电气火灾监控系统在轨道交通工程应用的分析

罗学玲

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300251)

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m2。根据其建筑规模、负荷分布情况设置1座35/0.4 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[1]，便于电缆线路引入、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)[4]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—2008)[5]、《民用建筑电气设计规范》(JGJ16—2008)[6]和《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045—95)[7]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。

图1 电气火灾监控系统

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、出入口等)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、安全保障等和成本之间的关系。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[9]。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一管理的分析

目前轨道交通工程中的综合监控系统[10],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”,最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。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50052—2009 供配电系统设计规范[S].北京：中国计划出版社,2010.

[2] 中华人民共和国建设部.GB50054—95 低压配电设计规范[S].北京：中国计划出版社,1995.

[3] 北京城建设计研究总院.GB50157—2003 地铁设计规范[S].北京：中国计划出版社,2003.

[4] 国家标准化管理委员会.GB14287—2005 电气火灾监控系统[S].北京：中国标准出版社,2005.

[5] GB50116—2008 火灾自动报警系统设计规范[S].北京：中国标准出版社,2008．

[6] JGJ16—2008 民用建筑电气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2008.

[7] GB50045—95 高层民用建筑设计防火规范[S].2005年版.北京：中国标准出版社,2005.

[8] 中国国家标准化管理委员会.GB13955—2005 剩余电流动作保护装置安装和运行[S].中国水利水电出版社,2005.

[9] 国际标准化组织.ISO11898 控制器局域网CAN(controller Are Neywork)[S].日内瓦：2003.

[10] 中华人民共和国工业和信息化部.GB5636—2010 城市轨道交通综合监控系统工程设计规范[S].北京：中国标准出版社,2010.