电气火灾监控系统在地铁供配电系统中的应用

1电气火灾监控系统的设备组成及其作用

国家颁布实施的GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》新增了电气火灾监控系统内容，规定：地下公共建筑(含地铁)应设置电气火灾监控系统，且电气火灾监控系统由下列部分或全部监控装置组成：电气火灾监控设备(监控主机)、剩余电流式电气火灾监控探测器、测温式电气火灾监控探测器、线型感温火灾探测器。

（1）电气火灾监控设备(监控主机)的作用：实时接收来自线型光纤差定温火灾探测器、蓝牙测温式电气火灾探测器、剩余电流式电气火灾探测器发来的正常信息、故障信息、灾害信息，并对其进行快速处理和管理。

（2）剩余电流式电气火灾监控探测器的作用：从测量电线电缆的泄漏电流人手，以达到检测电线电缆中的火线、零线对地线的绝缘水平。

（3）测温式电气火灾监控探测器的作用：以探测电气设备接头异常发热为基本原则，设置在电容器接头、变压器接头、母线接头、开关触点等发热部位。以实现对电气设备安装工艺、产品质量等异常情况的长期监测。

（4）线型感温火灾探测器的作用：用于电缆桥架、电缆夹层等处线型电气设备绝缘击穿发热而引起的火灾报警。

2应用电气火灾监控系统的必要性

电气火灾监控系统是为了预防供配电设备由于剩余电流打火或电气连接处过热引起火灾而设置的专用监控系统，是对配电回路的安装工艺、设备质量以及防止意外事故发生的长期实时监测，其特点是先期预警。

(1)根据实际运行经验，配电设备的火灾发生主要由4个方面原因引起：①线路绝缘老化、漏电火灾；②短路火灾；③长期过负荷使用；④压接施工不规范，接触电阻过大。对于①、②方面，绝大部分可以通过测量剩余电流。来获得预警信息，及时处理，可避免出现火灾事故；③、④方面可通过实时测量开关端子的温度及时发现并处理，以避免事故发生。

(2)电力电缆故障绝大多数是由于施工不规范、机械损坏、电缆接头压接不紧、加热不充分、绝缘受潮、环境恶劣、化学物质侵蚀等原因引起电缆绝缘降低而被击穿起火，此类电缆故障具有隐蔽性，不可预见。采用剩余电流监测装置可准确判断电缆绝缘下降情况，能够较好地预防电力电缆起火的事故发生。

(3)部分城市地铁的低压配电系统主开关使用抽出式断路器，在经过多年插拔后，其插接处的接触电阻会有所增加，使用温升会提高，温升值是否已达到危险状况，需要由温度探测器来监测。若地铁供配电设备发生火灾停电，车站照度将瞬间下降很大，造成乘客紧急逃生困难。因此，在地铁低压配电系统中使用质量可靠、性能稳定的电气火灾监控系统是十分必要的。

3主要监控装置的设置

在地铁低压配电系统中使用电气火灾监控系统监控低压配电设备工况十分重要，但地铁公司需充分考虑前期建设成本的投入及今后运营费用高低。因此，从技术经济学角度，认真分析电气火灾监控系统在地铁低压配电系统中的使用十分必要。

3.1测温式电气火灾监控探测器

测温式电气火灾监控探测器的作用是探测电气设备接头异常发热，探测器设置在电容器接头、变压器接头、母线接头、开关触点等发热部位，以实现对电气设备安装工艺、产品质量等异常情况的长期监测。

根据热平衡原理，载流导体的发热过程可用公式：

(1)

公式(1)中r为温升；P为单位长度导体自身消耗功率，约等于I2R；K为导体周围介质的综合散热系数，空调房环境取大值；S为单位长度导体散热面积；t为通电时间；T为单位长度导体的热时间常数。

对其安装位置的选择，建议如下。

（1）从使用负荷方面考虑，建议在每日有效工作时间超过4h、实际运行电流大于100A的负载开关上安装蓝牙温度探测器。

根据公式(1)计算可知，运行电流小于100A的开关在28℃环境内正常安装时，其温升是很小的。从深圳地铁的实际运行情况看，正常安装的冷水机组回路(额定功210kW)长期运行，其负荷开关端子温度显示为50℃左右，需重点监控；其他设备，如综合监控回路(额定容量120kVA)、应急电源(EPS)照明回路(额定容量80kVA)开关端子运行温度(30℃)和室温相近。

（2）从安装位置方面考虑，测温式电气火灾监控探测器宜安装在靠近开关与底座插接处的位置。

根据载流导体的热平衡原理可知，载流导体的温升与接触电阻有很大关系，接触电阻又与接触压力有关。

接触电阻的经验公式是：

(2)

公式(2)中：RJ为接触电阻；F为接触压力；KJ为材质系数，一般取0.7～1；n：点接触取0.5，线接触取0.7，面接触取1.0。

开关和底座端子的插接是多段线接触，正常安装情况下，螺栓的紧固力要远大于开关和底座端子的插接力。

（3）在负载开关的一侧(如输出侧或输入侧)安装测温式电气火灾监控探测器，而无需在负载开关上下两侧都安装。

负载开关输入端子与输出端子间的距离不足1m，铜的热导率较高，达到393.6W（m.K），当铜材某处异常高温时，能迅速将热量传导至周围，达到热平衡。从成本考虑，在负载开关的一侧(如输出侧或输入侧)安装测温式电气火灾监控探测器，而无需在负载开关上下两侧都安装。

