城市軌道交通電氣火災監控系統的應用

俞潔輝

浙江華展研究設計院股份有限公司 浙江 寧波 315000

改革開放至今，隨著我國經濟快速發展，各大城市軌道交通數量也在不斷增加。然而，現行城市軌道交通安全防范措施中對電氣火災早期預警工作缺少系統制度。根據我國城市軌道交通工程建設現狀，在城市軌道交通工程建設中應有效配置消防監控系統，通過有效布置電氣火災監控系統使城市軌道交通線路降低發生電氣火災事故的危險。對此，文章以城市軌道交通電氣火災監控系統的應用進行討論，以期為廣大學者提供理論參考及幫助。

1 城市軌道交通電氣火災監控系統特征

城市軌道交通場所具有人員密集、人員流動速度快、設施復雜、投資金額大的特征，如城市軌道交通場所發生火災或出現停電、高溫、混亂甚至是爆炸等現象，不僅對城市軌道交通工作人員和乘客生命財產安全構成嚴重威脅，還會對設施安全、財產安全等造成嚴重威脅，甚至還會危及到經濟、政治和環境安全，對社會秩序穩定和社會發展造成影響。

城市軌道交通火災監控系統設計和布置能夠有效地預防、監控和警示城市軌道交通火災發生，其報警功能應該設定分級報警功能與電力設備進行聯動，可以設置跳閘功能。對于初級報警可由工作人員進行人工關閉，之后再派遣專業人員對其進行檢測和處理。初級報警功能也叫預警功能，與傳統火災報警不同，是在火災發生后報警以求減少損失的功能，其主要目的是對火災進行預防、預測或預警。

從應用特征上來看，城市軌道交通電氣火災監控系統應該具備可靠性、保密性、實時監控性、數據傳輸性等功能特點。具體如下：

（1）城市軌道交通電氣火災監控系統的可靠性主要體現在系統單機和獨立。單機指城市軌道交通電氣火災監控系統的運行無需聯網，斷網不會對預警系統正常運行造成影響。獨立則是指城市軌道交通電氣火災監控系統相對獨立，系統發生故障不會對其他系統正常運行造成影響，避免出現電氣火災監控系統系統發生故障，整個火災報警系統全面癱瘓情況。（2）保密性是指城市軌道交通電氣火災監控系統的保密等級較高，該系統采用多級密碼保護方式，不同管理層級用戶所擁有權限也不一樣。（3）城市軌道交通電氣火災監控系統可對城市軌道交通剩余電流信號、溫度信號、火災狀況等進行實時、動態檢測，同時，它還擔負著對信號檢測后信息進行收集、分析、判斷、決策等工作。（4）為保證電氣火災監控系統可有效地實現預警、檢測電氣火災目標，需要保證系統內部數據傳輸順暢，可實現將故障系統、正常設備分類處理。

2 發生電氣火災的主要因素

2.1 超載

根據當前我國城市軌道交通建設現狀，電氣系統超負荷是導致電氣系統火災的重要因素。過載是指在城市軌道交通運輸中由于線路中存在超過線路所能承載的電流極限，導致線路溫度過高。這種情況下極極有可能引起線路著火，對城市軌道交通運行安全造成很大威脅[1]。

2.2 短路

短路由外部絕緣材料老化或破壞引起，在這種情況下線纜會快速升溫達到6000度以上高溫，不僅會點燃線纜上絕緣材料，還會引起周圍塵埃和易燃物燃燒。由此可看出，短路也是引起電氣火災的重要原因。短路后未及時發現切斷電源，將會在短時間內造成不可逆轉損失，進而對城市軌道交通系統運行效率產生影響。

2.3 靜電

靜電積聚可能引起火災，對國民生命和財產造成重大損失。通常情況下，當靜電荷快速累積時會產生高電壓，高電勢靜電荷會將其所處環境絕緣體擊穿產生特殊放電現象，電流以聲音、光、熱的方式呈現出來。如引線周圍有足夠多易燃物質，則會引起火災。

2.4 電氣設備出現短路

電氣設備短路通常是由于絕緣層破損脫落造成，短路出現將大大降低線路電阻，從而產生電流快速升高，然后，如出現線路多次碰撞，會導致電流過大。設備溫度迅速提高，過高溫度與過大電流產生火花相遇就會引起火災事故，由短路引起火災可通過實時測量剩余電流及預警處理來避免。

