諶 小 莉

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司, 廣東 廣州 510010)

廣州地鐵車站電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置方案

諶 小 莉

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司, 廣東 廣州 510010)

基于國(guó)家相關(guān)規(guī)范對(duì)建筑中設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的要求，結(jié)合目前廣州地鐵供配電方案特點(diǎn)，從電氣火災(zāi)探測(cè)器的選擇及位置設(shè)置、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備的要求及系統(tǒng)傳輸方案等方面,介紹了地鐵車站電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置方案。建議將分離式探測(cè)器設(shè)置在變電所0.4 kV饋線回路處,并采用故障點(diǎn)少、后期維護(hù)方便的無線傳輸方案。

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng); 地鐵供配電方案; 電氣火災(zāi)探測(cè)器; 電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備; 系統(tǒng)傳輸

0 引 言

隨著國(guó)家綜合實(shí)力的不斷提高,地鐵有效緩解了城市地面交通壓力,但存在較大的安全隱患,最多且危害最大的事故就是火災(zāi),其中由電氣原因引起的火災(zāi)占37%。因此,應(yīng)對(duì)電氣火災(zāi)進(jìn)行有效的防范。

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)屬于先期預(yù)報(bào)警系統(tǒng),是針對(duì)火災(zāi)的早期預(yù)防、消除火災(zāi)隱患而設(shè)置的。國(guó)家有關(guān)部門相繼制訂或修改有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,對(duì)建筑中設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)提出了更明確的要求。GB 50116—2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.1.1條確定:“地下鐵道、車站屬一級(jí)保護(hù)對(duì)象。”DBJ/T 15-77—2010《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范》第3.2.1條規(guī)定:“GB 50116—2013中保護(hù)對(duì)象為特級(jí)、一級(jí)的建筑應(yīng)設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。”本文主要分析了廣州地鐵車站電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置方案。

1 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)原理

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器(剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器、測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器)和電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備兩部分組成。

1.1 剩余電流探測(cè)原理

剩余電流火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)一般由剩余電流檢測(cè)元件、現(xiàn)場(chǎng)處理設(shè)備和集中監(jiān)控設(shè)備組成。剩余電流火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 剩余電流火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)構(gòu)成

剩余電流檢測(cè)器的工作原理基于基爾霍夫電流定律,即電路內(nèi)任意點(diǎn)的電流矢量和為0。檢測(cè)剩余電流時(shí),三相導(dǎo)線和中性線穿過一個(gè)電流互感器,當(dāng)未發(fā)生接地故障時(shí),無論三相負(fù)荷是否平衡,電流矢量和均為0;當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí),故障電流會(huì)經(jīng)過故障點(diǎn)流入大地,使電流互感器中電流矢量和不為0,該電流值即為剩余電流值。低壓配電系統(tǒng)的接地形式?jīng)Q定了剩余電流檢測(cè)元件是否能正常工作。低壓配電系統(tǒng)的N線與PE線必須嚴(yán)格分開,通過剩余電流檢測(cè)元件的N線不能作為PE線使用,不能重復(fù)接地,不能接設(shè)備外露可導(dǎo)電部分。TN-S系統(tǒng)剩余電流檢測(cè)示意圖如圖2所示。

圖2 TN-S系統(tǒng)剩余電流檢測(cè)示意圖

剩余電流互感器的剩余電流值在30～1 000 mA時(shí)連續(xù)可調(diào),內(nèi)置或外置的溫度探測(cè)器在55～140 ℃時(shí)連續(xù)可調(diào)。

1.2 溫度探測(cè)原理

熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加來進(jìn)行溫度測(cè)量的。測(cè)溫傳感器一般設(shè)置在電氣系統(tǒng)的電纜接頭、電纜本體、開關(guān)觸點(diǎn)等重點(diǎn)發(fā)熱部位,用于監(jiān)測(cè)設(shè)備過熱而引起的火災(zāi)。探測(cè)位置包括開關(guān)柜、配電箱接頭、母線。

