火灾报警系统因强电干扰发生故障报警现象的改善策略研究

余长明

（中铁华铁工程设计集团有限公司）

1 引言

火灾报警系统属于弱电系统，其在实现火灾探测和火灾报警功能的同时，需要接入多种外部设备，由于大部分外部设备采用AC 220V 电源供电，如果火灾报警系统与外部设备之间接口方式不当，则会形成电磁干扰，影响火灾报警系统运行稳定性，同时也会出现误报警等问题[1]。

2 火灾报警系统运行概况

2.1 火灾报警系统误报警情况

火灾报警系统感温电缆敷设于高压电缆夹层以及直流高压开关位置，主要用于检测建筑高压电缆温度。当建筑高压电缆温度升高时，感温电缆热敏材料阻抗减少，当感温电缆阻抗减少幅度超过下限值时，会触动火灾报警系统发出警报[2]。但是该建筑火灾报警系统感温电缆敷设与高压强电电缆之间，由于强电电缆输电过程中会产生交变磁场，该磁场会对感温电缆产生一定影响，尤其在建筑停电或送电瞬间，电感产生的交变磁场较大，会造成感温电缆误报警情况。表1为该建筑2021年6月火灾报警系统报警情况。

表1 火灾报警系统报警情况

从表中可以看出，该建筑火灾报警系统6 月份共有11次报警情况，且报警时间主要集中于00:30～4:30之间，该时段为建筑高压电缆停电和送电阶段，因此初步判断是由于高压电缆停送电产生的强电干扰使火灾报警系统出现误报警情况。

2.2 火灾报警系统误报警问题分析

该建筑火灾报警系统主要包括应急照明回路、排烟风阀、防火阀、消防水泵、防火卷帘、感温电缆控制器、声光报警器等。火灾报警系统中应急照明回路、排烟风阀、防火卷帘、消防水泵等设备采用AC220V 电源供电[3]。该火灾报警系统采用硬件接口实现设备之间的连接，即通过硬线电缆传输各子系统运行状态信息至系统监视模块中。

建筑火灾报警系统应急照明接线见图1，由于该应急照明电路采用AC 220V 强电工作电压，在应急照明线路停送电过程中，强电电缆会产生电磁干扰，导致火灾报警系统逻辑判断错误，出现误报警情况。尤其是在应急照明强电线路与火灾报警系统感温电缆采用同一线槽敷设，并在没设置电缆分隔板的情况下，应急照明线路强电干扰极易影响火灾报警系统逻辑判断准确性[4]。即使应急照明电缆与火灾报警系统感温电缆之间采用分槽、分管敷设，但仍会出现电缆局部电磁干扰，影响火灾报警系统的运行。

图1 应急照明电路

3 火灾报警系统因强电干扰发生故障报警现象的改善策略

3.1 火灾报警系统抗强电干扰接口系统设计

在应急照明电路中，火灾报警系统与应急照明配电回路接触器端子相连接，火灾报警系统输出模块与应急照明配电箱强启端子之间连接。发生火灾时，火灾报警系统可以控制应急照明的启动和控制。将火灾报警系统输入模块与应急照明配电箱强启端子进行连接，可实现对应急照明电路运行状态的实时监测。该抗电磁干扰接口系统包括反馈接口和控制接口，在控制接口模式下，火灾报警系统通过一组不接地、独立不带电的常开触点实现应急照明的启动控制点，同时应急照明为常开触点提供AC 220V电源。在反馈接口模式下，火灾报警系统通过应急照明情况，实现应急照明电路反馈通信的功能[5]。

图2 所示火灾报警系统抗强电干扰接口系统，该系统主要由模块箱、配电箱组成，其中配电箱设置于应急照明系统中，模块箱设置于火灾报警系统中，模块箱包括输出输入模块和端子排，而配电量、输入输出模块之间设置有继电器；模块箱输出输入模块通过端子排与继电器进行连接。此外，配电箱内部设置了开关电源，继电器与开关电源之间通过干接点进行连接，当火灾报警系统通过输出模块为开关电源提供DC 24V 电源后即可实现应急照明的启动与控制。在应急照明系统运行过程中，火灾报警系统可以通过输入模块与应急照明系统进行通信，进而实现监测应急照明系统运行情况的目的。该接口系统中，通过在输入模块与配电箱之间设置继电器，由火灾报警系统为应急照明提供AC 220V 电源，并进行火灾报警系统与应急照明系统之间的信息传递与转换，该设置方式不仅能避免火灾报警系统控制电缆间的电磁干扰，而且也能避免强电干扰进入火灾报警系统中，以此解决火灾报警系统误报警问题。

