石油化工電氣火災防范與消防電源監控的探討

劉揚

(中石化寧波工程有限公司 上海分公司，上海 200030)

根據中華人民共和國應急管理部消防救援局發布的2020年全國火災及消防救援接警與處警情況，全國共接報火災警情25.2萬起，死亡1 183人，受傷775人，直接財產損失達40.09億元人民幣。全年因違反電氣安裝使用規定引發的火災共8.5萬起，占總數的33.6%；因電氣故障引發的較大火災36起，占較大火災總數的55.4%。統計顯示，因短路、過負荷、接觸不良等線路問題引發的火災占電氣火災總數的68.9%；因設備故障、使用不當等原因引發的火災占電氣火災總數的26.2%；其他原因引發的火災占電氣火災總數的4.9%。綜上可以看出，電氣設備及線路故障引發的火災事故較多，且在總體火災接處警情況中的占比較高，而短路、過負荷、接觸不良等線路故障更是造成電氣火災的主要原因。

石油化工企業內電氣設備種類繁多，且長期處于不間斷運行中[1]。除了如違反操作規定、安全管理意識薄弱等主觀因素外，還存在很多客觀因素，如隨著企業生產年限的增加電氣設備及線路絕緣逐步老化，用電設備使用壽命和季節性因素造成的漏電與短路隱患也在逐漸增加，這些漸變的電氣故障多發生在電氣設備及配電線路穿線管的內部，在電氣故障導致起火的初期，這些隱蔽的部位不易發現，當火勢蔓延時，給撲救帶來了較大的困難。同時，由于石油化工行業的特殊性，火災很可能會引發爆炸事故以及有毒、有害介質的泄漏，進而造成嚴重的人員傷亡、經濟損失、環境破壞等難以挽回的影響。因此，石油化工企業設置電氣火災監控系統及消防設備電源監控系統，具有特殊的重要性。

1 電氣火災監控系統

電氣專業涉及的火災防范措施不是針對某個具體部位的預防，而是從線路、線纜到用電設備終端的系統化防范，是從電源側到用電設備終端的系統化防范，是從電源側到用電負荷側的分級化防范，是從線路、線纜溫度剩余電流到用電負荷電弧監測功能化的防范[2]。

1.1 電氣火災監控系統的組成

電氣火災監控系統通常由電氣火災監控器和電氣火災探測器組成，該系統拓撲結構如圖1所示。電氣火災監控器應具有實時集中監控、故障顯示及報警、故障及報警記錄等功能，并在消防控制室或有人值守的場所安裝；若電氣火災監控器安裝在無人值守的變電所，則需將報警信號和故障信號上傳至對應的消防控制室。工程實踐中，常用的電氣火災探測器類型有剩余電流式和測溫式，但隨著電氣火災監控設備的不斷發展，組合式電氣火災探測器可以同時實現1 kV及以下配電線路剩余電流和線路溫度的監測。組合式電氣火災探測器在簡化電氣火災監控系統硬件數量的同時，通過采集多種參數，從而預判線路短路、過載等不同原因造成的漸變類電氣故障，可提前將各種火災隱患扼殺在初始階段。

圖1 電氣火災監控系統拓撲結構示意

1.2 新建石油化工生產裝置電氣火災監控系統的設置

電氣火災監控系統的設置原則是以預防電氣設備及線路故障引發的火災為主，為滿足石油化工生產裝置通常的連續生產要求，不應輕易切斷用電負荷電源。因此大多數情況下，該系統僅動作于報警，而不動作于跳閘。該系統通過電氣火災探測器監測電氣線路的運行情況并采集相關數據，當被監測線路出現異常的漏電流、溫升時，電氣火災監控器上顯示故障線路的漏電電流、溫度、地址，并進行聲、光報警，提醒運行維護人員及時排查事故。該系統作為全廠火災自動報警系統的一個獨立子系統，當該系統報警的同時，也應同時將報警信號送至火災自動報警系統。

IEC 60364-4-42《低壓電氣裝置 第4—42部分： 安全防護 熱效應保護》中說明了配電線路中泄漏電流達到300 mA就可能引起火災，GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規范》[3]建議剩余電流式電氣火災探測器動作值為300～500 mA，GB 50054—2011《低壓配電設計規范》[4]規定： 為減少電氣火災危險而裝設的剩余電流檢測或保護設備其動作電流不應大于300 mA。基于上述規范中相關條款，工程實踐中通常將電氣火災監控系統中剩余電流監測的報警閾值設定為300 mA。

