城市軌道交通電氣火災預防淺談

遲曉娟

摘要：近年來，隨著國內城市軌道交通的迅速發展，地鐵車站作為地下人員密集場所，電氣火災防范至關重要，本文分析了電氣火災的成因，提出了預防措施，分析了多種電氣火災監控方案的特點，根據各地軌道交通電氣火災監控應用情況，提出了建議。

關鍵詞：軌道交通;電氣火災剩余電流;測溫;故障電弧

1.地鐵電氣火災現狀及成因

1.1地鐵火災統計

近年來，隨著我國城市化的的迅猛發展，城市交通擁擠日漸明顯，為緩解交通擁堵，促進城市經濟發展，各地軌道交通工程迅速發展。據不完全統計，截至2017年12月31日，中國地鐵建設建成投運總里程為3881.1公里，還有多個城市正在修建地鐵。

地鐵車站絕大部分為地下站，空間相對狹小，且經常受到用地限制，出入口數量有限，火災一旦發生，站內人員的疏散及消防救援困難很大，地鐵狹小的運行空間與有限的出入口對防火的要求極高，給人員疏散和消防搶險帶來極高的挑戰。

筆者通過搜集相關文獻及年鑒，發現在國內外地鐵火災中，約37%是電氣火災引起的，電氣火災是地鐵火災成因的最大因素。

1.2電氣火災成因

電氣火災成因復雜，其基本原因是導體因各種特殊狀況，導體發熱至超溫高溫，破壞了阻燃材料，隨著時間延長，熱量積累，最終點燃附近的可燃材料，引起火災，甚至蔓延成大面積火災。導體發熱分類有兩種，一是自身的正常發熱，二是異常的發熱。自身正常發熱通常是由于設備布置不合理，或者環境溫度過高，造成自身正常熱量無法散發，熱量累積而引發火災，自身正常發熱可以通過運營的管理手段解決。

經分析，發生異常發熱的原因主要有以下幾點。

（1）金屬性短路及過載

線路相間或相對地導體直接且良好接觸，短路電流迅速增大，可至千安級，如果保護原件動作失敗，發生短路的點的溫度將明顯升高，導體的絕緣層被破壞至引燃，最終發生火災。線路長期過載，保護原件無法正常動作，引起絕緣破壞，引發火災。

（2）泄露電流

線路及設備自身對地存在一定的泄露電流，此為正常泄露電流，當線路的絕緣能力下降甚至損壞時，泄露電流增加，達到一定值時會產生電火花，引發火災。

（3）故障電弧

故障電弧是一種持續放電的現象，由于電氣元器件兩個電極之間有空氣間隙，正常情況下是絕緣的，當絕緣的間隙發生故障，導通為介質，就形成故障電路，電弧的中心溫度高達5000度～15000度。其發生原因主要有絕緣損壞或線路接觸不良等。由于故障電弧發生時，線路及短路接觸面的阻抗較大，故障電流較小，不夠保護原件的動作值，保護無法啟動，故障無法切除，電氣火災由此發生。

2.電氣火災預防措施

上文分析中電氣火災產生的成因。實際生產中，火災往往是多個因素同時作用的結果，降低電氣火災的發生率應從多方面采取措施。以地鐵為例，一是要規范施工，防止電纜、導線敷設時因野蠻施工發生線路絕緣損壞、零線地線接錯等問題;二是加強運營管理，規范使用用電設備，嚴格按照操作規程，及時對電氣設備及線路進行維護和保養;三是技術上采取多種保護和預防方案，如電氣主回路防護，電氣火災監控系統，減少人為因素影響，提高電氣系統自我保護水平。保護和預防方案主要分為兩種，一種是電氣主回路防護，另一種是電氣火災監控。

2.1電氣主回路防護

電氣主回路防護是正確選導體及用保護電器，并配置必要的線路保護。

保護電氣（斷路器或與熔斷器組合）應設置過負荷保護、短路保護等措施，保證線路在發生過載甚至短路故障時能及時可靠動作，避免故障擴大甚至引發火災。在保護動作值的設置上，要注意上下級之間動作值匹配，防止發生下級不跳上級動作的事故。

