石油化工电气火灾防范与消防电源监控的探讨

刘扬

(中石化宁波工程有限公司 上海分公司，上海 200030)

根据中华人民共和国应急管理部消防救援局发布的2020年全国火灾及消防救援接警与处警情况，全国共接报火灾警情25.2万起，死亡1 183人，受伤775人，直接财产损失达40.09亿元人民币。全年因违反电气安装使用规定引发的火灾共8.5万起，占总数的33.6%；因电气故障引发的较大火灾36起，占较大火灾总数的55.4%。统计显示，因短路、过负荷、接触不良等线路问题引发的火灾占电气火灾总数的68.9%；因设备故障、使用不当等原因引发的火灾占电气火灾总数的26.2%；其他原因引发的火灾占电气火灾总数的4.9%。综上可以看出，电气设备及线路故障引发的火灾事故较多，且在总体火灾接处警情况中的占比较高，而短路、过负荷、接触不良等线路故障更是造成电气火灾的主要原因。

石油化工企业内电气设备种类繁多，且长期处于不间断运行中[1]。除了如违反操作规定、安全管理意识薄弱等主观因素外，还存在很多客观因素，如随着企业生产年限的增加电气设备及线路绝缘逐步老化，用电设备使用寿命和季节性因素造成的漏电与短路隐患也在逐渐增加，这些渐变的电气故障多发生在电气设备及配电线路穿线管的内部，在电气故障导致起火的初期，这些隐蔽的部位不易发现，当火势蔓延时，给扑救带来了较大的困难。同时，由于石油化工行业的特殊性，火灾很可能会引发爆炸事故以及有毒、有害介质的泄漏，进而造成严重的人员伤亡、经济损失、环境破坏等难以挽回的影响。因此，石油化工企业设置电气火灾监控系统及消防设备电源监控系统，具有特殊的重要性。

1 电气火灾监控系统

电气专业涉及的火灾防范措施不是针对某个具体部位的预防，而是从线路、线缆到用电设备终端的系统化防范，是从电源侧到用电设备终端的系统化防范，是从电源侧到用电负荷侧的分级化防范，是从线路、线缆温度剩余电流到用电负荷电弧监测功能化的防范[2]。

1.1 电气火灾监控系统的组成

电气火灾监控系统通常由电气火灾监控器和电气火灾探测器组成，该系统拓扑结构如图1所示。电气火灾监控器应具有实时集中监控、故障显示及报警、故障及报警记录等功能，并在消防控制室或有人值守的场所安装；若电气火灾监控器安装在无人值守的变电所，则需将报警信号和故障信号上传至对应的消防控制室。工程实践中，常用的电气火灾探测器类型有剩余电流式和测温式，但随着电气火灾监控设备的不断发展，组合式电气火灾探测器可以同时实现1 kV及以下配电线路剩余电流和线路温度的监测。组合式电气火灾探测器在简化电气火灾监控系统硬件数量的同时，通过采集多种参数，从而预判线路短路、过载等不同原因造成的渐变类电气故障，可提前将各种火灾隐患扼杀在初始阶段。

图1 电气火灾监控系统拓扑结构示意

1.2 新建石油化工生产装置电气火灾监控系统的设置

电气火灾监控系统的设置原则是以预防电气设备及线路故障引发的火灾为主，为满足石油化工生产装置通常的连续生产要求，不应轻易切断用电负荷电源。因此大多数情况下，该系统仅动作于报警，而不动作于跳闸。该系统通过电气火灾探测器监测电气线路的运行情况并采集相关数据，当被监测线路出现异常的漏电流、温升时，电气火灾监控器上显示故障线路的漏电电流、温度、地址，并进行声、光报警，提醒运行维护人员及时排查事故。该系统作为全厂火灾自动报警系统的一个独立子系统，当该系统报警的同时，也应同时将报警信号送至火灾自动报警系统。

IEC 60364-4-42《低压电气装置 第4—42部分： 安全防护 热效应保护》中说明了配电线路中泄漏电流达到300 mA就可能引起火灾，GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》[3]建议剩余电流式电气火灾探测器动作值为300～500 mA，GB 50054—2011《低压配电设计规范》[4]规定： 为减少电气火灾危险而装设的剩余电流检测或保护设备其动作电流不应大于300 mA。基于上述规范中相关条款，工程实践中通常将电气火灾监控系统中剩余电流监测的报警阈值设定为300 mA。

