電氣火災監控系統在地鐵供配電系統中的應用分析

張釗

摘 要：隨著我國越來越多的城市地鐵建設的發展需要，對于電氣火災的重視程度會不斷提高，對電氣火災監控的需求也會不斷增強，地鐵電氣火災監控系統通過對配電線路、重要用電設備的溫度以及電流變化進行檢測，可以對故障部位或者是隱患的部位地址進行預警，盡可能的提前消除火災隱患，達到早期控制火災險情的目的。

關鍵詞：電氣火災監控系統；地鐵供配電系統；應用

1地鐵中電氣火災發生的原因

電氣火災的發生主要是由電氣線路故障所引起的，其次是電氣設備故障而導致的火災事故，電氣火災發生主要通有以下幾種成因形式，漏電、短路以及過載。

1.1漏電

當線路中某處因為自然或者人為原因使導線的絕緣能力下降，導致導線間或者導線與地之間有一部分電流通過的線路故障，稱之為漏電，發生漏電故障時，泄漏的電流流入大地途中，遇到電阻大的部位時，會產生局部高溫，導致附近可燃物著火，引起火災。

1.2短路

電氣線路中的導線絕緣層破壞后，兩導線之間某一點接觸，引起電流突然增加所引發的故障，就是短路，發生短路故障時，兩導線間的電阻突減，電流突增，從而引起發熱量的極具升高，超過了線路正常工作時的發熱量，并在短路點易產生火花和電弧，使絕緣層發生燃燒，引燃導線附近可燃物，從而造成火災。

1.3過載

當導線或者是電氣設備的電流，超出了其額定值，就會使導線或電氣設備溫度不斷上升的故障，稱之為過負荷，當發生過負荷故障時，導線或設備溫度上升，從而使絕緣老化，甚至可能達到絕緣材料的燃點，引燃周圍可燃物，引發電氣火災。

2應用電氣火災監控系統的必要性

（1）根據實際運行經驗，配電設備的火災發生主要由4個方面原因引起：①線路絕緣老化、漏電火災；②短路火災；③長期過負荷使用；④壓接施工不規范，接觸電阻過大。對于第①、②方面，絕大部分可以通過測量剩余電流Is來獲得預警信息，及時處理，可避免出現火災事故；第③、④方面可通過實時測量開關端子的溫度及時發現并處理，以避免事故發生。

（2）電力電纜故障絕大多數是由于施工不規范、機械損壞、電纜接頭壓接不緊、加熱不充分、絕緣受潮、環境惡劣、化學物質侵蝕等原因引起電纜絕緣降低而被擊穿起火，此類電纜故障具有隱蔽性，不可預見。采用剩余電流監測裝置可準確判斷電纜絕緣下降情況，能夠較好地預防電力電纜起火的事故發生。

（3）部分城市地鐵的低壓配電系統主開關使用抽出式斷路器，在經過多年插拔后，其插接處的接觸電阻會有所增加，使用溫升會提高，溫升值是否已達到危險狀況，需要由溫度探測器來監測。若地鐵供配電設備發生火災停電，車站照度將瞬間下降很大，造成乘客緊急逃生困難。因此，在地鐵低壓配電系統中使用質量可靠、性能穩定的電氣火災監控系統是十分必要的。

3主要監控裝置的設置

3.1測溫式電氣火災監控探測器

測溫式電氣火災監控探測器的作用是探測電氣設備接頭異常發熱，探測器設置在電容器接頭、變壓器接頭、母線接頭、開關觸點等發熱部位，以實現對電氣設備安裝工藝、產品質量等異常情況的長期監測。

根據熱平衡原理，載流導體的發熱過程可用公式：

（1）

公式（1）中：г為溫升；P為單位長度導體自身消耗功率，約等于I2R；K為導體周圍介質的綜合散熱系數，空調房環境取大值；S為單位長度導體散熱面積；t為通電時間；T為單位長度導體的熱時間常數。

