軌道交通電氣火災監控系統誤報警分析及解決對策

穆海峰

重慶軌道交通集團，中國·重慶 401120

為解決軌道交通電氣火災監控系統出現的誤報警問題，通過分析剩余電流探測器同低壓配電系統配合的不同接線方式，找出誤報警的各種來源，從設計及施工規范方面指出解決電氣火災系統誤報警的方法。

電氣火災；剩余電流；誤報警；監控系統

1 引言

軌道交通電氣火災監控系統是一種用來監測電氣火災并及時報警的安全防護系統，又稱為漏電火災報警系統或電氣安全智能監控系統。系統監測保護對象為軌道交通車站變電所400V 低壓開關柜饋線回路，對饋線回路的漏電電流、溫度進行實時監測。當被監測電氣回路出現異常狀態時，只報警不切斷電源，同時系統對電氣火災回路做出故障定位和分析，是一種主動預防的的電氣設備系統[1]。電氣火災監控系統通過探測被監控回路的剩余電流和溫度實現對電氣回路的提前預警和報警監測，軌道交通電氣線路中往往存在不平衡電流以及線路和電氣設備正常的泄漏電流，即正常態剩余電流，正常態剩余電流在電氣火災監控系統的監測范圍設定的定值之內，一般不會觸發系統報警[2]。在實際運行當中，經常出現低壓饋線回路未發生任何電氣故障，但電氣火災監控系統出現報警情況，即誤報警。電氣火災誤報警的發生，對正常軌道交通運營生產造成不小影響。論文通過全面分析誤報警原因，結合實際應用，提出幾種解決誤報警的方法對策。

2 電氣火災監控系統組成及原理

2.1 系統構成

軌道交通電氣火災監控系統（如圖1 所示）一般采用兩級結構，即主機層級和監控單元同探測器層級。主機安裝在車控室，監控單元及探測器安裝在變電所400V 開關柜內，探測器包含剩余電流式電氣火災監控探測器和測溫式電氣火災監控探測器。監控主機、監控單元和探測器采用RS485/PBUS 方式連接，變電所內配置的電氣火災監控單元通過消防二總線接入監控主機，監控主機可以有就地遠方的顯示功能和報警功能。監控主機通過以太網線連接到綜合監控設備室綜合監控系統的FEP 上，在車站級綜合監控系統人機界面上實現監視報警功能，通過綜合監控系統的主干傳輸網絡上傳至控制中心綜合監控系統實現遠程的監視報警功能。在實際運用中，系統監控的重點在車站的兩級結構中即監控主機及監控單元[3]。

圖1 軌道交通車站電氣火災監控系統圖

2.2 系統原理

剩余電流式探測器以零序電流互感器為核心，在監測使用當中，將被監測回路的三相線A、B、C與中性線N（零線）同向一起穿過電流互感器，探測器通過監測流過互感器的電流矢量和，計算回路的剩余電流。正常情況下，電氣回路各相電流的矢量和等于零，當發生漏電等故障時，故障電流使互感器感應出電壓，并輸出電壓信號，從而測出剩余電流[4]。剩余電流探測器監測接線圖如圖2 所示。

圖2 剩余電流探測器監測接線圖

測溫式電氣火災監控探測包括信號處理單元和測溫傳感器。測溫傳感器測量被保護線路的溫度參數變化，一般由熱敏電阻或紅外測溫元件等組成。信號處理單元接收傳感器溫度參數的測量數據，并對數據進行分析處理。測溫元件一般固定在饋線電纜或者饋線回路分支母排上，并采集監測回路所在線纜溫度。測溫式電氣火災監控探測接線圖如圖3所示。

圖3 測溫式電氣火災監控探測接線圖

當電氣回路中的電流、溫度等參數發生異常時，終端探測頭（如剩余電流互感器、溫度傳感器等）利用電磁感應原理、溫度效應的變化對該信息進行采集，并傳輸到監控探測器里，經放大、A/D 轉換、以及CPU 對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設定值進行比較，一旦超出設定值則發出報警信號。同時，監控單元將數據輸送到監控主機中，經主機識別、判定，當確認可能會發生火災時，監控主機發出火災報警信號，點亮報警指示燈，發出報警音響，同時在液晶顯示屏上顯示火災報警等信息。

3 誤報警原因分析

電氣火災監控系統在實際使用中存在較多誤報警情況，尤其是剩余電流探測方式的電氣回路，因涉及到低壓出現的接線與終端負荷的接線方式，所以90%的誤報警出現在有電流互感器穿過監測的電氣回路當中。軌道交通一般采用TN-S 接地系統，所以低壓配電系統零地接線問題是導致誤報警問題主要原因。總體來講有兩大類：一是被監測回路在電流互感器穿入接線方式有誤；二是被監測回路在配電端或者負荷終端接線方式有誤。

