度會不斷升高，甚至會引起纜線的絕緣層破壞而引起燃燒，并引燃導線附近的可燃物，從而造成火災。

4電纜橋架，電纜支架內環境溫度的升高引起火災

在樞紐中，大量的電纜均通過封閉式金屬橋架進行敷設，電纜橋架中電纜數量也較多，加上樞紐中各種負荷長期的運行，橋架內溫度難免會升高，如此便會使電纜的絕緣層老化加速，從而加速絕緣層的破壞，從而引起火災。

基于以上幾點，在天津西站綜合交通樞紐中設計了電氣火災監控系統來預防火災的發生。

根據GB50116—2013《火災自動化報警系統設計規范》,對電氣火災隧道的安裝提出要求。

三、電氣火災監控在天津西站樞紐中的應用

1電氣火災監控系統的定義

規范GB14287-2005《電氣火災監控系統》中將電氣火災監控系統定義為：當被保護線路中的被探測參數超過報警設定值時，能發出報警信號、控制信號并能指示報警部位的系統，它由電氣火災監控設備、電氣火災監控探測器組成。電氣火災監控設備是能接收來自電氣火災監控探測器的報警信號，發出聲、光報警信號和控制信號，指示報警部位，記錄并保存報警信息的裝置，也就是習慣稱呼的“監控主機"。火災監控探測器又分為剩余電流式電氣火災監控探測器和測溫式電氣火災監控探測器。

規范GB50116—2008《火災自動報警系統設計規范》中規定電氣火災監控系統應有電氣火災監控設備、剩余電流式電氣火災監控探測器測溫式電氣火災監控探測器以及線型感溫火災探測器四部分組成。

本工程選擇了由監控主機、剩余電流式探測器，測溫式探測器，感溫光纖式火災探測器組成的電氣火災監控系統。

2天津西站樞紐電氣火災監控系統總體設計原則

西站樞紐包括鐵路站房工程、公交場站工程、樞紐控制中心工程、市政道路工程、南北廣場工程、地下停車場工程及軌道交通地下結構工程等部分。如果整個樞紐采用一套電氣火災監控系統，則所涵蓋范圍太廣，施工難度也較大，測量點太多，不易處理；此外，各個工程在運營階段分別隸屬于不同的產權單位，管理權并不統一，若使用一個系統，則容易引起管理混亂，權責不分。所以，在設計中，電氣火災監控系統在西站樞紐工程中是按工程的產權隸屬來進行分別設置。

首先，西站樞紐中綜合監控系統在設計時按照各個不同的產權單位進行了大區域分割。站房工程產權屬于鐵路，設立一套獨立電氣火災監控系統，并納入鐵路SCADA系統；軌道交通地下工程納入其各自地鐵系統進行監控；公交場站工程以及市政道路工程由于用電負荷較少，建筑相對獨立，規模較小，未設單獨電氣火災監控系統；南北廣場工程、地下停車場工程以及控制中心工程管理單位一樣，可以作為一個監控的大區域來考慮，本文以下將重點對該大區域火災監控系統的設置做詳細介紹。

3火災監控系統的具體設計

3.1火災監控系統的系統框架設計

由于該區域的建筑規模和用電設備的多樣復雜，特別是南廣場地下公共換乘區作為鐵路、汽車、出租車以及公交等的換乘節點，規模較大，配電系統復雜，若南北廣場、地下停車場以及控制中心由一個傳統意義的監控系統負責，數據處理以及日后運營管理起來不是特別方便。

綜合考慮各種因素，將這一大區域的火災監控系統作為一個廣義的監控系統來進行處理，然后再按照每個降壓變電所的供電區域設置電氣火災監控分系統，即傳統意義上的火災監控系統，這樣劃分的分系統需監測電氣量并不十分龐大，同時也利于管理和查找故障點，便于運營維護和檢修。建立分系統之后，各分系統通過RJ45接口(通信協議TCP/IP協議)組網后首先接入換乘區綜合監控室綜合監控系統，之后接入到控制中心的綜合監控系統調度管理主機。

可見，該廣義上的電氣火災監控系統主要分為三級節點監控：一級為控制中心綜合調度主機，二級節點為各個工程范圍內的綜合監控室，三級節點為各個工程的各變電所(系統監控主機)。

