国家图书馆二期电气火灾监控系统升级改造分析

2021-05-18程奇胜

中国设备工程 2021年9期

程奇胜

（中国国家图书馆，北京 100081）

国家图书馆二期电气火灾监控系统自2008年建成投入以来，运行不到5年时间，系统设备稳定性逐步下降，其误报率、故障率不断增高，影响和干扰了正常的监控系统运行。2013年，该系统基本处于瘫痪状态，后经过厂家多次上门维修，因设备更新换代较快，原设备过于老化，维修配件缺失，且新的产品又与现行软件不匹配兼容，导致该系统关闭停用。电气火灾监控系统保护国家图书馆电气安全。因此，要对国家图书馆二期的电气火灾监控系统进行改造，实时监控。

1 电气火灾发生起因及预防措施

1.1 发生起因

电气火灾发生的原因有很多的，主要有短路、连接不良、电气装置布置安装不当和过载等几类起因。国家图书馆电气设备众多，办公区以及读者多的时候有可能会发生过载，引起火灾。严格根据读者和开馆情况确定设备的使用量，避免引发过载发热情况。

1.2 预防措施

对于电气火灾具有的突然性和隐蔽性，早期的监测是非常有效和必要的手段。最易引起火灾的短路接地这种故障，无论是金属性的还是电弧性的，都能用电气火灾监控系统中的剩余电流动作保护器(RCD)及时有效地切断电源并发出信号，来及时预防火灾的发生。电流只有达到300mA以上的电弧才可以引燃可燃物发生火灾，剩余电流动作保护器对接地故障的动作高灵敏度完全可以满足预防电气火灾的要求，用RCD防止接地故障引起的剩余电流起火非常简单、有效，安装十分的简便。电气火灾监控设备只能监测相应的配电柜，对于办公区的一些设备，在发生过热、发烫等情况时，可以通过安防设备的手报，中控室人员进行跑点查看是否出现问题。

2 项目概况

国家图书馆二期建筑面积8万平方米，共设置34个配电间，108个配电柜，其中含有6个消防配电柜和2个高压细水雾配电柜。根据《火灾自动报警系统设计规范》，剩余电流式电气火灾监控探测器不宜安装在IT系统的配电线路和消防配电线路中，但国家图书馆是国家级消防重点单位，有必要对消防配电柜进行监测，防止该配电柜产生过热等情况，影响火灾时的正常使用。根据国家相关消防的标准，像国家图书馆这种藏书上千万册的地方，必须设置电气火灾监控系统。

根据国家图书馆二期现场勘查后，电气火灾监控系统探测器可集中设置在金属箱体内，使用220V电源供电，并使用UPS作为备用电源，采用导轨方式安装在各柜体墙面，信号线穿过顶部或底部线槽汇集于国家图书馆二期消防控制室，安装电气监控系统主机集中监控。电气火灾监控系统剩余电流互感器安装在各馈线回路上，由于二期钢结构建筑已经投入使用，所以采用开口式互感器进行安装，施工期间不停电，也不拆除任何母排或电缆。

3 系统改造

3.1 系统组成

电气火灾监控系统是消防火灾自动报警系统的一个分开的独立子系统，属于火灾报警系统中的预警级别。电气火灾监控系统的组成示意图，如图1所示。该系统主要包括电气火灾监控器和电气火灾监控探测器。

3.1.1 电气火灾监控器

电气火灾监控器是火灾监控系统的主机，主要用于为前方所连接的电气火灾探测器提供电，使其正常工作，还能接收来自电气火灾监控探测器传回报警信号，发出刺耳的峰鸣声、闪烁光报警信号和控制信号，显出报警地址的部位，记录并保存当时的报警具体信息。

3.1.2 电气火灾监控探测器

电气火灾监控探测器是电流互感器的一种，能够对保护相线中的剩余电流、温度等电气故障参数进行转换和响应，产生自动报警信息，然后向电气火灾监控器主机传输报警信号。

3.1.3 LDK8000功能介绍

LDK8000EN电气火灾报警监控设备采用分部设计、可靠性非常高、误报率比较低，可维修性比较好。显示界面采用的大屏设计，人易于查看、使用性强，具有人机良好的互动和交互性。该设备一共10路探测回路，其中一个回路可以链接128个单点设备点。采用12.4寸24位彩色TFT工业大液晶屏，具有温度范围宽、抗干扰能力强等优点。具有强大的黑匣子记忆方面的功能，最多可以能存贮1024条火警报警记录和1024条故障记录。对于频繁报警的设备，具有操作等级的用户可以在线修改漏电报警阈值，也就是报警范围。通过485协议，支持与消防控制室图形显示装置（CRT）通信功能，并通过CAN总线可实现与图形显示装置的信息上传。图形显示功能，通过图形显示能够更直观地实时观察各个点的对应状态。系统支持常备电功能，使用的24V蓄电池。在主电断开的情况下，自动实现主备电切换，具有电池充放电智能管理功能。系统框图如图1所示。