图2 火灾报警系统抗强电干扰接口系统

3.2 火灾报警系统抗强电干扰措施

3.2.1 内部干扰抑制

针对火灾报警系统内部干扰抑制措施包括两方面，一方面在火灾报警系统中安装干扰隔离变压器、滤波器和抑制器；另一方面采用抗干扰系统元件[6]。

①安装干扰吸收器，包括气体放电管、齐纳二极管和压敏电阻等器件，与火灾报警系统用电设备进行并联，当用电压超过用电设备限制时，器件会通过吸收、旁路和能量转移方式减少系统电压。

②安装电源滤波器，火灾报警系统用电设备为高集成度、低功耗电子器件，该类器件极易受到电磁干扰，通过安装电源滤波器，可以抑制电磁干扰强度，进而保证火灾报警系统稳定运行。

③采用软磁材料，软磁材料包括铁基FU 合金、钴基非晶磁芯等，该类材料具有退磁效果，可以弱化火灾报警系统内部强电干扰，有利于减少火灾报警系统因强电干扰发生故障报警的现象。

④安装隔离变压器，该设备可以隔离不同电路电气，减少环路电流对火灾报警系统的影响。

3.2.2 外部干扰抑制

①采用屏蔽方法抑制干扰。通过采用强电干扰屏蔽措施，可以限制电缆产生电磁干扰。电磁干扰屏蔽方式包括磁屏蔽、电磁屏蔽、静电屏蔽和多层屏蔽。其中静电屏蔽干扰抑制措施采用接地方法，远离强电信号；电磁屏蔽采用导体包围吸收、接地等方法减弱强电信号或者将电源线与信号线进行垂直交互布置；通过安装高导磁介质进一步减弱强电信号。

②采用接地方法抑制干扰。线路接地方法是减少干扰的重要手段，该方法可以解决能量泄漏、电磁场循环等造成的干扰。在接地位置、接地方式、接地接线尺寸和接地面积等方面选择时，应根据强电干扰效果和火灾报警系统安装位置等情况进行选择。常用接地方法包括单点接地，该方法接地线路较短并且线路较粗，可以进一步减少高频电流、静电和阻力引起的电流并将其及时排出[7]。另外，需要注意的是高电流和弱信号电路不能采用相同接地线，需要分开铺设，以此来消除地线共阻抗耦合干扰，同时也可以避免线路受电位差和磁场的影响，使线路无法形成完整的电流环路，避免电流环路与系统电路之间出现耦合干扰。针对火灾报警系统现场干扰较强并且传输线路较长的情况，可以采用光电耦合器将线路公共地线去除，并为电路系统提供电位参考，以此保证火灾报警系统的安全性。

③采用双绞线抑制强电干扰。火灾报警系统信号传输过程中，如果线路阻抗不匹配则会出现信号失真、延时和反射等情况，针对该问题可以采用双绞线抑制线路强电干扰。在火灾报警系统中铺设双绞线，使线路形成环路，由于双绞线在电路传输方向和传输距离方面完全对称，因此两条线路阻抗也相同，当强电信号进入闭合回路时，线路所产生的磁钢干扰会相互抵消，进而达到抑制磁场干扰的目的。如果火灾报警系统线路传输距离较短，则将火灾报警系统线路替换为单端型传输线路，通过端接法消除线路阻抗不匹配产生的影响，同时采用双绞线传输线路，其中一条线路接地，可以达到屏蔽强电干扰的目的[8]。如果火灾报警系统线路传输距离较长，线路强电干扰通过共模方式存在于差分接收端中，由于差分接收端只对差分信号进行放大，不会放大强电干扰信号，进而会对干扰信号信号产生抑制作用。

④采用滤波技术抑制干扰。常见滤波器包括电磁干扰和信号选择滤波器，在选择滤波器时需要根据火灾报警系统强电干扰波形进行选择，然后结合火灾报警系统温度、环境条件和通流量等设置滤波器参数，最后采用带通、高通、陷波、低通等线路滤除强电干扰。

4 结语

综上，火灾报警系统的稳定性和可靠性对建筑安全和管理有重要作用，为确保在紧急情况下，火灾报警系统可以准确及时判断出火灾位置，并通过控制指令启动灭火设备，以降低火灾损失。针对以上问题本文提出避免火灾报警系统接口系统，通过在反馈接口安装隔离继电器将强电干扰进行隔离，避免火灾报警系统不同等级工作电压产生电磁干扰，同时也能减少电磁干扰对火灾报警系统的影响。