淺談軌道交通電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)分析措施

周文浩

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定 201801

摘要：近年電氣火災事故頻繁發(fā)生，引起相關部門高度重視。城市軌道交通車站，屬于人員密集、電氣火災易發(fā)生的高危場所，通過設置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，以提醒運營人員及時排除電氣故障、消除電氣火災隱患，防止電氣火災的發(fā)生。目前軌道交通低壓配電系統(tǒng)以設置剩

余式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)為主，但實際使用過程中，存在較多誤報問題。本文以某地城市軌道交通車站為實例，通過對現(xiàn)場線路漏電檢查，從剩余式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)工作原理深入剖析漏電報警原因，并提出相關處置措施。

關鍵詞：軌道交通；電氣火災；漏電報警

1電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)概述

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)由電氣火災監(jiān)控主機、剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器、數(shù)據(jù)傳輸總線及系統(tǒng)軟件等組成。剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器通常設置在400V低壓開關柜內各分回路饋線側、大容量通風空調設備分回路饋線側、照明配電箱總進線側及EPS進線側等，用以監(jiān)視負載漏電情況。監(jiān)控探測器將探測到的剩余電流經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸總線（RS485\CAN）上傳到位于照明配電及控制室的監(jiān)控主機；監(jiān)控主機實現(xiàn)對其各種信號的處理、報警、控制、顯示、統(tǒng)計、管理、通信等功能，并將數(shù)據(jù)信息、報警信息等通過繼電器端子與FAS的輸入模塊連接，再通過FAS系統(tǒng)形成環(huán)網(wǎng)。

圖1?電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)圖

2漏電故障檢查

（1）漏電報警現(xiàn)象

沿線車站1和車站2曾出現(xiàn)FAS系統(tǒng)頻繁報警的情況，F(xiàn)AS系統(tǒng)顯示報警信號由位于照明配電及控制室內的電氣火災監(jiān)控主機傳來。經(jīng)查閱電氣火災監(jiān)控主機報警信息，是由于400V饋線柜上剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器探測到照明總箱饋線回路存在較多剩余電流，且剩余電流值遠超預設報警值500mA，從而觸發(fā)監(jiān)控探測器聲光報警動作。監(jiān)控探測器再將探測到的信號上傳電氣火災監(jiān)控主機和FAS主機。

（2）漏電檢查

為查清漏電流來源，排除漏電監(jiān)測系統(tǒng)質量或安裝問題。現(xiàn)場對400V開關柜內照明總箱分開關（以下簡稱400V照明總箱分開關）和照明總箱負載開關進行檢測。使鉗形萬用表圈住火線、零線，測量電流情況，測量數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1數(shù)據(jù)可知：斷開400V開關柜照明總箱分開關和照明電箱負載開關前，其漏電流值較大，均超過了報警值500mA。斷開400V開關柜照明總箱分開關和照明電箱負載開關后，其漏電流值則很小，幾乎為零。且400V開關柜照明總箱分開關和照明電箱負載開關下的漏電流值幾乎相同。故可以說明漏電流是由照明電箱負載開關所帶設備或線路產生的，而非漏電監(jiān)測系統(tǒng)質量或安裝問題。

3剩余電流產生原因分析

針對上述案例，下面從剩余式電流互感器工作的原理，深入剖析剩余電流產生的原因。通常，當運行中的線路發(fā)生電擊事故、設備漏電、接地故障現(xiàn)象或者其他三相對地電流不平衡的情況時，會產生剩余電流。剩余式電流互感器的工作原理正是通過檢測運行線路中LA、LB、LC、N電流的矢量和，以此作為依據(jù)，預判電氣火災隱患情況，從而提醒維護人員及時采取措施，防止電氣火災的發(fā)生。其原理如圖2所示：負載情況下，各相線電流由電源側流出，經(jīng)過電流互感器的測量，再流經(jīng)負載，穿過電流互感器由零線全部返回電源側，從而形成回路。

圖2?剩余式電流互感器原理圖

(1)正常情況下，各相電流平衡，通過互感器一次側電流相量和等于零。由基爾霍夫電流定律可知：

ΣI=ILA+ILB+ILC+IN=0

由于電纜自身存在泄露電流，所以線路剩余電流為ΣI=ILA+ILB+ILC+IN=I泄參考《全國民用建筑工程設計技術措施》及實測數(shù)據(jù)可知，電纜泄露電流通常很小，且遠遠小于預設閥值，未達到系統(tǒng)報警條件。

（2）故障情況下，如線路電纜絕緣受損時，造成接地短路，若短路電流為ID，則線路剩余電流為：ΣI=ILA+ILB+ILC+IN=I泄+ID。

通常情況下ID較大，當I泄+ID大于預設閥值，則系統(tǒng)報警。根據(jù)剩余式電流互感器的工作原理可知，出現(xiàn)剩余電流繼而觸發(fā)報警的原因除了線路本身存在故障外，還有可能是施工不當造成的。下面通過原理圖，并結合實際案例，詳細分析產生剩余電流而觸發(fā)報警的真實原因，以便有針對性的采取措施。