考慮到電壓等級1 kV以下不同絕緣介質、不同導體材料的電纜長期允許最高工作溫度不同，例如0.6/1 kV銅芯交聯聚乙烯絕緣電纜長期允許的最高工作溫度為90 ℃，而0.6/1 kV銅芯聚氯乙烯絕緣電纜中導體長期允許的最高工作溫度為70 ℃，因此測溫式電氣火災探測器的報警閾值宜根據線路電纜的型號、規格等參數確定。為預防電氣火災發生和減少誤報警頻率，通常將電氣火災監控系統中溫度監測的報警閾值按電纜長期允許最高工作溫度的80%～90%設置。電壓等級1 kV以上的供電線路，根據相關規范要求，建議采用光纖測溫式電氣火災探測器并直接設置在保護對象的表面。

1.3 在役石油化工生產裝置電氣火災監控系統設置的思考

GB 50116—2013中9.1.1條規定： 電氣火災監控系統可用于具有電氣火災危險的場所；GB 50016—2014《建筑設計防火規范(2018版)》[5]中10.2.7條僅要求在有條件時設置電氣火災監控系統。由于規范的解讀不同，使得部分石油化工生產企業在設計、建設的初期，未考慮電氣火災監控系統的設置。隨著全社會對安全生產的重視，國務院安全生產委員會于2017年4月26日印發了《關于開展電氣火災綜合治理工作的通知》，并在全國范圍內組織開展了為期3 a的電氣火災綜合整治工作，從一定程度上引起了石油化工生產企業對預防電氣火災的重視。

對于未設置電氣火災監控系統的在役石油化工生產裝置，新增該系統存在一定的困難，例如抽屜式低壓開關柜內可能缺少足夠空間用于安裝一體式或分體式電氣火災監控探測器的剩余電流互感器。為解決該實際問題，筆者結合現有電氣專業的設計內容進行了拓展，希望有助于已建石油化工生產裝置電氣火災監控系統的設置。

在石油化工生產企業中，通常采用微機綜合保護裝置實現饋線、電動機回路的綜合保護，而該裝置自帶零序互感器以實現漏電保護功能，這與電氣火災監控系統中剩余電流式電氣火災探測器的原理一致，再配置相應的通信管理機進行尋址、數據采集與上傳，就可以依托現有的微機綜合保護裝置實現電氣火災監控系統對線路剩余電流的監測。在此基礎上，配合測溫式電氣火災監控探測器重點監測電氣設備的電纜接頭、端子及重點發熱部件的溫度，不但可以依托現有設備組建電氣火災監控系統，同時盡可能地減少了現有設備的改造。

2 消防設備電源監控系統

消防工程是一個系統性工程，常見的消防用電設備主要包括： 消防排煙風機、消防補風(送風)風機、消防水泵、消防泡沫裝置、消防噴淋或雨淋閥系統的就地控制箱、電動防火卷簾門、消防電梯、消防應急照明及疏散指示系統中的A型應急照明集中電源、火災自動報警系統等。這些消防用電設備在控制火災蔓延、保證人員疏散、營救等方面均有重要作用，可從一定程度上減少因火災造成的人員傷亡與經濟損失。在正常情況下，這些設備大多數處于熱備狀態，只有在火情出現時才需要投入工作，如果消防用電設備的電源出現問題，將導致這些消防用電設備形同虛設。因此，保障消防用電設備供電電源的可靠性尤為重要。

根據以往的工程實踐與案例，消防設備電源監控系統作為一種系統架構相對簡單的預警監控系統，在石油化工設計中被廣泛應用，其消防電源狀態監控器與電壓/電流傳感器的兩層結構組網模式，可以有效地實現消防設備的實時監測，并反饋消防用電設備電源的工作狀態，對提高石油化工企業消防安全管理水平具有“保駕護航”的作用。

2.1 消防設備電源監控系統的組成

消防設備電源監控系統主要用于日常消防用電設備電源的維護與監控，以保證火情發生時相應的消防用電設備可以正常投入工作，為消防救援提供有力的保障。該系統通常由消防電源監控主機、分機以及電流/電壓監控模塊傳感器等組成，系統拓撲結構如圖2所示。

圖2 消防設備電源監控系統拓撲結構示意

對于大型石油化工企業，各裝置區消防用電設備末端安裝的電流/電壓監控模塊傳感器將采集的消防設備電源參數，通過總線與安裝于各個裝置區消防控制室或有人值守區域內的消防設備電源監控分機構成消防設備電源監控子系統，各裝置區內的消防設備電源監控分機再與全廠性中心控制室內的消防設備電源監控主機通信，從而實現全廠消防設備電源的監控系統的建立。

