淺析電氣火災監控系統在地鐵供電系統中的應用

馬小龍

摘 要：本文通過分析電氣火災監控系統的工作原理，結合地鐵供電系統中用電負荷的分布情況。對電氣火災監控系統在地鐵供電系統中的應用進行了深入的研究，并提出了電氣火災監控系統在地鐵中的設置方式。隨著國民經濟發展，各大中城市地鐵建設正如火如荼。在地鐵的設計、建設和運營的過程中，保證安全是重中之重。地鐵在城區多為地下線路，其所有設備都為耗電設備，因此地鐵供電系統的安全可靠是地鐵正常運營的保證。電氣火災監控系統對于地鐵供電系統設備線纜的在線監測、電氣火災的早期預防有著重要的作用。本文就對其在地鐵供電系統中的設置方式進行深入的分析論證，并得出結論。

關鍵詞：地鐵；供電系統；電氣火災監控系統

中圖分類號：U231.96 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）03-0173-02

1 引起電氣火災的原因

目前，電氣火災已經成為引起火災事故的主要誘因。根據公安部消防局的相關統計，電氣原因造成的火災占所有火災誘因的比例高達30%，故在電氣相關工程的設計中，應對于電氣火災的防護予以高度的重視。

1.1 電氣故障引起電氣火災的幾種方式

（1）過載：電氣裝置負擔過重，線纜或開關異常發熱導致周圍可燃物起火。（2）短路：兩個帶電導體直接接觸使電流在極短的時間內迅速增大，損壞電纜或產生電火花，引燃周圍可燃物。（3）雷電：雷電將極高的電壓瞬間加載電氣線路或電氣設備上，使其損壞或失火。（4）過壓：電氣設備運行電壓高于正常電壓，如持續時間過長，會導致電氣設備中的元件異常發熱，引發火災。（5）泄漏電流：當電纜或電氣設備絕緣損壞或者處于潮濕、腐蝕的環境時，電流會從回路中泄漏向大地或附近的導體。如泄漏電流過大，會產生火花放電現象，引燃周圍的可燃物和易燃物，而引發火災。（6）故障電弧：當線纜或接頭損壞、電氣連接松動，帶電導體間產生熱積累，最終引燃線纜，點燃周圍可燃物。

1.2 泄漏電流的允許值

由于用電設備和線纜的安裝環境不同，安裝方式各異。對于設備和線纜的泄漏電流進行計算很困難，在設計的過程中，只能根據相關的規范及以往工程實踐中積累的經驗數據進行估算。一般人體感知的安全電流在30mA以下。故終端用電設備的泄漏電流都應在30mA以下。泄漏電流在300～500mA時，會對臨近的導體放電，產生火花。電氣火災監控裝置的報警值建議為300～500mA。

2 地鐵環境下的供電系統

地鐵的供電系統主要分4種電壓等級：主變電所進線110kV（66kV）；中壓環網35kV；直流系統1500V；配電系統0.4kV。供電系統中的電能傳輸媒介全部為電纜，電纜多敷設于站臺板下夾層、隧道及吊頂中。地鐵空間緊張，電纜數量較多，故在電纜敷設的時候很緊密，且轉彎半徑很小。由于地鐵線路多在地下，環境潮濕，且局部地段列車閘瓦制動粉塵較多，電纜敷設環境及隧道區間用電設備使用環境較差。如對設備線纜監控不當，很容易出現火災事故。

3 電氣火災監控系統在地鐵供電系統中的應用

3.1 電氣火災監控系統組成

電氣火災監控系統由監測主機（數據集中監控管理中心）、剩余電流監控探測器、溫度監控探測器、通信網絡及系統軟件組成（見圖1）。該系統用于監測低壓配電系統中剩余電流相關參數項，由剩余電流監控探測器對數據進行收集管理，并上傳至監測主機。當被監視線路中探測參數超過報警設定值時，剩余電流監測探測器和監測主機能同時發出報警信號，并指示報警部位。