導體截面的選型應能夠承載設備正常的工作電流，同時應滿足線路保護要求，其外層防護應滿足使用環境要求，根據設計規范合理選擇導線類型。以地鐵為例，因地下空間環境復雜，消防設計要求嚴格，所以線路及保護方式的選擇有時存在爭議，需組織審查，嚴謹選型。

2.2電氣火災監控系統

電氣火災監控系統主要用于電氣火災的預警，通過實時持續監視電氣系統的剩余電流、溫度、故障電弧等，當出現非正常值時，電氣火災監控系統監控主機能發出聲、光、畫圖等報警信號提醒管理人員。電氣火災監控系統主要是由監控主機和各級探測器組成，目前主流監視探測器有三種：剩余電流式探測器、測溫式探測器、故障電弧式探測器。

（1）剩余電流式探測器

剩余電流檢測根據基爾霍夫原理設計，將線路所有的相線及N線（無PE線）同時穿過剩余電流傳感器，線路正常工作時，電流從所有相線流入后全部從N線流回，即電流矢量和為零。當線路發生故障時，一部分電流未從N線返回，則電流矢量和不為零，這個電流矢量和即為剩余電流。剩余電流的報警值的范圍需要根據線路正常泄露電流情況設置，一般在20mA～1000mA之間。

（2）測溫式探測器

測溫探測器測量重點發熱部位的溫度，如接線端子、電纜接頭等。有紅外、光纖、熱電阻等多種測溫方式，熱電阻方式適用于低壓配電系統，紅外、光纖等方式適用于高壓配電裝置。探測器的溫度報警值根據環境溫度一般設置在55℃～140℃范圍。

（3）故障電弧式探測器

故障電弧探測器一般是通過電流、電壓的方法，將采集的電流電壓信號通過數字分析，判斷是否出現故障電弧。探測器報警信號根據故障電弧數量設置。

3.地鐵應用現狀及建議

目前國內絕大部分城市地鐵均采用了電氣火災監控系統。

無錫地鐵1、2號線的地下車站均設置剩余電流式電氣火災監控系統，探測器設置在400V開關柜、環控電控柜內及照明配電箱、EPS柜內。自2014年投運至今，電氣火災監控主機多次報警，通過檢查排除了部分系統接線問題，可見剩余電流式故障保護可以及時檢測到故障，預防電氣火災發生，同時也可以約束電氣線路的規范布線。

南京、天津、杭州等城市地鐵采用了測溫式電氣火災系統，或與剩余電流式同時采用。由于目前還未投入運營使用，其實際效果需要經運營檢驗。

故障電弧式目前尚未在地鐵行業中應用。

根據無錫及其它城市地鐵電氣火災監控系統使用情況，剩余電流式電氣火災監控系統是相對成熟的方案，建議新線繼續采用剩余電流式電氣火災監控系統，同時應合理考慮調整探測器的布點位置。

目前無錫地鐵1、2號線部分站點的電氣火災監控系統也存在頻繁報警現象，除線路本身原因，系統的電流檢測裝置也存在誤報，如各系統電機用變頻器、軟啟動器啟動瞬間誤報警，我們也與多個業內專家及主流廠家進行交流，廠家的研究方向會致力于解決此問題。

在無錫地鐵1號線南延線、3、4號線設計過程中，我們將繼續探討研究，優化電氣火災監控系統的設置方式，通過多與廠家、設計院進行交流溝通，多召開交流會，將本系統做好，作為行業標桿供其他城市參考。鑒于電氣火災頻發及消防部門對電氣火災預防的日益重視，同時考慮到測溫式及故障電弧產品有待完善和業績考驗，建議各地新線可根據自身情況考慮是否試用。

參考文獻

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（作者單位：無錫地鐵集團有限公司）