該系統根據消防設備電源的電壓、電流、開關狀態等電氣參數的變化情況發出相應的指令。當消防用電設備電源出現斷路、過電壓、欠電壓、缺相、過載等故障時，發出聲、光告警信號[6]，提醒運行管理及維護人員及時檢查、處理，并通過相應的尋址功能鎖定具體的報警回路。

2.2 配置消防設備電源監控系統應注意的事項

石油化工企業的配電方案通常采用變電所放射式直供電的方式。如果消防設備電源監控系統的監測點設置在靠近變電所配電設備的出線端，當消防配電線路出現故障時，該系統將不能如實反饋消防用電設備受電端的實際電源情況。因此，該系統的電流/電壓監控模塊傳感器的安裝位置，原則上宜盡可能地靠近消防用電設備的末端，如消防雙電源切換裝置的進線處，以盡可能地保證消防電源監控的有效性。

3 智慧消防與消防監控一體化

2017年10月10日，公安部消防局發布了《關于全面推進“智慧消防”建設的指導意見》(公消[2017]297號)，要求綜合運用物聯網、云計算、大數據、移動互聯網等新興信息技術，加快推進“智慧消防”建設，全面促進信息化與消防業務工作的深度融合、全覆蓋的社會火災防控體系，實現“傳統消防”向“現代消防”的轉變。該指導意見的主要對象雖然是社會火災防控體系，但作為社會生產環節的一個組成部分，隨著消防產業技術的發展與消防安全意識的增強，石油化工企業也存在向現代消防轉變的需求。

出于先期預報警與對消防設施動態監管的目的，除傳統的火災自動報警系統、可燃氣體檢測報警系統外，各種用于消防的監控系統不斷涌現，如電氣火災監控系統、消防設備電源監控系統、消防應急照明及疏散指示系統、消防水泵巡檢系統、防火門監控系統等。這些系統反映出各個專業對火災危害的重視，但是這些消防監控系統如果單獨建立，不但硬件種類繁雜，還會增加監控與維護的困難。因此，實現消防監控系統一體化有著顯著的優勢，通過依托火災自動報警系統及相應的火災報警系統控制器，并對各種消防監控系統的傳輸協議、通信協議進行統一或兼容，實現各個消防監控系統之間的組網與通信，最終構成消防監控系統的一體化解決方案。實現消防監控系統一體化，不但使諸如電氣火災監控系統、消防設備電源監控系統作為各自相對獨立的子系統保持其本身具備的監控功能，還可以通過石化企業內部通信網絡實現各消防監控系統的數據互通，避免各消防監控系統“各自設立”帶來的管理難題與重復投資。消防監控系統一體化結構如圖3所示。

圖3 消防監控系統一體化結構示意

各個消防監控系統在實現一體化的同時，通過智慧消防物聯網技術實現多種類系統與設備通過多協議與云平臺的組網，不但可以實現對每一個系統、終端、消防設備運行狀態和故障報警的實時監管與精確定位，還可以通過分級授權管理的方式向企業內各級用戶提供更加直觀的網頁界面和APP應用，讓企業內各級用戶根據不同的權限隨時隨地進行監管。

基于消防監控系統一體化與智慧消防網絡的優點，石油化工企業值班人員可全天候遠程實現火災報警聯動、消防設施狀態監測、消防巡檢等日常工作，有效地提高了消防管理水平與工作效率。同時，安全生產責任人、消防安全責任人可以通過網頁界面以及APP應用，隨時調看企業內部相關消防系統、設備的運行狀態，并且在消防系統事故、故障報警時，第一時間獲取相關信息。通過智慧消防物聯網，當地消防主管部門也可實時掌控轄區石油化工企業的消防設施運行狀態，不但可以實現指導日常消防監督與檢查，而且通過對相似企業消防數據的分析，量化轄區石油化工企業火災危險程度，指導消防主管部門對火災風險研判，為消防服務和決策提供信息支撐。

4 結束語

隨著石油化工企業消防安全意識的不斷加強，為了盡可能地減少火災帶來的人員傷亡、經濟損失、環境破壞等問題，當前的消防理念已經逐步從傳統的事后滅火方式轉向依托科技手段與新興技術，實現消防預警與監控的方式。

電氣火災監控系統與消防設備電源監控系統在石油化工企業電氣火災防控、消防電源監控方面有著重要的作用與意義。依托火災自動報警系統將電氣火災監控、消防電源監控等子系統進行一體化設計，再結合智慧消防物聯網的發展，為石油化工企業消防巡檢及消防隱患預警提供更加科學、有效的管理手段，并在火災預防、火災救援、人員疏散等方面起到積極作用。