2.5 電流負荷長期過載

電流負載長期過載引起火災主要是由于電氣設備和有關線路電流數值過載引起溫度升高，從而超過規范值，當溫度超過設備或絕緣材料燃點，遇到明火就會引起火災，甚至是爆炸，這種原因引起事故可以通過對開關端子溫度進行實時監控，并及時發出預警和進行處理來預防。

2.6 線路接觸不良

由于線路接觸不良而引起火災，其根本原因是因為線路和設備溫度過高所引起。接觸不良線路極有可能會出現電阻過大現象，當電流流經該電路時，因為過大電阻而產生大量熱量，從而導致溫度升高，甚至會出現火花，從而引起火災事故。這種事故發生，也可以通過實時檢測開關端子溫度，并及時預警處理來避免。

2.7 電力電纜出現故障

在發生火災另一大常見原因中，由于電力電纜出現故障而引起火災。在此過程中，由于施工不規范，電纜接頭壓接不緊等都是造成電力電纜故障根本原因。此外，電力電纜也有極極有可能因環境影響而出現故障，如偶然物理或機械損壞、環境過于潮濕導致絕緣層受潮損壞、化學或微生物侵蝕線路導致電力電纜故障等。如電力電纜絕緣層受到損壞，通常會導致絕緣效果變差，在遇到雷電等突發情況時，極有可能出現電力電纜被擊穿并著火現象。由于電纜長度較長，線路偏僻，線路隱蔽等原因，電纜故障引發火情很難預測，而采用殘余電流探測器對電纜絕緣狀態進行實時監測，對防止電纜故障引發火情起到至關重要的作用。

2.8 斷路器老化

斷路器因老化而產生火災，這種情況在一些比較古老、使用抽出式斷路器來控制低壓配電系統主開關城市軌道交通站中比較普遍。如果長時間插拔抽出式斷路器，極有可能會造成斷路器插接處接觸電阻變大，在電流流過這里時，溫度升高數值會變得很大，當溫度超過斷路器規范值時遇到明火時，極易引起火災。

3 城市軌道交通電氣火災監控系統設計與應用

3.1 總體設計

城市軌道交通電氣火災監控系統設計遵循預防為主、消防結合的基本原則，通過電氣火災監控系統精確地檢測出線路中異常和溫度的變化。特別是當線路出現故障時能及時地發出報警信號，將故障點準確地報出，設計電氣火災監控系統時，應綜合以下原則：

3.2 功能要求

功能需求根據城市軌道交通電氣火災監控系統具體情況進行設置，在系統設計時應圍繞以下幾點：

表2 城市軌道交通電氣火災監控系統功能需求

3.3 系統設計

3.3.1 分級分布式體系結構

城市軌道交通電氣火災監控系統層次分布架構在電氣監控系統應用中有著巨大優越性。該系統不僅可滿足城市軌道交通供電要求，且可為今后一體化應用奠定良好基礎。設計電網監控系統以二級管理、三級控制為主，在二級管理之外，在三級管理中又添加了一層“現場”管理。其中，集中式管理功能主要是收集、處理和分析關于在線監控對象狀態和性能實時數據，并通過調度員工作站以圖像、文本或表格形式來對其進行監控。站級監控系統是監控站內電氣設備，并構成多層次冗余。現場層、中央層與站層之間有接口能夠進行數據交換與共享[2]。

3.3.2 資料庫系統

資料數據庫是支撐城市軌道交通電氣火災監控系統數據的關鍵，城市軌道交通電氣火災監控系統數據庫設計應具有多個網絡訪問、數據庫冗余以及數據庫中SQL語言限制等特點。為更好地適應城軌交通監控需要，應從城軌交通監控實時數據庫、通訊及實時信息中間進行設計，并在系統開發中提供實時應用總線?？偩€提供了對環境監控、設備監控、功率傳輸等方面支持，實現數據傳輸擴展。

3.3.3 通用程序模型支援

城市軌道交通電氣火災監控系統設計中根據開放性要求，使用更加靈活、適用范圍更廣的插件策略，其中，電氣火災監控系統由通訊平臺+SCADA、人機交互平臺三部分組成。同時，該平臺還為開發人員提供了相應應用范本，對支持系統進行了充實和驗證。

