电气火灾监控系统在轨道交通工程中的设计应用分析
马小龙
摘 要：本文通过分析电气火灾监控系统的工作原理，结合地铁供电系统中用电负荷的分布情况。对电气火灾监控系统在地铁供电系统中的应用进行了深入的研究，并提出了电气火灾监控系统在地铁中的设置方式。随着国民经济发展，各大中城市地铁建设正如火如荼。在地铁的设计、建设和运营的过程中，保证安全是重中之重。地铁在城区多为地下线路，其所有设备都为耗电设备，因此地铁供电系统的安全可靠是地铁正常运营的保证。电气火灾监控系统对于地铁供电系统设备线缆的在线监测、电气火灾的早期预防有着重要的作用。本文就对其在地铁供电系统中的设置方式进行深入的分析论证，并得出结论。
关键词：地铁；供电系统；电气火灾监控系统
中图分类号：U231.96 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）03-0173-02
1 引起电气火灾的原因
目前，电气火灾已经成为引起火灾事故的主要诱因。根据公安部消防局的相关统计，电气原因造成的火災占所有火灾诱因的比例高达30%，故在电气相关工程的设计中，应对于电气火灾的防护予以高度的重视。
1.1 电气故障引起电气火灾的几种方式
（1）过载：电气装置负担过重，线缆或开关异常发热导致周围可燃物起火。（2）短路：两个带电导体直接接触使电流在极短的时间内迅速增大，损坏电缆或产生电火花，引燃周围可燃物。（3）雷电：雷电将极高的电压瞬间加载电气线路或电气设备上，使其损坏或失火。（4）过压：电气设备运行电压高于正常电压，如持续时间过长，会导致电气设备中的元件异常发热，引发火灾。（5）泄漏电流：当电缆或电气设备绝缘损坏或者处于潮湿、腐蚀的环境时，电流会从回路中泄漏向大地或附近的导体。如泄漏电流过大，会产生火花放电现象，引燃周围的可燃物和易燃物，而引发火灾。（6）故障电弧：当线缆或接头损坏、电气连接松动，带电导体间产生热积累，最终引燃线缆，点燃周围可燃物。
1.2 泄漏电流的允许值
由于用电设备和线缆的安装环境不同，安装方式各异。对于设备和线缆的泄漏电流进行计算很困难，在设计的过程中，只能根据相关的规范及以往工程实践中积累的经验数据进行估算。一般人体感知的安全电流在30mA以下。故终端用电设备的泄漏电流都应在30mA以下。泄漏电流在300～500mA时，会对临近的导体放电，产生火花。电气火灾监控装置的报警值建议为300～500mA。
2 地铁环境下的供电系统
地铁的供电系统主要分4种电压等级：主变电所进线110kV（66kV）；中压环网35kV；直流系统1500V；配电系统0.4kV。供电系统中的电能传输媒介全部为电缆，电缆多敷设于站台板下夹层、隧道及吊顶中。地铁空间紧张，电缆数量较多，故在电缆敷设的时候很紧密，且转弯半径很小。由于地铁线路多在地下，环境潮湿，且局部地段列车闸瓦制动粉尘较多，电缆敷设环境及隧道区间用电设备使用环境较差。如对设备线缆监控不当，很容易出现火灾事故。
3 电气火灾监控系统在地铁供电系统中的应用
3.1 电气火灾监控系统组成
电气火灾监控系统由监测主机（数据集中监控管理中心）、剩余电流监控探测器、温度监控探测器、通信网络及系统软件组成（见图1）。该系统用于监测低压配电系统中剩余电流相关参数项，由剩余电流监控探测器对数据进行收集管理，并上传至监测主机。当被监视线路中探测参数超过报警设定值时，剩余电流监测探测器和监测主机能同时发出报警信号，并指示报警部位。
本系统利用布置在变电所及配电间的开关柜馈线回路的剩余电流监测探测器进行剩余电流监测（柜内预留安装空间），每个馈出回路均设置剩余电流监控回路，少数回路设置温度探测器，探测器将其探测信号通过总线上传到监测主机。监测主机实现对其各个信号的处理、报警、显示、统计、管理、通信等功能，并将报警信息通过通信接口上传到火灾自动报警系统（FAS）。
剩余电流监测探测器与监测主机之间通过屏蔽双绞线进行通信连接。
3.2 电气火灾监控系统功能
（1）系统监测主机和剩余电流检测探测器应对所辖范围内的所有采集器的报警信号声、光报警，并显示报警位置、采集器的实测值。监测主机具有用户级和管理级权限区分功能。系统应可以调节报警音量大小。
（2）系统监测主机具有与FAS系统的通信功能，通信协议互相开放。
（3）系统设备具备自检功能，能够对主机故障，提供完整的历史档案记录，可随时查询系统的工作状态。系统具有高效的巡检机制，能实时显示报警和正常运行状态。
3.3 电气火灾监控系统在地铁供电系统中的设置方式
在地铁供电系统各种电压等级中，由于110kV和35kV为中高压电压等级，其用电负荷集中，且保护装置完善。故只考虑在0.4kV系统和直流系统中设置电气火灾监控系统。
0.4kV配电系统回路很多，线缆敷设路径复杂，末端用电设备环境较差。直流系统作为地铁车辆安全运营的保障，其供电的安全可靠性也十分重要。故在0.4kV系统及直流系统设置电气火灾监控是非常必要的，对其设置的方式应充分与FAS专业配合。
0.4kV系统末端的用电负荷按性质分主要有动力负荷、照明负荷和电子类负荷。按负荷的用电位置分主要有车站内负荷和区间负荷。根据最新的《火灾自动报警系统设计规范》FAS专业在区间的动力负荷电缆上设置了感温光纤；在车站内部每层电缆托架上设置了感温电缆。对于供电系统各电压等级电缆的正常及故障情况下的温度进行了实时监测。经对各用电负荷的特性分析，及与FAS专业感温线缆设置方式的配合，建议对于0.4kV系统及直流系统电气火灾监控探测器的设置方式如下：
（1）对于0.4kV系统站内的动力、照明及电子类负荷设置剩余电流探测器；由于车站内敷设的电缆，FAS专业只在每层托架上设置了感温电缆。每层电缆较多，且一些电子类的弱电设备用电负荷很小，选取的电缆截面较大，单回路出现端子处接触不良，FAS专业的感温电缆很难发现。即使发现，由于每层托臂线缆很多，也很难确定事故的范围。故建议在局部重要负荷如信号设备室、通信设备室及屏蔽门控制室等加设温度探测器；（2）对于0.4kV系统的区间动力及照明负荷设置剩余电流探测器，动力负荷电缆已由FAS专业设置感温光纤，可进行温度监控，故只在照明负荷加装温度监控探测器。（3）由于直流系统电缆不带铠装，且为单芯电缆，故监测剩余电流很困难，故建议在直流系统的重要回路（如接触网的上网电缆）设置温度探测器，已实现对直流系统电气火灾的监控。
4 结语
建议电气火灾监控系统以每个车站为单位，单独组网，并将实时监测数据上传至FAS的车站级控制盘。在地铁的0.4kV系统及直流系统的馈出线设置剩余电流探测器。在地铁车站中的重要负荷及区间负荷建议设置温度探测器。
参考文献
[1]《电气火灾监控系统》，GB14287-2014.
[2]《火灾自动报警系统设计规范》，GB50116-2013.
[3]《地铁设计规范》，GB50157-2013.
