电气火灾监控系统在地铁供配电系统中的应用分析

张钊

摘 要：随着我国越来越多的城市地铁建设的发展需要，对于电气火灾的重视程度会不断提高，对电气火灾监控的需求也会不断增强，地铁电气火灾监控系统通过对配电线路、重要用电设备的温度以及电流变化进行检测，可以对故障部位或者是隐患的部位地址进行预警，尽可能的提前消除火灾隐患，达到早期控制火灾险情的目的。

关键词：电气火灾监控系统；地铁供配电系统；应用

1地铁中电气火灾发生的原因

电气火灾的发生主要是由电气线路故障所引起的，其次是电气设备故障而导致的火灾事故，电气火灾发生主要通有以下几种成因形式，漏电、短路以及过载。

1.1漏电

当线路中某处因为自然或者人为原因使导线的绝缘能力下降，导致导线间或者导线与地之间有一部分电流通过的线路故障，称之为漏电，发生漏电故障时，泄漏的电流流入大地途中，遇到电阻大的部位时，会产生局部高温，导致附近可燃物着火，引起火灾。

1.2短路

电气线路中的导线绝缘层破坏后，两导线之间某一点接触，引起电流突然增加所引发的故障，就是短路，发生短路故障时，两导线间的电阻突减，电流突增，从而引起发热量的极具升高，超过了线路正常工作时的发热量，并在短路点易产生火花和电弧，使绝缘层发生燃烧，引燃导线附近可燃物，从而造成火灾。

1.3过载

当导线或者是电气设备的电流，超出了其额定值，就会使导线或电气设备温度不断上升的故障，称之为过负荷，当发生过负荷故障时，导线或设备温度上升，从而使绝缘老化，甚至可能达到绝缘材料的燃点，引燃周围可燃物，引发电气火灾。

2应用电气火灾监控系统的必要性

（1）根据实际运行经验，配电设备的火灾发生主要由4个方面原因引起：①线路绝缘老化、漏电火灾；②短路火灾；③长期过负荷使用；④压接施工不规范，接触电阻过大。对于第①、②方面，绝大部分可以通过测量剩余电流Is来获得预警信息，及时处理，可避免出现火灾事故；第③、④方面可通过实时测量开关端子的温度及时发现并处理，以避免事故发生。

（2）电力电缆故障绝大多数是由于施工不规范、机械损坏、电缆接头压接不紧、加热不充分、绝缘受潮、环境恶劣、化学物质侵蚀等原因引起电缆绝缘降低而被击穿起火，此类电缆故障具有隐蔽性，不可预见。采用剩余电流监测装置可准确判断电缆绝缘下降情况，能够较好地预防电力电缆起火的事故发生。

（3）部分城市地铁的低压配电系统主开关使用抽出式断路器，在经过多年插拔后，其插接处的接触电阻会有所增加，使用温升会提高，温升值是否已达到危险状况，需要由温度探测器来监测。若地铁供配电设备发生火灾停电，车站照度将瞬间下降很大，造成乘客紧急逃生困难。因此，在地铁低压配电系统中使用质量可靠、性能稳定的电气火灾监控系统是十分必要的。

3主要监控装置的设置

3.1测温式电气火灾监控探测器

测温式电气火灾监控探测器的作用是探测电气设备接头异常发热，探测器设置在电容器接头、变压器接头、母线接头、开关触点等发热部位，以实现对电气设备安装工艺、产品质量等异常情况的长期监测。

根据热平衡原理，载流导体的发热过程可用公式：

（1）

公式（1）中：г为温升；P为单位长度导体自身消耗功率，约等于I2R；K为导体周围介质的综合散热系数，空调房环境取大值；S为单位长度导体散热面积；t为通电时间；T为单位长度导体的热时间常数。