1.3 集中監(jiān)控設(shè)備

集中監(jiān)控設(shè)備通過有線/無線實(shí)時(shí)收集各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)處理設(shè)備的信號(hào),并對(duì)信號(hào)進(jìn)行比較、分類等處理后,將相應(yīng)信息送往報(bào)警、顯示、控制信號(hào)輸出、存儲(chǔ)、打印等設(shè)備,實(shí)現(xiàn)集中顯示、控制、記錄等功能。集中監(jiān)控設(shè)備可以分為監(jiān)控單元與監(jiān)控主機(jī)兩種類型。監(jiān)控單元主要用于有限數(shù)量、距離的若干探測(cè)器的連接與管理,適用于小型系統(tǒng);監(jiān)控主機(jī)具有更強(qiáng)大的處理功能,可通過監(jiān)控單元連接更多探測(cè)器,適用于大中型系統(tǒng),并具備人性化管理軟件及打印、拷貝等功能,能夠儲(chǔ)存12個(gè)月的報(bào)警信息記錄,便于站級(jí)管理。

2 電氣火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)方案

2.1 探測(cè)器選擇

電氣火災(zāi)探測(cè)器主要有分離型探測(cè)器(非獨(dú)立式)和組合型探測(cè)器(獨(dú)立式)兩種。

(1) 分離型探測(cè)器(非獨(dú)立式)。電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備與電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器(包括終端探測(cè)頭剩余電流互感器、溫度傳感器)分離配置。通過監(jiān)控探測(cè)器采樣配電柜(箱)內(nèi)導(dǎo)電線路中的電流和剩余電流信號(hào),經(jīng)內(nèi)置單片機(jī)系統(tǒng)分析處理后,上報(bào)消防控制室或值班室里的電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備,經(jīng)過進(jìn)一步分析處理后進(jìn)行所需的聯(lián)動(dòng)控制,從而完成該系統(tǒng)應(yīng)有的功能。優(yōu)點(diǎn):① 系統(tǒng)分工明確、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本少、故障率偏低,不含電源控制開關(guān),不串入配電系統(tǒng),只通過剩余電流互感器(或測(cè)溫探頭)取樣信號(hào),性能穩(wěn)定可靠;② 相對(duì)功能簡(jiǎn)單,探測(cè)器尺寸較小,適合安裝在地鐵低壓柜饋線電纜室等比較狹窄的安裝空間。缺點(diǎn):在采購(gòu)數(shù)量很少(少于10個(gè))并需要就地報(bào)警的情況下,造價(jià)較高。

(2) 組合型探測(cè)器(獨(dú)立式)。電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備與電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器組合配置。與分離型探測(cè)器相比,不僅能滿足對(duì)剩余電流與非正常溫升的檢測(cè),還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能,并通過設(shè)備的液晶屏實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果顯示、參數(shù)設(shè)置等功能。優(yōu)點(diǎn):① 采購(gòu)數(shù)量很少并需要就地報(bào)警的情況下,造價(jià)較低;② 在末端更易于維護(hù)人員操作與設(shè)置。缺點(diǎn):① 體積大,在地鐵低壓柜饋線電纜室比較狹窄的安裝空間非常局促;② 功能復(fù)雜,故障率高;③在探測(cè)點(diǎn)多的情況下,造價(jià)非常高。

由于地鐵監(jiān)控點(diǎn)數(shù)多,趨向于集中監(jiān)控方式,且開關(guān)柜安裝空間有限,故推薦采用分離型探測(cè)器,并設(shè)專門的集中監(jiān)控裝置。

2.2 探測(cè)器位置設(shè)置

目前,地鐵車站根據(jù)負(fù)荷重要性將負(fù)荷分為三級(jí),對(duì)于不同的負(fù)荷采用不同的配電形式,為保證高可靠性,配電形式多為放射式配電。