3.4 網絡傳輸

當前，對于城市軌道交通電氣火災監控系統網絡傳送布線方式主要分為有線布線與無線布線兩種方式。其中，選擇有線傳輸和無線傳輸的最大影響因素是投資收益率，即如何在硬件與費用間取得平衡。此外，有關部門還應充分考慮當地消防機構對此措施所提出的有關要求，以確保網絡傳輸順利實施，有效提升城市軌道交通電氣火災監控系統的整體安全性。

3.5 設備選擇

3.5.1 測溫式電氣火災探測器

測溫傳感器通常通常被安裝在位于城市軌道交通電氣設備上易發熱位置處。位置選擇范圍比較廣泛并且具有一定特征。值得注意的是，該位置的選擇與溫度或過熱現象檢測和分析之間有著直接關系，因此要慎重選擇這個位置。為保證殘存測溫型電器能夠科學有效起到監控和預警作用，在低壓配電室內配電箱及配電柜進行添加，此外，還可在進線柜斷路器上安裝，以此監控和預警。

3.5.2 剩余電流式電氣火災探測器

剩余電流式電氣火災監控探測器是在電纜導線中實時、動態監控剩余電流值是否超過標準限值。若城市軌道交通電氣設備在運行過程中出現電氣故障，剩余電流值超過限制報警。此外，工作人員還應該對剩余電流式電氣監控設備安裝位置進行選擇，保證該設備能夠有效地發揮作用。

安裝剩余電流式電氣火災探測器時，工作人員要特別關注實際回路位置，為確保其正常、穩定工作，要加強對安裝方法要求，防止由于接頭安裝不當或絕緣效果不佳等問題引起誤報或者不報警。

城市軌道交通隧道水泵供電回路中可安裝剩余電流式電氣火災探測器。城市軌道交通隧道中水泵電纜和線路所處環境較為惡劣且需要長期通電，由于受到惡劣環境和高通電率影響，水泵供電回路絕緣狀況極易受到影響而發生損壞或效果變差，增大了電纜擊穿、漏電引發火災等高危事故發生概率[3]。

3.5.3 探測器

如想實現城市軌道交通電氣火災監控系統能夠有效地運轉，就應對探測器安裝位置進行合理考慮，探測器正確安裝包含了以下內容：信息探測收集全面性以及有線或無線傳輸通暢性[4]。在探測器探測并搜集到與高溫、剩余電流值異常等危險事故有關信息之后應將其快速地傳遞到處理設備及報警設備中，探測器測危險信號將傳送到監控主機實現電氣火災監控系統檢測和預警功能。同時，在電氣火災監控系統中，相對常見探測器類型通?？杀粍澐殖蓛煞N，即測溫式探測器及剩余電流式探測器，具體如下：

表3 探測器類型及內容

3.5.4 監控主機

作為電氣火災監測系統監控主機應該具有如下幾個方面功能。

表4 監控主機功能

3.6 具體應用場景

3.6.1 遙控防護

在城市軌道交通電氣系統運行過程中，如存在著安全隱患或者是周期性參數異常，為保證電氣系統運行的穩定性，應通過監控系統來進行相應檢測以便及時檢修。從防火角度來看，消防工作人員應及時發現安全隱患和近期發生的故障，并采用科學方法，消除電氣火災隱患，防止發生重大電氣火災安全事故。同時，如工作人員采取了有效控制措施，但效果不理想，則應及時切斷監控回路電源，故障排除后方可繼續設備運行。

3.6.2 電氣保護

城市軌道交通電氣火災監控系統具有自動監控、自動報警等多種功能。城市軌道交通電氣火災監控系統能使工作人員更好地發現和預防電氣火災，還能使城市軌道交通系統更好地運行[5]。在電氣保護情況下，工作人員應該對監控系統有關數據進行比較，當數據出現異常問題時，可對電氣火災監控系統是否存在故障進行判斷，并采取相應維修措施，以此對城市軌道交通系統運行狀態進行保護。

4 結論

綜上所述，在現有城市軌道交通防范措施中，缺少對于電氣火災監控系統的重視。從目前我國城市軌道交通發展趨勢來看，通過科學、合理的布置電氣火災監控系統，可實現減少電氣火災事故風險。因此，在未來城市地鐵建設中，積極加強電氣火災監控設備布置及運用以成為城市軌道交通中的重點。有關人員應就城市軌道交通電氣火災監控系統的應用展開探究，以此保障城市軌道交通電氣火災監控系統高質量發展。