图1 电气火灾监控系统组成示意图

3.2 系统工作原理

发生电气短路、负载等故障时，电气火灾监控探测器将保护线路中的不平衡电流等电气故障参数信号转变为电流信号，经过内部集中器数据处理后，火灾探测器根据内部逻辑关系做出是否报警的判断，将电气报警信息传送到电气火灾监控器中。电气火灾监控器在接收到前端探测器的报警地址信息，记录前端探测器报警的日期时间，同时联动安装在保护区域现场的消防警报装置，发出声光警报，消防控制室人员采取相应的处置措施，排除电气故障，消除电气火灾隐患，防止电气火灾的发生。电气火灾监控系统的工作原理如图2所示。

图2 电气火灾监控系统的工作原理

3.3 系统设计与安装

3.3.1 电气火灾监控探测器的设置

监控系统的设计应根据建设工程规模和被保护电气线路的实际情况，确定采用独立式探测器或非独立式探测器；当没有消防控制室、且探测器数量不超过8个的，可采用独立式探测器。国家图书馆二期设有独立的消防控制室，将现有108个配电柜重新安装剩余电流电气火灾监控探测器，选用利达8000型。供电线路泄漏电流大于500mA时，应在下一级配电箱设置。探测器的报警值既要考虑线路上负载的自然漏流，又要考虑泄漏电流达到一定值会引发火灾的特性，在设置参数时，可结合设计参考值和实际探测到剩余电流值进行修正，一般工程可选实际探测到剩余电流值的两倍进行设置，可在300～500mA的范围内选择。安装完成后进行逐点测试。如图3所示。

图3 剩余电流电气火灾监控探测器安装实例

3.3.2 电气火灾监控器的设置

根据国家相关标准和规范，凡是设有消防控制室的建筑结构，电气火灾监控器都应设置在消防控制室屋内或者保护区的周边。国家图书馆二期设有独立的消防控制室，因此，要设置在控制室内。安装后显示运行界面，如图4所示。

图4 电气火灾监控器

3.3.3 系统调试

电气火灾监控系统安装完成通电后必须进行系统全面的验收调试，调试开通确认所有状态和参数运行合格后才可投入运行。测试内容如图5。施工人员安装完成后，经过厂家专业人员进行系统调试，设备使用正常，地址和通讯均为正常。

图5 电气火灾监控系统测试内容

3.3.4 测试步骤

电气火灾监控系统完成基本调试后，应按国家相关规定对监控系统进行严格测试，测试结果如表1所示。

自检功能，由测试人员进行按下自检功能键，设备经过5分钟的巡检。报警功能，使用电流改变器，测试108个探测器，每个探测器测试3次，并查看主机是否报警，地址是否正确。在探测器测试过程中，调试人员同步做消音和复位功能，查看是否正常消音。测试完成前3项以后，断开任意2处总线，查看通讯功能是否正常，是否发出报警。人为断开任意2处剩余电流互感器，查看传感器故障功能是否报警。最后对主机进行测试，按下电源转换键，查看系统主机的主、备电源自动转换功能是否正常。

表1 监控系统测试结果

通过表1，我们看出，监控系统的自检、报警、消音、复位、通讯故障报警、传输报警故障、主备电转换等功能，经过系统的测试实验，均正常，系统可以正常使用。基础功能的完备，是整个系统使用的关键所在。

3.3.5 系统运行和短信远程监控

LDK8000电气火灾监控设备外部接线无误后接通电源，监控系统开始对其设备进行自检，设备主要对AC220V电源进行检查。当自检完毕，进入监控状态，监控状态显示界面分为5个区域。当发生机器报警时，中控员迅速查看主机地址界面图，锁定探测器位置，现场查警，确定有无火情。当有火情时，迅速启动相应应急预案。当无火情时，记录误报情况，立即复位。

LDK8000电气火灾监控系统主机可以通过LD6920-DX短信通讯卡向用户发送状态信息，状态信息包括火警、故障。最多可向5个指定用户发送信息。利用短信等相关功能可以实现消防安全管理人员24小时，监控电气设备的状态，发现问题，及时后处理。该系统大大提高了发生故障和火警时的准确处置。如图6所示。

图6 短信远程监控

3.3.6 系统维修

一个好的产品包括可靠性和维修性两个方面。电子器件的本身属于易损件，电流或者电压过高，都会导致如探测器损坏的问题。为了进一步测试，实验人员把其中一个配电柜的电压反复变动，经过上百次的调节，探测器发生故障，不能正常报点。维修人员更换探测器，LDK8000型的配套探测器不需要进行地址更换，装上即可正常报警。

4 办公室电气设备监测

配电柜的电气设备监测可以使用LDK8000。对于办公室的电脑和手机充电设备这些无法做到监测。只能通过消防安全责任制的落实，每个人员在上下班时，将设备电源进行关闭，一旦发现异常，及时报告相关负责人进行修理。对于重要部位，可以通过安防设备，安装手报进行报警，相关人员直接锁定地址。一些员工在使用设备时，不注意摆放，因此，需要在检测和跑点过程中，对办公室人员进行宣传教育培训。