一般負(fù)荷設(shè)就地電源箱,由變電所放射式配電;各類風(fēng)機(jī)、空調(diào)器等環(huán)控設(shè)備由變電所饋出總電源給環(huán)控電控柜,再由環(huán)控電控柜統(tǒng)一放射式配電至設(shè)備;冷水水泵、冷卻塔等冷水系統(tǒng)制冷設(shè)備由變電所饋出總電源給冷水機(jī)房電控柜,再由冷水機(jī)房電控柜統(tǒng)一配電至設(shè)備。冷水機(jī)組一般直接由變電所饋出到設(shè)備。

結(jié)合地鐵目前的供電方案,電氣火災(zāi)探測(cè)器可安裝在變電所0.4 kV饋線回路處或下一級(jí)配電箱進(jìn)線處。

(1) 安裝在變電所0.4 kV饋線回路處。探測(cè)保護(hù)范圍大,包括配電柜饋線電纜和配電箱下級(jí)的用電設(shè)備;安裝集中,管理方便;空間跨度小,可采用無線通信方式或總線連接方式。

(2) 安裝在下一級(jí)配電箱進(jìn)線處。探測(cè)保護(hù)范圍精確,就是配電箱下級(jí)的用電設(shè)備;無法探測(cè)配電柜至配電箱之間的電纜剩余電流情況;安裝分散,管理不方便;空間跨度大,連接總線通常很長(zhǎng),信號(hào)衰減嚴(yán)重。

因此,建議地鐵新線將探測(cè)器設(shè)置在變電所0.4 kV饋線回路處。

2.3 監(jiān)控設(shè)備要求

(1) 電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備應(yīng)具有直接連接剩余電流探測(cè)器、測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器的功能,應(yīng)能同時(shí)處理上述探測(cè)器探測(cè)信號(hào)的能力。

(2) 監(jiān)控設(shè)備應(yīng)對(duì)所轄范圍內(nèi)的各類探測(cè)器的報(bào)警信號(hào)進(jìn)行聲、光報(bào)警,并在顯示器上顯示報(bào)警位置及探測(cè)器實(shí)測(cè)值。

(3) 不同類型探測(cè)器故障信息應(yīng)有明顯區(qū)別。監(jiān)控設(shè)備能夠按用戶級(jí)和管理級(jí)權(quán)限靈活設(shè)置,用戶級(jí)權(quán)限具有靈活分配模塊操作權(quán)限功能。

(4) 監(jiān)控設(shè)備應(yīng)具有以太網(wǎng)接口(RJ45),可直接與綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過RJ45接口(TCP/IP協(xié)議)在訪問和獲取多功能火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)主機(jī)信息時(shí),系統(tǒng)主機(jī)能夠提供以自定義的報(bào)警分區(qū)為單位的即時(shí)光纖溫度信息,包括最大溫度、平均溫度、最小溫度、預(yù)報(bào)警信息、報(bào)警信息等,提供測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器、剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器即時(shí)信息;接收來自綜合監(jiān)控系統(tǒng)的時(shí)鐘同步信號(hào),并校正自身時(shí)鐘信號(hào)。

(5) 監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)主機(jī)采用網(wǎng)絡(luò)接口直接與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)專業(yè)聯(lián)網(wǎng),火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可通過該接口訪問和獲取系統(tǒng)主機(jī)信息,包括饋電回路剩余電流、饋電回路三相溫度。

2.4 監(jiān)控系統(tǒng)傳輸方案

2.4.1 有線傳輸方案

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)有線傳輸方案如圖3所示。

圖3 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)有線傳輸方案

對(duì)于分離式的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器,有以下幾點(diǎn)要求:

(1) 能獨(dú)立與監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行通信。

(2) 具有1組剩余電流探測(cè)和6組溫度探測(cè)的功能。

(3) 剩余電流為30～500 mA時(shí)能在監(jiān)控設(shè)備后臺(tái)連續(xù)可調(diào)。

(4) 溫度報(bào)警在55～140 ℃時(shí)監(jiān)控設(shè)備后臺(tái)連續(xù)可調(diào)。

2.4.2 無線傳輸方案

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)無線傳輸方案如圖4所示。圖4中,數(shù)據(jù)集中器和分離式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器采用藍(lán)牙無線傳輸方式,而數(shù)據(jù)集中器和監(jiān)控設(shè)備采用有線傳輸方式進(jìn)行組網(wǎng)。

