消防設備電源監控系統的重要性與應用

王心定， 張 祥， 趙孔壯， 張 玥

(1中國建筑西北設計研究院有限公司，西安710018；2安科瑞電氣股份有限公司，上海201801)

根據公安部2017～1至10月全國火災統計數據:全國共接報火災21.9萬起，亡1065人，傷679人，已核直接財產損失26.2億元，與去年同期相比，分別下降21.3%、17.7%、29.9%和24.7%。其中，發生較大火災50起，比去年同期減少7起，下降12.3%；發生重大火災3起，去年同期未發生特別重大火災。由數據可知，較上一年度，火災發生率有所下降、火災發生后人民生命財產損失下降，這些很大程度上得益于國家政府對消防監管的加強、科技的創新與投入，以及消防設備設施的正常布局與應用。

雖然在建筑的設計建設初期就對建構筑物設置了火災前與火災中的各類報警與滅火設備設施，但在真正發生火災時，依然給社會造成了生命和財產的損失，其中有很多案例是因為消防設備設施長期處于未供電狀態，或者處于半癱瘓供電狀態運行，發生火災不能投入運行，或者運行幾分鐘內出現故障而終止運行，使得初期設置的防火滅火設施形同虛設。現代建筑中有針對性的消防子系統種類繁多，在建筑物內的分布分散，老舊的人力值班簽到檢查電源的工作狀態，不僅耗費人力財力，而且數據不能體現消防設備電源真正的狀態，可靠性低。因此，針對消防設備設施種類繁多而不能統一有效監管的問題，引入了消防設備電源監測系統，從而更加集中、智能、全方位地對各類消防設備電源進行不間斷監測，間接性保障了消防設備設施的正常運行。

1 消防設備電源監控系統設計依據

1.1 GB 25506-2010《消防控制室通用技術要求》

該標準在2011年7月1日實施，規定消防控制室內必須安裝消防設備電源監控器，同時消防設備電源應能顯示被檢測消防用電設備的供電主電源與備用電源的工作狀態和故障報警信息，并可將信息上傳給消防控制室圖形顯示裝置。

1.2 GB 28184-2011《消防設備電源監控系統》

該標準于2012年8月1日實施，針對消防電源監控系統做出明確規定，消防電源監控系統是“用于監控消防設備電源的工作狀態，在電源發生過壓、欠壓、過流、缺相等故障時能發出警報的監控系統，由消防設備電源狀態監控器、電壓傳感器、電流傳感器、電壓/電流傳感器等部分或者全部設備組成”，并強制規定了消防電源監控系統的基本功能、試驗和檢驗規則等內容。可歸納為以下幾點。

(1)監控器的供電電源技術要求

額定工作電壓AC 220V(85%～110%)；備用電源:主電源欠壓或停電時，維持監控設備工作時間≥8h。

(2)系統故障技術要求

主程序故障，程序不能正常運行:系統故障響應時間≤10s；系統故障聲壓級(1 m處)≥65dB(A)，≤115 dB(A)；系統故障光顯示:黃色LED指示燈，黃色光故障報警信號應保持，直至手動復位；系統故障聲信號:可手動消除，當再次有故障信號輸入時，能再次啟動。

(3)其他故障技術參數要求

1)狀態監控器與傳感器之間的通訊連接線發生斷路或短路。

2)狀態監控器主電源欠壓或斷電。

3)給電池充電的充電器與電池之間的連接線發生斷路或短路。

4)電壓故障(欠壓、過壓、錯相):故障單元屬性(部位、類型)。

5)電流故障(過流):故障單元屬性(部位、類型)。故障響應時間:≤100s；監控聲壓級(1m處):≥65dB(A)，≤115 dB(A)；監控故障光顯示:黃色LED指示燈，黃色光報警信號應保持至故障排除；其他故障聲信號:可手動消除，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動；故障期間，非故障回路的正常工作不受影響。

(4)自檢功能技術要求:指示燈檢查:運行、電源、消音、系統故障、其他故障指示燈；顯示屏檢查；音響器件檢查；自檢耗時≤60s。

(5)事件記錄技術要求:記錄內容:記錄類型、發生時間、傳感器編號、區域、故障描述，可存儲記錄≥2萬條；記錄查詢:根據記錄的日期、類型等條件查詢。

(6)操作分級技術要求:日常值班級:實時狀態監視、事件記錄查詢；監控操作級:實時狀態監視、事件記錄查詢、傳感器遠程復位、設備自檢；系統管理級:實時狀態監視、事件記錄查詢、傳感器遠程復位、設備自檢，消防設備電源狀態監控系統參數查詢、消防設備電源狀態監控器各模塊單獨檢測、操作員添加與刪除。

