淺談電氣火災監控系統在軌道交通的產(chǎn)品選型與應用

(2)系統構成

       系統主要由探測器、藍牙數據集中器、通訊總線(xiàn)和監控主機 4 部分組成。第一，探測器負責持續采集電氣設備與現場(chǎng)環(huán)境的參數值，如環(huán)境溫度、煙霧濃度、電流值、電壓值等參數，并將現場(chǎng)監測信號向上傳輸。第二，藍牙數據集中器被布置在現場(chǎng)，負責對一定范圍內探測器發(fā)送的監測信號進(jìn)行接收，經(jīng)過(guò)匯總整理等簡(jiǎn)單處理后發(fā)送至通訊總線(xiàn)。第三，通訊總線(xiàn)負責在后臺監控主機與現場(chǎng)探測設備間建立溝通橋梁，持續把現場(chǎng)檢測信號發(fā)送至監控主機，并向數據集中器和探測器傳達控制指令。第四，監控主機負責執行數據篩選、圖形處理、運算分析等任務(wù)，根據現場(chǎng)監測信號來(lái)描述電氣設備與電氣系統運行狀況，判斷是否存在火災隱患和出現火災事故，確定火災出現后控制報警器發(fā)送報警信號。

       在軌道交通運營(yíng)期間，受到電氣設備老化、錯誤操作、外力碰撞等因素影響，偶爾出現電氣火災事故，如配電系統漏電與短路引發(fā)的火災、用電設備長(cháng)時(shí)間過(guò)載運行引發(fā)的火災、封閉式電纜橋架內部溫度過(guò)高引發(fā)的火災，這類(lèi)火災具有突發(fā)性、蔓延迅速、易形成大面積燃燒的特征。與此同時(shí)，早期軌道交通工程中采取人工巡查方式，由工作人員定期對電氣設備狀況進(jìn)行檢查，測量記錄運行參數，在檢查到短路、斷路等故障問(wèn)題時(shí)上報至維護中心，其前往現場(chǎng)檢修故障設備，或是在發(fā)現火災事故后通過(guò)按下消防報警器等方式上報問(wèn)題，這一模式存在火災事故發(fā)現不及時(shí)、實(shí)際巡查范圍小、難以掌握全部電氣設備實(shí)時(shí)工況的局限性。相比之下，電氣火災監控系統有著(zhù)很高的自動(dòng)化水平，改變了舊有的電氣火災監控方式，可以替代人工完成參數記錄、設備狀態(tài)檢查、火災報警等工作，既簡(jiǎn)化了流程步驟與減輕工作負擔，同時(shí)，也可以第一時(shí)間發(fā)現和上報電氣火災事故，并根據監測結果來(lái)排查是否存在電氣火災隱患，起到?jīng)Q策支持作用，幫助管理人員采取改進(jìn)措施，盡可能消除全部的火災隱患。簡(jiǎn)單來(lái)講，在軌道交通工程中，電氣火災監控系統價(jià)值體現在快速報警、隱患排查、設備遠程監控、統一管理等方面。

(1)遠程控制

       在軌道交通電氣系統運行期間，如果排查到火災安全隱患，或是出現電氣參數異常波動(dòng)等情況，工作人員在火災監控系統上下達相應控制指令，經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò )或是通信線(xiàn)路，把指令傳達至目標設備，帶動(dòng)設備機械部分開(kāi)展動(dòng)作，調節電氣參數或是切換設備運行模式，實(shí)現遠程控制目標。從火災防控角度來(lái)看，對電氣火災監控系統的應用，可以幫助工作人員第一時(shí)間對所發(fā)現安全隱患、電氣故障采取有效控制措施，如切斷故障部分和非故障部分連接、調節電壓電流值等參數，短時(shí)間內消除隱患，或是將火災蔓延范圍控制在一定程度內，避免在工作人員前往現場(chǎng)期間導致電氣故障加劇、提前發(fā)展成火災事故。同時(shí)，在所采取控制措施未起到預期作用、仍舊出現電氣故障和火災事故的情況下，由于工作人員遠程下達控制指令，無(wú)需抵達現場(chǎng)，不會(huì )危及到工作人員的人身安全。

(2) 電氣保護

       電氣火災監控系統同時(shí)具備遠程控制、參數調節、火災報警等使用功能，既可以幫助工作人員迅速發(fā)現與處理火災事故，還可以通過(guò)參數調節，將火災事故消弭于無(wú)形。例如，在電氣保護場(chǎng)景，在系統中增設剩余電流、過(guò)電流、溫度、超壓與欠壓的保護功能，實(shí)時(shí)對比監測值和整定值，在二者誤差超標時(shí)判斷出現電氣故障，基于程序運行準則，根據故障類(lèi)型與位置來(lái)下達相應控制指令，采取保護動(dòng)作，如在檢測到剩余電流值超標時(shí)切斷供電電源，在檢測到短路故障時(shí)向探測器發(fā)送脫扣信號，在檢測到電流值異常波動(dòng)時(shí)控制電流互感器開(kāi)啟常閉節點(diǎn)來(lái)吸合電流。