（1）如圖3一種情況，屬于N線與PE線短路。當N線與PE線在M點碰接時，造成零線重復接地，部分零線電流被PE線分流，無法全部經(jīng)互感器返回，由此將產生剩余電流。

（2）如圖3二種情況，屬于零線漏電。當零線絕緣劣化、接頭包裹不嚴時，導致裸線碰地、碰外殼，部分零線電流直接流入大地，從而產生剩余電流。

（3）如圖3三種情況，屬于施工中將N線與PE線混用（或搭錯母排），錯誤將PE線當零線接入，人為造成漏電（如圖3中R負載情形），也會產生剩余電流。

圖3?配電系統(tǒng)中不同情況下剩余電流原理圖

（4）不同配電箱零線混接產生的剩余電流

①不同配電箱出線的零線跨區(qū)混用，如圖4中Ra借用B區(qū)的N線，而未經(jīng)A區(qū)N線和互感器返回（正常接線應為Ra虛線部分），由此產生剩余電流。

②不同配電箱的出線零線并接，如圖4中H點與G點短接，或通過其他途徑間接搭接，導致A、B兩區(qū)的三相電流均不平衡，由此產生剩余電流。

驗證方法：

將穿過互感器電纜上端開關斷開，如果此時漏電流已經(jīng)消除，確認負載處存在問題；如漏電流仍然存在，將穿過互感器的“N"線斷開，此時如漏電流消失，則可確認是“N"線被混接；

（5）零線方向穿反產生剩余電流：

如圖5所示。在剩余電流互感器中，零線方向穿反，線路的電流矢量和應為2倍的三相電流矢量和，由此產生剩余電流。

圖4?不同配電箱零線混接剩余電流原理圖

圖5?互感器零線反穿時剩余電流原理圖

4減少剩余電流的措施

通過上述分析，出現(xiàn)剩余電流的根本原因是從電源側流出的電流沒有按照既定的回路返回，具體表現(xiàn)為線路破損導致的漏電、N線和PE線混用或短路、不同配電箱零線混用等配電系統(tǒng)多點接地問題，以及互感器穿線錯誤等施工安裝接線的問題。因此，針對上述情況，提出以下措施限制和降低車站配電系統(tǒng)的剩余電流：

（1）剩余電流互感器安裝時，嚴格區(qū)分N線和PE線，N線為藍色，PE線為黃色,不隨意搞混和亂接。

（2）不得將N線作為PE線使用，不得重復接地。

（3）N線穿入電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的電流互感器，且接線方向應與相線一致，不得反接。

（4）PE線嚴禁穿過電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)剩余電流互感器。

（5）應嚴格控制電纜頭的制作工藝，采用絕緣良好、泄露電流小的導線連接方式，并進行檢測。

（6）配電系統(tǒng)包括設備、管線等安裝到位后，未接通電源前，應對回路絕緣性能進行測試，并核實PE、N線的接線。

5安科瑞電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

（1）概述

Acre1-6000電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數(shù)字化獨立運行的系統(tǒng)，已通過消防電子產品質量監(jiān)督檢驗的消防電子產品試驗認證，并且均通過嚴格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運行，現(xiàn)均已批量生產并在全國得到廣泛的應用。該系統(tǒng)通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監(jiān)視，實現(xiàn)對電氣火災的早期預防和報警，當必要時還能聯(lián)動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(jù)用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺或火災自動報警系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)交換和共享。

（2）應用場合

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、重點消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領域。

（3）系統(tǒng)結構

（4）系統(tǒng)功能

監(jiān)控設備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發(fā)出聲、光報警信號，同時設備上紅色“報警"指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間，聲光報警一直保持，直至按設備的“復位"按鈕或觸摸屏的“復位"按鍵遠程對探測器實現(xiàn)復位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲"按鍵手動消除。

當被監(jiān)測回路報警時，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設備，當報警消除后，控制輸出繼電器釋放。

通訊故障報警：當監(jiān)控設備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障或探測器本身發(fā)生故障時，監(jiān)控畫面中相應的探測器顯示故障提示，同時設備上的黃色“故障"指示燈亮，并發(fā)出故障報警聲音。電源故障報警：當主電源或備用電源發(fā)生故障時，監(jiān)控設備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。

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

（5）配置方案

6結論

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)使電氣火災預防由被動變?yōu)橹鲃?，提高了運營維護效率。為充分發(fā)揮電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在城市軌道交通配電系統(tǒng)中的應用效果，結合案例情況，總結以下幾點注意事項：一是設施設備維護人員應熟練電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)原理和剩余式電流工作原理；二是安裝人員需要正確安裝電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)；三是線路施工人員需要保證線路施工的工藝質量。

參考文獻

1. 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.GB50116-2013《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》

2. 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.GB50054-2011《低壓配電設計規(guī)范》

3. 林楚斌.電氣火災監(jiān)測系統(tǒng)在城市軌道交通中的應用

4. 付朝立.基于泄露電流監(jiān)測的電氣火災報警系統(tǒng)在地鐵中的應用

5. 韋寒蒼.姚明陽.軌道交通電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)報警分析與處置措施

6. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.06版.