1.3 10CX504國標圖集《消防設備電源監控系統》

主要對現場消防設備電源關鍵監測點、系統的組網、各類建筑的不同配置方案等做了圖例參考，以便于在實際中更好地應用。

2 消防設備電源監控系統與產品

2.1 系統的組成

在建構筑物內的大部分重要的消防設施距消防中心較遠，如噴淋泵、消火栓泵、排煙風機，而這些又是火災時最重要的排煙滅火設施，這就需要利用傳感器對這些設備的電源狀態進行有效地監控，通過傳感器實時監測這些消防設備的電壓、電流狀態，并將采集到的信息回傳給消防設備電源監控主機，并對設備的故障類型(過壓、欠壓、過流等)進行報警。根據現場消防設備的多樣性，消防設備的供電又分為單相、三相，電壓、電流檢測。因此傳感器應可采集以上電源類型，并通過RS485或二總線的通訊方式，將采集到的信息傳給消防控制室，以便消防控制室值班人員統一管理。有效構成一個完整的消防設備電源監控系統。

2.1.1 消防設備電源監控器

監控器可采用入柜式或壁掛式的安裝方式，一般安裝在消防控制室，若現場無消防控制室，可安裝在有人值班的配電房或值班室內。監控器所監測的消防設備供電電電源的運行狀態、故障信息、位置信息、電壓電流等參數進行數據的跟蹤采集、存儲、分析。通過人機交互界面，將消防設備電源的數據信息匯總顯示，同時發出聲光等提示，方便控制室值班人員進行管理和監控。為了方便查詢記錄，還應具有打印等功能，對打印的資料進行存檔保護。監控主機可針對不同類型的監測電源設置不同的預警閾值。監控器還應設置明顯的面板指示燈，對于故障、報警、消音等不同的信息，應有不同的指示燈顯示，方便與值班人員直觀的對主機監控的狀態進行實時掌握。對于監控器的操作權限也應該分級設置，以免非專業人員對其誤操作，造成系統狀態的故障。

2.1.2 電壓、電流傳感器(監測模塊)

由于現場消防設備的電源狀態不同，可通過選擇不同的傳感器對不同的消防供電設備進行檢測。傳感器一般可分為以下幾種。

(1)兩路三相交流電壓檢測傳感器:多用于檢測進線的主備電源狀態，一般用在風機、泵類等設備末端電源箱的進線端(即ATS雙切開關前端)。

(2)一路三相交流電壓和一路三相交流電流檢測傳感器:多用于檢測回路的電壓和電流狀態，一般用在ATS雙切開關前端或者重要風機、泵類回路的出線端。

(3)多路單相交流電壓和電流檢測傳感器:多用于檢測出線回路的電壓和電流狀態，一般用應急照明出線回路。

2.1.3 區域分機

若現場樓層比較多，距離比較遠，現場傳感器會出現信號衰弱和諸多通訊故障問題。對于此類系統，當距離較遠，而且遠距離建筑物內所包含的點位較多時，宜采用增加區域分機，增加通信距離同時，也增加了系統的穩定性，解決了由于距離遠或者分布比較散而引起的信號輸出衰弱的問題。

2.2 傳感器選型

傳感器一般設置在最末一級配電箱的自動切換裝置雙電源的進線處，主要檢測消防用電設備的主備電源。傳感器的選型可參照下表1。

表1 傳感器監控的消防設施[3]

3 消防設備電源監控系統的設計

10CX504《消防設備電源監控系統》中，為各類建筑提供了比較詳盡的參考圖例與設計思路。圖1是最初設計時選用的通訊為RS485通訊，還需要專門提供一路DC 24V直流電源供電。近些年隨著技術的創新與發展，越來越多的設備廠商對其進行了優化與更改，采用二總線通訊，如圖2所示，二總線設備不僅節約了材料和施工成本，而且系統所載的點位數目更多、通信距離更遠，系統的穩定性也隨之提高。

圖2 消防設備電源RS485通訊系統圖

3.1 施工要求

(1)消防設備電源監控系統主機應安裝在消防控制室，未設消防控制室時，應設置在有人值班的場所。監控器的主電應引自消防回路，監控器自備備用電源。監控器與傳感器之間、傳感器與傳感器之間采用RS485或二總線進行通訊連接。

(2)傳感器一般需要單獨配置專用的配電箱，安裝在被檢測的消防供電設備附近，特殊情況下，可直接安裝在消防配電箱內，并在傳感器模塊安裝附近有清晰的紅色標識，但嚴禁傳感器跨柜監測。

(3)傳感器安裝前，應先檢查設備是否完整，零部件有無缺失，并上電測試。對傳感器模塊進行相應比例的抽檢，查看型號名稱是否一致，有無破損件。

(4)當監測設備與現場最遠的傳感器之間的距離＞500m時，對于RS485通訊的設備:一般在總線末端并接匹配電阻，提高回路的通訊質量。對于二總線的主機設備可以采用增加區域分機進行配置。