3.2電氣火災監控分系統工作原理

電氣火災各分系統由電氣火災監測主機、無線藍牙剩余電流式電氣火災監控探測器、藍牙測溫式電氣火災監控探測器、線型光纖電氣火災監控探測器和數據集中器等部分組成。

無線藍牙剩余電流式電氣火災監控探測器、測溫式電氣火災監控探測器將其探測信號經過藍牙無線方式傳輸給數據集中器，數據集中器將信號處理后經過現場總線(總線長度小于800米時采用RS485,大于時采用通信光纖)上傳到監控主機；線型電氣火災探測器可與監控主機直接連接。監控主機實現對其各個信號的處理、報警、控制、統計、管理、通信等功能。電氣火災詳細信息從該系統主機的圖形界面上查看。當發生電氣火災報警時，監控主機、火災報警控制器均發出聲光報警信號，但不聯動電氣設備的跳閘回路。監控主機安放在變電所控制室內的標準機柜內。監控主機具備同時處理、連接測溫式電氣火災探測器、剩余電流式電氣火災探測器和線型感溫光纖探測器的能力，并將報警信息和溫度/剩余電流實時信息通過RJ45接口(通信協議TCP/IP協議)上傳到綜合監控室內系統主機，之后將信息上傳至控制中心。

3.3火災監控系統設備的檢測范圍與探測對象

由本文第2節可知，常見的火災誘發由漏電或短路、接觸電阻過大、過載運行以及溫度升高所引起。基于此，系統檢測設備的檢測范圍與探測對象如下：

(1)目前統計的電氣火災中，屬于漏電以及短路所引起的占到了60%,由于火災在發生之前依靠傳統的人工巡查來發現漏電問題是不現實的，所以對漏電未造成進一步火災之前的預先報警顯得尤為重要，所以需要借助剩余電流互感器來進行預先報警，以期早發現問題早解決，防止火災發生。本工程剩余電流探測器選用具有藍牙數據傳輸功能的剩余電流式電氣火災監控探測器。

監測范圍：低壓開關柜中所有回路、環控電控柜中除風閥外的所有回路，商業照明配電箱主回路、所有動力配電箱主回路。

安裝位置：安裝在低壓開關柜或配電箱內低壓開關的下方，安裝圖如下：

(2)面對接觸電阻過大引發火災的問題，選用測溫式探測器進行檢測。本工程選用接觸式布置的藍牙測溫式電氣火災監控探測器，對高低壓配電系統重要回路接頭部位的溫度進行檢測，監測這些回路的低壓開關觸頭、電氣連接處、母線接頭、電纜頭等位置的實時溫度。

監測范圍：高壓開關柜手車接頭、低壓開關柜中電容器回路、有源動態補償回路、設備容量超過100kVA的回路，環控室環控電控柜的每個回路，商業照明及商業動力配電箱主回路。

安裝位置：高、低壓柜內或配電箱內，安裝圖如下：

3)面對過載及電纜橋架等處溫度升高的火災隱患，使用感溫光纖對其進行檢測，線型光纖電氣火災監控探測器保護對象為電纜橋架、電纜溝、電纜夾層、電纜豎井的溫度，根據設定的溫度限值，給出相應的預警和報警。

監測范圍：監測電纜豎井內電纜密集段、電纜橋架內的電纜密集段(15條電纜以上)的電纜溫度，敷設示意圖如下：

如上所述，在本工程中在*常發生火災的故障點分別設置了不同的探測器來進行檢測，全面預防電氣火災的發生。

四、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、醫院、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

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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

五、結束語

（1）對于大型的綜合交通樞紐而言，電氣火災監控系統的設置應該按照其產權的歸屬來進行分區域設置。

（2）現場實踐表明，產權單位統一的大區域工程采用廣義火災監控系統模式便于現場管理與故障點排除。

（3）在現場實際使用過程中，漏電探測器會發生誤報的現象，*后通過多次調整漏電報警閥值的調整得以解決，如果以后產品能夠做到根據實時監測數據與歷史檢測數據進行漏電閥值的自動修正，那么該系統將會更好。

總之，該系統在天津西站樞紐使用中得到了較好的效果，具有一定的推廣意義。

【參考文獻】

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