考虑到电压等级1 kV以下不同绝缘介质、不同导体材料的电缆长期允许最高工作温度不同，例如0.6/1 kV铜芯交联聚乙烯绝缘电缆长期允许的最高工作温度为90 ℃，而0.6/1 kV铜芯聚氯乙烯绝缘电缆中导体长期允许的最高工作温度为70 ℃，因此测温式电气火灾探测器的报警阈值宜根据线路电缆的型号、规格等参数确定。为预防电气火灾发生和减少误报警频率，通常将电气火灾监控系统中温度监测的报警阈值按电缆长期允许最高工作温度的80%～90%设置。电压等级1 kV以上的供电线路，根据相关规范要求，建议采用光纤测温式电气火灾探测器并直接设置在保护对象的表面。

1.3 在役石油化工生产装置电气火灾监控系统设置的思考

GB 50116—2013中9.1.1条规定： 电气火灾监控系统可用于具有电气火灾危险的场所；GB 50016—2014《建筑设计防火规范(2018版)》[5]中10.2.7条仅要求在有条件时设置电气火灾监控系统。由于规范的解读不同，使得部分石油化工生产企业在设计、建设的初期，未考虑电气火灾监控系统的设置。随着全社会对安全生产的重视，国务院安全生产委员会于2017年4月26日印发了《关于开展电气火灾综合治理工作的通知》，并在全国范围内组织开展了为期3 a的电气火灾综合整治工作，从一定程度上引起了石油化工生产企业对预防电气火灾的重视。

对于未设置电气火灾监控系统的在役石油化工生产装置，新增该系统存在一定的困难，例如抽屉式低压开关柜内可能缺少足够空间用于安装一体式或分体式电气火灾监控探测器的剩余电流互感器。为解决该实际问题，笔者结合现有电气专业的设计内容进行了拓展，希望有助于已建石油化工生产装置电气火灾监控系统的设置。

在石油化工生产企业中，通常采用微机综合保护装置实现馈线、电动机回路的综合保护，而该装置自带零序互感器以实现漏电保护功能，这与电气火灾监控系统中剩余电流式电气火灾探测器的原理一致，再配置相应的通信管理机进行寻址、数据采集与上传，就可以依托现有的微机综合保护装置实现电气火灾监控系统对线路剩余电流的监测。在此基础上，配合测温式电气火灾监控探测器重点监测电气设备的电缆接头、端子及重点发热部件的温度，不但可以依托现有设备组建电气火灾监控系统，同时尽可能地减少了现有设备的改造。

2 消防设备电源监控系统

消防工程是一个系统性工程，常见的消防用电设备主要包括： 消防排烟风机、消防补风(送风)风机、消防水泵、消防泡沫装置、消防喷淋或雨淋阀系统的就地控制箱、电动防火卷帘门、消防电梯、消防应急照明及疏散指示系统中的A型应急照明集中电源、火灾自动报警系统等。这些消防用电设备在控制火灾蔓延、保证人员疏散、营救等方面均有重要作用，可从一定程度上减少因火灾造成的人员伤亡与经济损失。在正常情况下，这些设备大多数处于热备状态，只有在火情出现时才需要投入工作，如果消防用电设备的电源出现问题，将导致这些消防用电设备形同虚设。因此，保障消防用电设备供电电源的可靠性尤为重要。

根据以往的工程实践与案例，消防设备电源监控系统作为一种系统架构相对简单的预警监控系统，在石油化工设计中被广泛应用，其消防电源状态监控器与电压/电流传感器的两层结构组网模式，可以有效地实现消防设备的实时监测，并反馈消防用电设备电源的工作状态，对提高石油化工企业消防安全管理水平具有“保驾护航”的作用。

2.1 消防设备电源监控系统的组成

消防设备电源监控系统主要用于日常消防用电设备电源的维护与监控，以保证火情发生时相应的消防用电设备可以正常投入工作，为消防救援提供有力的保障。该系统通常由消防电源监控主机、分机以及电流/电压监控模块传感器等组成，系统拓扑结构如图2所示。

图2 消防设备电源监控系统拓扑结构示意

对于大型石油化工企业，各装置区消防用电设备末端安装的电流/电压监控模块传感器将采集的消防设备电源参数，通过总线与安装于各个装置区消防控制室或有人值守区域内的消防设备电源监控分机构成消防设备电源监控子系统，各装置区内的消防设备电源监控分机再与全厂性中心控制室内的消防设备电源监控主机通信，从而实现全厂消防设备电源的监控系统的建立。