(5)監控主機與傳感器之間的通信線選型應符合國家相應規范。監控主機電源線宜采用阻燃或者耐火的3×2.5mm2電纜，監控主機與傳感器之間的通信線線徑宜采用阻燃或者耐火的2×2.5mm2屏蔽雙絞線，對于二總線通訊的聯網分機，CAN總線的選擇應注意考慮傳輸距離產生的壓降，宜采用2×2.5mm2阻燃或者耐火屏蔽雙絞線。具體線纜選型應按照建筑物實際的設計要求，確定線纜的耐火等級。

(6)消防設備電源監控系統的設置不應影響供電系統的正常工作，不宜自動切斷供電電源。

3.2 設備的安裝與接線

3.2.1 安裝與接線圖

(1)采用RS485通訊消防設備電源監控系統圖詳見圖1。

(2)目前比較主流的二總線消防設備電源監控系統圖詳見圖2。

(3)單相交流電源和直流電源電壓監測詳見圖3，主要對消防室內主機(如氣體滅火、消防電話通訊系統、泡沫滅火、水泡滅火等)的供電電源進行監控。

(4)圖4為三相四線雙電源電壓監測，通過一個雙路三相電壓傳感器模塊監測消防設備電源雙切開關處兩路主備用電源的電壓。圖4中傳感器的DO輸出方式為無源干接點輸出，可以為斷路器、繼電器提供控制信號，在傳感器發生報警故障時，將電源與設備斷開，但通常情況下不宜接入，因為消防設備平時是不啟用的，啟用時說明已經發生火災，這個時間點是滅火時刻，要保障消防設備的正常運行，而不應中斷它的電源，使其不工作。

(5)圖5為三相四線雙電源電壓、電流監控電路圖。通過一個兩路三相電壓傳感器監測主模塊結合一個監測電流傳感器從模塊，監測了雙電源兩路電壓，同時監測了雙切出線端的一路電流。

(6)圖6為消防電梯房配電柜電路原理圖。消防電源監控系統傳感器模塊監測了配電電源雙開入線端的來電電壓、雙開出線電壓電流以及電梯配電箱的電壓電流。

(7)圖7為樓層應急照明電源和防火卷簾門電源的監控圖。

由圖1～7可以看出，按照規范要求對一些重要配電箱的下一級電路進行了分路監測，如消防電梯、防火卷簾門、應急疏散照明等。

圖3 一路單相交流電源和一路直流電源電壓監測電路圖

圖4 三相四線雙電源電壓監測電路圖

3.2.2 系統調試與維護

系統在開機調試前應做好各方面的準備工作，監控器通電，連接現場所包含的各類傳感器一只，進行故障、報警、聯動、消音、自檢、復位、打印機功能試驗，當監控器和各傳感器能正常實現其功能時，才能進行整體的聯調。對于整體聯調應注意以下幾方面。

(1)首先要確保系統的用線是否滿足要求，現場通訊線的連接不應出現斷路、短路的情況，確保正常，符合設計要求后，分區域、分步驟的接入相應的回路端口。

(2)用專用儀器儀表完成對地絕緣電阻的測試，絕緣電阻要＞50MΩ。確保無異常，符合設計要求后，分區域、分步驟的接入相應的監測回路端口。

圖5 三相四線雙電源電壓電流監測電路圖

圖6 消防電梯監測電路圖

(3)現場線路檢查完后，若沒問題，則可進行通電測試，上電后檢測模塊是否運行正常，并用萬用表測量各回路的電壓是否正常。

(4)若上電后，儀表正常工作，即可對傳感器進行地址設置、報警參數設置等操作。

(5)現場儀表通訊調試完成后，即可對現場傳感器的基本功能進行測試，可以做故障報警測試、通訊中斷測試等。末端設備要抽查，以確保系統功能可靠、穩定。

(6)關于設備的維護，在保證安全的情況下，定期對監控器與傳感器模塊做除塵、防潮的清潔保養。定期檢查線路接線端，檢查有無端在松動、接線脫落的情況。有計劃的制定系統穩定性與靈敏性的測試，測試各傳感器的功能是否正常。

圖7 防火卷簾、應急疏散照明監測電路圖

4 結束語

當今絕大多建構筑物都設計配置了最基本的消防設備設施，如果把消防設備的供電電源比作消防系統的“血液”，那消防設備電源監控系統就是消防系統的“血壓計”，如何能掌握這些消防設備設施的“血液”供給是正常的，就需要“血壓計”實時監測發送數據，為處理故障問題提供準確的參考依據。在應用中應嚴格參照相關的規范標準，結合現場的實際情況，選取優質的產品，配置合理有效的系統方案，確保消防電源監控系統對整個消防系統在供電電源監控的有效性。