本系統利用布置在變電所及配電間的開關柜饋線回路的剩余電流監測探測器進行剩余電流監測（柜內預留安裝空間），每個饋出回路均設置剩余電流監控回路，少數回路設置溫度探測器，探測器將其探測信號通過總線上傳到監測主機。監測主機實現對其各個信號的處理、報警、顯示、統計、管理、通信等功能，并將報警信息通過通信接口上傳到火災自動報警系統（FAS）。

剩余電流監測探測器與監測主機之間通過屏蔽雙絞線進行通信連接。

3.2 電氣火災監控系統功能

（1）系統監測主機和剩余電流檢測探測器應對所轄范圍內的所有采集器的報警信號聲、光報警，并顯示報警位置、采集器的實測值。監測主機具有用戶級和管理級權限區分功能。系統應可以調節報警音量大小。

（2）系統監測主機具有與FAS系統的通信功能，通信協議互相開放。

（3）系統設備具備自檢功能，能夠對主機故障，提供完整的歷史檔案記錄，可隨時查詢系統的工作狀態。系統具有高效的巡檢機制，能實時顯示報警和正常運行狀態。

3.3 電氣火災監控系統在地鐵供電系統中的設置方式

在地鐵供電系統各種電壓等級中，由于110kV和35kV為中高壓電壓等級，其用電負荷集中，且保護裝置完善。故只考慮在0.4kV系統和直流系統中設置電氣火災監控系統。

0.4kV配電系統回路很多，線纜敷設路徑復雜，末端用電設備環境較差。直流系統作為地鐵車輛安全運營的保障，其供電的安全可靠性也十分重要。故在0.4kV系統及直流系統設置電氣火災監控是非常必要的，對其設置的方式應充分與FAS專業配合。

0.4kV系統末端的用電負荷按性質分主要有動力負荷、照明負荷和電子類負荷。按負荷的用電位置分主要有車站內負荷和區間負荷。根據最新的《火災自動報警系統設計規范》FAS專業在區間的動力負荷電纜上設置了感溫光纖；在車站內部每層電纜托架上設置了感溫電纜。對于供電系統各電壓等級電纜的正常及故障情況下的溫度進行了實時監測。經對各用電負荷的特性分析，及與FAS專業感溫線纜設置方式的配合，建議對于0.4kV系統及直流系統電氣火災監控探測器的設置方式如下：

（1）對于0.4kV系統站內的動力、照明及電子類負荷設置剩余電流探測器；由于車站內敷設的電纜，FAS專業只在每層托架上設置了感溫電纜。每層電纜較多，且一些電子類的弱電設備用電負荷很小，選取的電纜截面較大，單回路出現端子處接觸不良，FAS專業的感溫電纜很難發現。即使發現，由于每層托臂線纜很多，也很難確定事故的范圍。故建議在局部重要負荷如信號設備室、通信設備室及屏蔽門控制室等加設溫度探測器；（2）對于0.4kV系統的區間動力及照明負荷設置剩余電流探測器，動力負荷電纜已由FAS專業設置感溫光纖，可進行溫度監控，故只在照明負荷加裝溫度監控探測器。（3）由于直流系統電纜不帶鎧裝，且為單芯電纜，故監測剩余電流很困難，故建議在直流系統的重要回路（如接觸網的上網電纜）設置溫度探測器，已實現對直流系統電氣火災的監控。

4 結語

建議電氣火災監控系統以每個車站為單位，單獨組網，并將實時監測數據上傳至FAS的車站級控制盤。在地鐵的0.4kV系統及直流系統的饋出線設置剩余電流探測器。在地鐵車站中的重要負荷及區間負荷建議設置溫度探測器。

參考文獻

[1]《電氣火災監控系統》，GB14287-2014.

[2]《火災自動報警系統設計規范》，GB50116-2013.

[3]《地鐵設計規范》，GB50157-2013.