该系统根据消防设备电源的电压、电流、开关状态等电气参数的变化情况发出相应的指令。当消防用电设备电源出现断路、过电压、欠电压、缺相、过载等故障时，发出声、光告警信号[6]，提醒运行管理及维护人员及时检查、处理，并通过相应的寻址功能锁定具体的报警回路。

2.2 配置消防设备电源监控系统应注意的事项

石油化工企业的配电方案通常采用变电所放射式直供电的方式。如果消防设备电源监控系统的监测点设置在靠近变电所配电设备的出线端，当消防配电线路出现故障时，该系统将不能如实反馈消防用电设备受电端的实际电源情况。因此，该系统的电流/电压监控模块传感器的安装位置，原则上宜尽可能地靠近消防用电设备的末端，如消防双电源切换装置的进线处，以尽可能地保证消防电源监控的有效性。

3 智慧消防与消防监控一体化

2017年10月10日，公安部消防局发布了《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见》(公消[2017]297号)，要求综合运用物联网、云计算、大数据、移动互联网等新兴信息技术，加快推进“智慧消防”建设，全面促进信息化与消防业务工作的深度融合、全覆盖的社会火灾防控体系，实现“传统消防”向“现代消防”的转变。该指导意见的主要对象虽然是社会火灾防控体系，但作为社会生产环节的一个组成部分，随着消防产业技术的发展与消防安全意识的增强，石油化工企业也存在向现代消防转变的需求。

出于先期预报警与对消防设施动态监管的目的，除传统的火灾自动报警系统、可燃气体检测报警系统外，各种用于消防的监控系统不断涌现，如电气火灾监控系统、消防设备电源监控系统、消防应急照明及疏散指示系统、消防水泵巡检系统、防火门监控系统等。这些系统反映出各个专业对火灾危害的重视，但是这些消防监控系统如果单独建立，不但硬件种类繁杂，还会增加监控与维护的困难。因此，实现消防监控系统一体化有着显著的优势，通过依托火灾自动报警系统及相应的火灾报警系统控制器，并对各种消防监控系统的传输协议、通信协议进行统一或兼容，实现各个消防监控系统之间的组网与通信，最终构成消防监控系统的一体化解决方案。实现消防监控系统一体化，不但使诸如电气火灾监控系统、消防设备电源监控系统作为各自相对独立的子系统保持其本身具备的监控功能，还可以通过石化企业内部通信网络实现各消防监控系统的数据互通，避免各消防监控系统“各自设立”带来的管理难题与重复投资。消防监控系统一体化结构如图3所示。

图3 消防监控系统一体化结构示意

各个消防监控系统在实现一体化的同时，通过智慧消防物联网技术实现多种类系统与设备通过多协议与云平台的组网，不但可以实现对每一个系统、终端、消防设备运行状态和故障报警的实时监管与精确定位，还可以通过分级授权管理的方式向企业内各级用户提供更加直观的网页界面和APP应用，让企业内各级用户根据不同的权限随时随地进行监管。

基于消防监控系统一体化与智慧消防网络的优点，石油化工企业值班人员可全天候远程实现火灾报警联动、消防设施状态监测、消防巡检等日常工作，有效地提高了消防管理水平与工作效率。同时，安全生产责任人、消防安全责任人可以通过网页界面以及APP应用，随时调看企业内部相关消防系统、设备的运行状态，并且在消防系统事故、故障报警时，第一时间获取相关信息。通过智慧消防物联网，当地消防主管部门也可实时掌控辖区石油化工企业的消防设施运行状态，不但可以实现指导日常消防监督与检查，而且通过对相似企业消防数据的分析，量化辖区石油化工企业火灾危险程度，指导消防主管部门对火灾风险研判，为消防服务和决策提供信息支撑。

4 结束语

随着石油化工企业消防安全意识的不断加强，为了尽可能地减少火灾带来的人员伤亡、经济损失、环境破坏等问题，当前的消防理念已经逐步从传统的事后灭火方式转向依托科技手段与新兴技术，实现消防预警与监控的方式。

电气火灾监控系统与消防设备电源监控系统在石油化工企业电气火灾防控、消防电源监控方面有着重要的作用与意义。依托火灾自动报警系统将电气火灾监控、消防电源监控等子系统进行一体化设计，再结合智慧消防物联网的发展，为石油化工企业消防巡检及消防隐患预警提供更加科学、有效的管理手段，并在火灾预防、火灾救援、人员疏散等方面起到积极作用。