(3) 消防報警

       在消防報警場(chǎng)景中，電氣火災監控系統采取對比實(shí)時(shí)監測量與整定值的判定方式持續采集工作溫度等參數的測定值，把測定值轉換為數字信號發(fā)送至監控主機，如果測定值超過(guò)或是低于整定值，且二者偏差程度超過(guò)允許區間，系統自動(dòng)判定為出現電氣故障或是電氣火災事故，根據測定值偏差程度觸發(fā)不同等級的報警程序，如單獨記錄報警信息和閃爍報警指示燈，或是額外啟動(dòng)報警蜂鳴器，并在系統界面上以電子地圖的形式顯示報警位置，輸出報警報告。此外，在現場(chǎng)環(huán)境條件、電氣設備規格型號、設備數量等要素發(fā)生變動(dòng)時(shí)，工作人員可以對電氣火災監控系統的報警整定值、響應靈敏度進(jìn)行調整。

(4) 隱患排查

       在隱患排查場(chǎng)景中，一方面，由系統持續對電氣設備運行參數和現場(chǎng)環(huán)境條件進(jìn)行監測，根據實(shí)時(shí)監測結果來(lái)繪制可視化圖表，幫助工作人員直觀(guān)、掌握電氣系統運行狀況。同時(shí)，對比實(shí)時(shí)監測數據與歷史數據，如果檢測到參數曲線(xiàn)變化趨勢與電氣故障期間數據變化曲線(xiàn)的相似度達到一定標準，則在監控報告中標記可能存在的電氣火災隱患，工作人員根據報告內容開(kāi)展進(jìn)一步的排查工作，消除潛在隱患，提前預防電氣故障與電氣火災事故的出現。另一方面，在系統中設立若干的自檢信號，定期對監控主體、通信總線(xiàn)、藍牙數據集合器、探測器與報警器等硬件設備的運行狀態(tài)加以檢查，可以及時(shí)發(fā)現設備故障，避免因此影響到電氣火災監控系統使用功能的正常發(fā)揮。

(1) 監控主機選型

       要求所選用監控主機具備完善的使用功能，可以滿(mǎn)足不同場(chǎng)景下的操作需求和電氣火災監控要求，一般情況下，監控主機具備實(shí)時(shí)報警、分區監控、故障自動(dòng)巡檢、優(yōu)先報警、圖形顯示、在線(xiàn)干預 6 項基本功能。實(shí)時(shí)報警是在出現電氣故障或電氣火災后的 15s 以?xún)劝l(fā)出聲光報警，提醒工作人員，必要時(shí)引導車(chē)站內滯留乘客安全疏散，如果火災報警時(shí)間超過(guò)這一標準，容易造成火災迅速蔓延、電氣設備大面積燒損、出現人員傷亡的嚴重后果。分區監控是在軌道交通工程中劃分若干監控區域或等級，分別制定各區域/等級的火災報警整定值，充分兼顧不同區域環(huán)境條件與電氣設備規格型號。故障自動(dòng)巡檢是對探測器、報警器與監控主機自身等系統設備的運行工況進(jìn)行檢查，判斷是否存在故障問(wèn)題，或是探測器探測精度不達標。優(yōu)先報警是在主機接收到多個(gè)監控節點(diǎn)出現異常狀況時(shí)，進(jìn)行邏輯分析，根據問(wèn)題嚴重程度、事件發(fā)生時(shí)間等信息來(lái)排序，優(yōu)先提交重大事件的報警信號。圖形顯示功能是把所采集監測信號、下達控制指令與監控結果以可視化圖形方式在系統界面顯示，幫助工作人員直觀(guān)了解電氣系統運行狀態(tài)和火災情況。在線(xiàn)干預是在監測到電氣設備異常運行時(shí)，工作人員可以通過(guò)監控主機對電氣設備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，遠程下達參數調節等控制指令，迅速恢復電氣設備的正常運行工況，避免電氣故障發(fā)展為電氣火災事故。