综上所述，建议在以下低压配电设备处使用测温式电气火灾监控探测器：

（1）低压配电室内的低压进线柜断路器上接口处，3级负荷总开关断路器下接口处，环控1级、2级负荷馈出回路断路器下接口处，以及冷水机组回路断路器下接口处；

（2）环控电控室的进线柜断路器上接口处，3级负荷进线开关断路器下接口处，以及隧道风机(TVF风机)低速回路断路器下接口处。

3.2剩余电流式电气火灾监控探测器

剩余电流式电气火灾监控探测器的主要作用是监测电线、电缆的泄漏电流是否有增大趋势，以判断其绝缘状况是否良好。因此，对其安装位置的选择，建议如下。

(1)在密集母线回路，建议安装剩余电流式电气火灾监控探测器。长距离输送电力的密集母线槽由于是非标组装件，其绝缘材料和组装工艺无法全面保证质量，尤其在接头处的绝缘处理上。多年运行经验表明，大多数密集母线槽的故障都是由于接头处绝缘下降引起，而密集母线槽的接头数量又多，因此，可安装剩余电流监测装置以监测整段密集母线槽绝缘状况，达到对可能出现的故障预警目的。

(2)进线回路和母联回路可不安装剩余电流检测装置。剩余电流检测装置一般是监控馈出电缆的剩余电流状况，总进线开关处可不安装；母联回路一般处于备用状态，也不用安装。

(3)区间隧道水泵供电回路应增加剩余电流检测装置。地铁区间隧道水泵电缆长期通电，且安装环境恶劣，温度高，还存在受化学物侵蚀的可能，其绝缘水平下降快，容易出现绝缘受损、击穿故障，引起火灾。因此，需在区间隧道水泵输出电缆上安装剩余电流检测装置。

(4)站厅、站台总照明回路应增加剩余电流检测装置。因为站厅、站台照明回路点多面广，接头多，且安装工艺不严谨，容易出现绝缘受损、击穿等事故。建筑火灾事故统计表明，发生在建筑物的电气火灾多数是由于插座线路或照明线路过载、老化等引起。因此，实时监测站厅、站台照明回路的绝缘状况显得很有必要。综上所述，可在以下范围使用剩余电流检测装置：低压配电室的3级负荷总开关回路，环控l级、2级、3级负荷馈出密集母线回路，区间水泵供电回路，站厅总照明回路，站台总照明回路，冷水机组回路。

4电气火灾监控系统在地铁使用情况

地铁从二期建设开始就在地下车站使用电气火灾监控系统。车站电气火灾预警系统由电气火灾监控主机、剩余电流式电气火灾监控探测器、蓝牙测温式电气火灾监控探测器、数据采集集中器、现场总线及系统软件等组成，没有使用线型感温火灾探测器。这套电气火灾监控系统用于车站0.4kV低压开关柜室、跟随变电所及环控电控室的重要电气设备温度、剩余电流的监测。

4.1蓝牙测温式电气火灾监控探测器

蓝牙测温式电气火灾监控探测器使用范围是：环控电控室进线柜断路器上下接口处、3级负荷进线开关断路器上下接口处、隧道风机(TVF风机)回路断路器上下接口处、轨道排热风机(U／O风机)回路断路器上下接口处、冷水机组回路断路器上下接口处。探头温度设定为超过60℃报警。深圳地铁使用的测温式电气火灾监控探测器示意图

如图1，说明：①此测温式电气火灾监控探测器具有蓝牙发射功能，与数据采集集中器交换数据；②“温度探头”需连接到断路器A、B、C三相上或下主连接螺栓处，采集A、B、C三相的接口处温度数据；③需为测温式电气火灾监控探测器提供220V电源。

图1 测温式电气火灾监控探测器示意图

4.2剩余电流式电气火灾探测器

剩余电流式电气火灾探测器使用范围：进线回路、3级负荷进线开关回路、TVF风机回路、U/O风机回路、冷水机组回路、照明总回路。剩余电流值设定为超过500mA时报警。

深圳地铁使用的剩余电流式电气火灾探测器示意图如图2。说明：①此剩余电流式电气火灾探测器具有蓝牙发射功能，与数据采集集中器交换数据；②“电流互感器”是用于检测断路器输出负载的A、B、C三相电流情况；使用安装时，需将断路器输出的A、B、C三相负载线路从电流互感器中穿过；③需为剩余电流式电气火灾监控探测器提供220V电源。

图2 剩余电流式电气火灾探测器示意图

5安科瑞电气火灾监控云系统架构和硬件选型

安科瑞电气推出的电气火灾监控云系统采用自主研发的剩余电流互感器、温度传感器和电气火灾探测器、故障电弧探测器和电气防火限流式保护器，对引发电气火灾的主要因素（导线温度、电流、剩余电流、故障电弧等）进行不间断的数据与统计分析，并将发现的各种隐患信息及时推送给学校管理人员，指导学校实现时间的排查和治理，达到潜在电气火灾隐患，实现“防患于未然”的目的。

用户可以利用PC、手机、平板电脑等多种终端实现对平台的访问，查询包括系统信息、实时数据、报记录等在内的各种信息，使用方便。利用该系统为用户提供的低成本服务，能有提升企业的消防管理和电气设备水平，防范重大恶性火灾财产损失、尤其是重大恶性人员伤亡责任的发生。

本系统的整体结构如图所示：

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