圖4 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)無線傳輸方案

對(duì)于分離式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器,有以下幾點(diǎn)要求:

(1) 能獨(dú)立與數(shù)據(jù)集中器進(jìn)行藍(lán)牙通信。

(2) 具有1組剩余電流探測(cè)和6組溫度探測(cè)的功能。

(3) 剩余電流為30～500 mA時(shí)能在監(jiān)控設(shè)備后臺(tái)連續(xù)可調(diào)。

(4) 溫度報(bào)警在55～140 ℃時(shí)監(jiān)控設(shè)備后臺(tái)連續(xù)可調(diào)。

對(duì)于數(shù)據(jù)集中器,要求有以下幾點(diǎn):

(1) 能獨(dú)立與分離式的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器進(jìn)行藍(lán)牙通信。

(2) 具有環(huán)網(wǎng)RS-485接口功能。

(3) 接收點(diǎn)數(shù)容量大于100。

藍(lán)牙無線通信方式具有以下特點(diǎn):

(1) 短距無線通信。

(2) 臨時(shí)性對(duì)等連接的無線通信,一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)從設(shè)備組成的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信連接。

(3) 很好的抗干擾能力。

(4) 模塊體積很小,便于集成。

(5) 低功耗。

(6) 適用2.4 GHz的無線通信頻段。

(7) 開放的接口標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)以上分析,兩種方案各有其優(yōu)勢(shì)。有線傳輸?shù)漠a(chǎn)品目前國(guó)內(nèi)廠家比較多,選擇比較容易,性能可靠,缺點(diǎn)是后期維護(hù)更換存在不便。無線傳輸方案的缺點(diǎn)是產(chǎn)品選擇較困難,但在地鐵中也有成功的案例,如深圳地鐵、昆明地鐵,其優(yōu)點(diǎn)是性能非?？煽?后期維護(hù)更換方便。

3 結(jié) 語(yǔ)

地鐵采用放射式供電方式,在變電所0.4 kV開關(guān)柜饋線回路處設(shè)置電氣火災(zāi)探測(cè)器,既可探測(cè)末端設(shè)備的剩余電流情況,也可探測(cè)開關(guān)柜至末端配電箱段電纜的剩余電流情況。地鐵低壓柜饋線電纜室空間比較狹窄,分離式探測(cè)器便于安裝,且造價(jià)更低。無線傳輸方案接線簡(jiǎn)單、故障點(diǎn)少,后期維護(hù)更換更簡(jiǎn)便。所以,在廣州地鐵新線路建設(shè)中建議采用在變電所0.4kV開關(guān)柜饋線回路處設(shè)置分離式探測(cè)器,并采用無線傳輸?shù)姆桨浮?/p>

[1] 付朝立.基于泄漏電流監(jiān)測(cè)的電氣火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在地鐵中的應(yīng)用[J].城市軌道研究,2014(4):132-134.

[2] GB 50116—2013 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] DBJ/T 15-77—2010 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[4] GB 50157—2013 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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Design Scheme of Electrical Fire Monitoring System for Guangzhou Metro Station

CHENXiaoli

(Guangzhou Metro Design Research Institute Co., Ltd., Guangzhou 510010, China)

Based on the requirements of national related standard setting of electrical fire monitoring system,combined with the current Guangzhou metro power supply and distribution characteristics,this paper introduced the setting scheme of electrical fire monitoring system in subway project in aspects of the selection and location of electrical fire detector，requirements of electrical fire monitoring equipment,and system transmission scheme. It is suggested that the separate detector is installed at the feeder circuit of 0.4 kV substation and the wireless transmission scheme is used which has the advantages of fewer failure points and convenient maintenance.

electrical fire monitoring system; metro power supply scheme; electric fire detector; electrical fire monitoring equipment; transmission system

諶小莉(1983—),女,工程師,從事城市軌道交通供配電方面的工作。

TU 892

B

1674-8417(2015)07-0046-05

2015-04-21