(2)探測器選型設計

       首先，綜合分析監控參數種類(lèi)、探測器安裝區域、電氣設備種類(lèi)等因素，合理選擇探測器型號款式。例如，以母聯(lián)柜、饋線(xiàn)回路斷路器接頭作為探測對象時(shí)，優(yōu)先配置測溫型探測器，搭載 6 個(gè)以?xún)鹊臏y溫探頭，通過(guò)等電位方式探測接頭工作溫度。在以低壓饋線(xiàn)回路作為探測對象時(shí)，配置剩余電流型探測器，持續監測回路中的剩余電流值。而在以母線(xiàn)電纜或是電纜夾層作為探測對象時(shí)，則配置感溫光纖型探測器，持續向外發(fā)射脈沖激光束，根據光子散射情況與熱運動(dòng)特征值來(lái)判斷工作溫度。其次，合理選擇探測器安裝位置，優(yōu)先在室內頂棚等空曠、開(kāi)闊部位安裝探測器，根據實(shí)際探測范圍來(lái)設定探測器數量、臨近探測器間隔距離，確保探測器可以有效感知探測范圍內的現場(chǎng)環(huán)境，避免因視線(xiàn)遮擋而形成探測盲區。而對于開(kāi)關(guān)柜、環(huán)控柜等柜體內部安裝的探測器，則根據柜內設備、線(xiàn)路分布情況來(lái)選擇合理的安裝位置，在柜內預留出充足的安裝空間。最后，考慮到軌道交通火災監控參數種類(lèi)較多，包括工作溫度、電流、電壓、電阻等數十種參數，如果在軌道交通現場(chǎng)同時(shí)布置單一參數種類(lèi)的探測器，不但會(huì )增加系統建設成本，布置過(guò)多的探測器，同時(shí)還面臨著(zhù)探測器安裝空間有限、各類(lèi)探測器與電氣設備相互干擾、形成復雜電磁環(huán)境等問(wèn)題。對此，需要優(yōu)先選用一體式監控探測器，這類(lèi)探測器可以同時(shí)對若干參數進(jìn)行監測采集，還具備火災報警功能，在探測到明火、煙霧或是采集異常監測信號后自動(dòng)發(fā)送報警信號，無(wú)需在現場(chǎng)額外加裝火災報警器，有利于簡(jiǎn)化系統結構、降低系統建設成本。

(3) 整定值設置

       如何保證電氣火災監控系統能夠及時(shí)、準確的匯報電氣火災事故，同時(shí)，避免出現火災誤報、漏報問(wèn)題，是決定系統應用價(jià)值能否得以發(fā)揮的關(guān)鍵。對此，工作人員可以從整定值設置角度著(zhù)手，對軌道交通電氣設備數量、種類(lèi)、現場(chǎng)環(huán)境條件、短路等電氣故障表現形式等因素加以綜合分析，借鑒同類(lèi)項目監控案例，嚴格遵循《火災自動(dòng)報警系統設計規范》（GB50116-2013）規定，準確計算電流、電壓、接頭溫度等監控指標的較好整定值。例如，在某軌道交通工程中，把泄漏電流整定值設定為 300mA 與 500mA，如果泄漏電流超過(guò) 300mA，系統將記錄報警信息和閃爍報警信號燈，直至電流值低于 300mA 后恢復預警回路。同時(shí)，在泄漏電流值超過(guò)500mA 時(shí)，額外啟動(dòng)報警蜂鳴器，在故障解除或電流值低于 300mA 時(shí)自動(dòng)關(guān)閉蜂鳴器，也可由工作人員手動(dòng)關(guān)閉。

(4)應用人工智能技術(shù)

       目前來(lái)看，在軌道交通工程中，所構建電氣火災監控系統普遍存在自動(dòng)化程度有余、智能化程度不足的問(wèn)題，主要負責完成參數測量、火災報警、設備參數調節等基礎性任務(wù)，仍舊需要工作人員深度參與到火災監控工作當中，完成一些決策型工作，如判斷火災等級、預測火勢蔓延情況等。對此，需要在電氣火災監控系統中應用到人工智能技術(shù)，使系統具備強大的決策分析能力，面對突發(fā)狀況時(shí)，可以模擬人類(lèi)思維方式進(jìn)行決策判斷。例如，在出現電氣火災事故后，系統根據各監控節點(diǎn)上報數據，預測未來(lái)一段時(shí)間火勢的蔓延擴散區域、蔓延速度。

5 安科瑞電氣火災監控系統

（1）概述

       Acre1-6000電氣火災監控系統，是根據國家現行規范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數字化獨立運行的系統，已通過(guò)國家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監督檢驗中心的消防電子產(chǎn)品試驗認證，并且均通過(guò)嚴格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產(chǎn)品在低壓配電系統中的安全正常運行，現均已批量生產(chǎn)并在全國得到廣泛地應用。該系統通過(guò)對剩余電流、過(guò)電流、過(guò)電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監視，實(shí)現對電氣火災的早期預防和報警，當必要時(shí)還能聯(lián)動(dòng)切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標的配電回路;并根據用戶(hù)的需求，還可以滿(mǎn)足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺或火災自動(dòng)報警系統等進(jìn)行數據交換和共享。

（2） 應用場(chǎng)合

       適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國家重點(diǎn)消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領(lǐng)域。

（3 ）系統結構

       當發(fā)生剩余電流、超溫報警或通訊、電源故障時(shí)，將報警部位、故障信息、報警時(shí)間等信息存儲在數據庫中，當報警解除、排除故障時(shí)，同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢(xún)方法。

（5） 配置方案