3.1 零序電流互感器穿入接線方式錯誤導致的誤報警分析。

在軌道交通建設施工過程中，由于接線不規范或者未按要求接線，在400V 開關柜端被監測電氣回路在互感器中穿過相線，漏穿N 線，導致互感器不能正常監測剩余電流，如圖4 所示。

圖4 被監測回路接線漏穿零線圖

被監測回路在400V 饋出接線端接線未要求接線，在電流互感器中穿過相線、N 線、地線（PE 線）。

被監測回路的N 線與相線未從同一個方向穿過電流互感器，導致互感器不能正常監測剩余電流，出現誤報警情況。

被監測回路接線零線未同向穿互感器零線如圖5所示。

圖5 被監測回路接線零線未同向穿互感器零線

3.2 監測回路在配電端或者負荷終端接線方式有誤分析

被監測回路在400V 饋線端正確穿過剩余電流互感器后，零線（即N 線）沒有同地線嚴格的分開，或者有N 線重復接地的情況，如圖6 所示。

圖6 被監測回路接線零線重復接地

存在雙電源切換的被監測回路正確穿過互感器后，兩個回路的N 線在雙電源切換箱處有短接的現象，如圖7 所示。

圖7 被監測回路接線零線混接

低壓負荷終端零線重復接地，零線同地線混搭接線，三級配電系統零線混搭使用，互感器出現剩余電流導致誤報警，如圖8 所示。

圖8 被監測回路終端負荷零線混搭

被監測負荷端N 線與PE 線在M 點碰接，造成零線重復接地，零線電流分流，沒有全部經互感器返回，會產生了剩余電流。

N 線與PE 線混用（或搭錯母排），錯誤將PE 線當零線接入，人為造成漏電（上圖圖中R 負載情形）產生了剩余電流。

不同被監測回路終端負荷零線地線混搭如圖9 所示。

圖9 不同被監測回路終端負荷零線地線混搭

不同監測回路的配電箱出線的零線（N 線）跨區混用（圖中Ra 借用給B 區，虛線為正常接線），產生剩余電流。

不同監測回路的配電箱出線的零線（N 線）并接（圖中HG 虛線），或通過其他途徑間接搭接，產生剩余電流。

被監測回路存在雙電源切換情況，在雙電源切換開關處，切換開關只切相線不切零線，接線時主備電源零線不通過切換開關，直接引到零線排上，這就會出現不同供電線路的兩跟N 線有短接的現象，N 線會持續有回流電流，電流互感器會測得很大的漏電流。

4 電氣火災監控系統誤報警解決方法

電氣火災監控系統出現誤報警大多數是在有剩余電流探測器監測的電氣回路當中，上面分析了被監測回路的接線正確與否決定了系統監測能否正常使用[5]。因此，我們從規范接線和合理設計兩個途徑去考慮解決。

4.1 規范接線方面

在軌道交通建設過程中，應做好電氣火災監控系統同供配電系統實施配合協調工作，做好兩個系統相互要求的的技術交底工作。在400V 饋線端，低壓配電系統接線應嚴格按照剩余電流探測原理要求，相線零線同時同向穿入電流互感器中；在配電回路中，雙電源切換裝置、有電負荷終端設備接線，應做到同一回路零地接線不短接，如照明及應急電源（EPS）供電回路；不同回路零地線接線不短接、不混搭。低壓系統接線安裝在實施完成后，應配合電氣火災監控系統要求，進行接線的正確性排查，方可申請受電。

4.2 合理設計方面

4.2.1 不同系統間合理設計

存在有雙電源切換的電氣回路當中，低壓配電系統存在使用3P 開關，前面分析了在主備回路切換中，只切相線未切零線情況，如交直流屏、通信信號設備供電回路，出現類似情況往往是在項目實施設計期配電系統同電氣火災系統設計未適應匹配，如配電系統采用4P 開關[2]，就可以避免出現因設計雙電源切換開關不合理而造成電氣火災監控系統誤報警。

4.2.2 電氣火災系統自身合理設計

電氣火災監控系統可以根據被監控回路的負荷的實際情況，在設計層面上確定是使用剩余電流探測方式還是感溫探測方式。在實際軌道交通建設過程中，對于如區間環控風機負荷，環控水泵負荷本身容易出現零線地線重復接地情況，針對此類負荷回路，可以考慮使用感溫探測的方式進行監測，從而避免使用剩余電流探測出現誤報警問題。對于易出現三相負荷不平衡回路，如照明回路，可以采取針對照明回路單獨提高監測單元設定的定值，來避免出現誤報警問題。

總之，解決軌道交通電氣火災監控系統中存在的誤報警問題，應貫穿于軌道交通供配電供配電電氣火災監控系統項目實施全過程，從設計層面進行合理性源頭避免，從施工層面進行技術性規范避免。除此以外，在后續軌道交通運營生產中，加強對電氣火災監測系統的維護和管理，根據監測回路的用電負荷的變化，對電氣火災監測單元模塊定值優化修正，通過技術手段和管理手段相結合，有效地避免誤報警問題的發生，提高電氣火災系統的準確性和穩定性。