對其安裝位置的選擇，建議如下。

（1）從使用負荷方面考慮，建議在每日有效工作時間超過4h、實際運行電流大于100A的負載開關上安裝藍牙溫度探測器。

根據公式（1）計算可知，運行電流小于100A的開關在28℃環境內正常安裝時，其溫升是很小的。從深圳地鐵的實際運行情況看，正常安裝的冷水機組回路（額定功率210kW）長期運行，其負荷開關端子溫度顯示為50℃左右，需重點監控；其他設備，如綜合監控回路（額定容量120kVA）、應急電源（EPS）照明回路（額定容量80kVA）開關端子運行溫度（30℃）和室溫相近。

（2）從安裝位置方面考慮，測溫式電氣火災監控探測器宜安裝在靠近開關與底座插接處的位置。根據載流導體的熱平衡原理可知，載流導體的溫升與接觸電阻有很大關系，接觸電阻又與接觸壓力有關。接觸電阻的經驗公式是：

（2）

公式（2）中：Rj為接觸電阻；F為接觸壓力；Kj為材質系數，一般取0.7～1；n：點接觸取0.5，線接觸取0.7，面接觸取1.0。

開關和底座端子的插接是多段線接觸，正常安裝情況下，螺栓的緊固力要遠大于開關和底座端子的插接力。

（3）在負載開關的一側（如輸出側或輸入側）安裝測溫式電氣火災監控探測器，而無需在負載開關上下兩側都安裝。

負載開關輸入端子與輸出端子間的距離不足1m，銅的熱導率較高，達到393.6W/（m？K），當銅材某處異常高溫時，能迅速將熱量傳導至周圍，達到熱平衡。從成本考慮，在負載開關的一側（如輸出側或輸入側）安裝測溫式電氣火災監控探測器，而無需在負載開關上下兩側都安裝。

綜上所述，建議在以下低壓配電設備處使用測溫式電氣火災監控探測器：

（1）低壓配電室內的低壓進線柜斷路器上接口處，3級負荷總開關斷路器下接口處，環控1級、2級負荷饋出回路斷路器下接口處，以及冷水機組回路斷路器下接口處；

（2）環控電控室的進線柜斷路器上接口處，3級負荷進線開關斷路器下接口處，以及隧道風機（TVF風機）低速回路斷路器下接口處。

3.2剩余電流式電氣火災監控探測器

剩余電流式電氣火災監控探測器的主要作用是監測電線、電纜的泄漏電流是否有增大趨勢，以判斷其絕緣狀況是否良好。因此，對其安裝位置的選擇，建議如下。

（1）在密集母線回路，建議安裝剩余電流式電氣火災監控探測器。長距離輸送電力的密集母線槽由于是非標組裝件，其絕緣材料和組裝工藝無法全面保證質量，尤其在接頭處的絕緣處理上。多年運行經驗表明，大多數密集母線槽的故障都是由于接頭處絕緣下降引起，而密集母線槽的接頭數量又多，因此，可安裝剩余電流監測裝置以監測整段密集母線槽絕緣狀況，達到對可能出現的故障預警目的。

（2）進線回路和母聯回路可不安裝剩余電流檢測裝置。剩余電流檢測裝置一般是監控饋出電纜的剩余電流狀況，總進線開關處可不安裝；母聯回路一般處于備用狀態，也不用安裝。

（3）區間隧道水泵供電回路應增加剩余電流檢測裝置。地鐵區間隧道水泵電纜長期通電，且安裝環境惡劣，溫度高，還存在受化學物侵蝕的可能，其絕緣水平下降快，容易出現絕緣受損、擊穿故障，引起火災。因此，需在區間隧道水泵輸出電纜上安裝剩余電流檢測裝置。

綜上所述，可在以下范圍使用剩余電流檢測裝置：低壓配電室的3級負荷總開關回路，環控1級、2級、3級負荷饋出密集母線回路，區間水泵供電回路，站廳總照明回路，站臺總照明回路，冷水機組回路。

結束語

在地鐵車站供配電系統中使用電氣火災監控系統對監控設備工況、預防電氣火災十分重要，地鐵公司作為企業，還需充分考慮前期建設成本的投入及今后運營費用高低。因此，認真分析電氣火災監控系統在地鐵供配電系統中的使用顯得十分必要。

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