对其安装位置的选择，建议如下。

（1）从使用负荷方面考虑，建议在每日有效工作时间超过4h、实际运行电流大于100A的负载开关上安装蓝牙温度探测器。

根据公式（1）计算可知，运行电流小于100A的开关在28℃环境内正常安装时，其温升是很小的。从深圳地铁的实际运行情况看，正常安装的冷水机组回路（额定功率210kW）长期运行，其负荷开关端子温度显示为50℃左右，需重点监控；其他设备，如综合监控回路（额定容量120kVA）、应急电源（EPS）照明回路（额定容量80kVA）开关端子运行温度（30℃）和室温相近。

（2）从安装位置方面考虑，测温式电气火灾监控探测器宜安装在靠近开关与底座插接处的位置。根据载流导体的热平衡原理可知，载流导体的温升与接触电阻有很大关系，接触电阻又与接触压力有关。接触电阻的经验公式是：

（2）

公式（2）中：Rj为接触电阻；F为接触压力；Kj为材质系数，一般取0.7～1；n：点接触取0.5，线接触取0.7，面接触取1.0。

开关和底座端子的插接是多段线接触，正常安装情况下，螺栓的紧固力要远大于开关和底座端子的插接力。

（3）在负载开关的一侧（如输出侧或输入侧）安装测温式电气火灾监控探测器，而无需在负载开关上下两侧都安装。

负载开关输入端子与输出端子间的距离不足1m，铜的热导率较高，达到393.6W/（m？K），当铜材某处异常高温时，能迅速将热量传导至周围，达到热平衡。从成本考虑，在负载开关的一侧（如输出侧或输入侧）安装测温式电气火灾监控探测器，而无需在负载开关上下两侧都安装。

综上所述，建议在以下低压配电设备处使用测温式电气火灾监控探测器：

（1）低压配电室内的低压进线柜断路器上接口处，3级负荷总开关断路器下接口处，环控1级、2级负荷馈出回路断路器下接口处，以及冷水机组回路断路器下接口处；

（2）环控电控室的进线柜断路器上接口处，3级负荷进线开关断路器下接口处，以及隧道风机（TVF风机）低速回路断路器下接口处。

3.2剩余电流式电气火灾监控探测器

剩余电流式电气火灾监控探测器的主要作用是监测电线、电缆的泄漏电流是否有增大趋势，以判断其绝缘状况是否良好。因此，对其安装位置的选择，建议如下。

（1）在密集母线回路，建议安装剩余电流式电气火灾监控探测器。长距离输送电力的密集母线槽由于是非标组装件，其绝缘材料和组装工艺无法全面保证质量，尤其在接头处的绝缘处理上。多年运行经验表明，大多数密集母线槽的故障都是由于接头处绝缘下降引起，而密集母线槽的接头数量又多，因此，可安装剩余电流监测装置以监测整段密集母线槽绝缘状况，达到对可能出现的故障预警目的。

（2）进线回路和母联回路可不安装剩余电流检测装置。剩余电流检测装置一般是监控馈出电缆的剩余电流状况，总进线开关处可不安装；母联回路一般处于备用状态，也不用安装。

（3）区间隧道水泵供电回路应增加剩余电流检测装置。地铁区间隧道水泵电缆长期通电，且安装环境恶劣，温度高，还存在受化学物侵蚀的可能，其绝缘水平下降快，容易出现绝缘受损、击穿故障，引起火灾。因此，需在区间隧道水泵输出电缆上安装剩余电流检测装置。

综上所述，可在以下范围使用剩余电流检测装置：低压配电室的3级负荷總开关回路，环控1级、2级、3级负荷馈出密集母线回路，区间水泵供电回路，站厅总照明回路，站台总照明回路，冷水机组回路。

结束语

在地铁车站供配电系统中使用电气火灾监控系统对监控设备工况、预防电气火灾十分重要，地铁公司作为企业，还需充分考虑前期建设成本的投入及今后运营费用高低。因此，认真分析电气火灾监控系统在地铁供配电系统中的使用显得十分必要。

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