電氣火災監控系統在某奧體中心中的應用與創新

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司　上海嘉定　201801

0　引言

電氣火災監控系統從投入市場的那一天起，就受到了各界的廣泛關注。因為在我國電氣火災發生的數量長時間以來居高不下，已經是一個影響我國國民經濟發展的一個不容忽視的嚴重問題。在消防監督部門的大力支持下，在科研部門和生產廠家的不懈努力下，經過近十年的發展，電氣火災監控設備已逐漸走進了用戶，發揮了越來越大的作用，并逐步取得了相關部門和社會的認可。

1　項目簡介 

本項目奧體中心主要由體育場、體育館、游泳館、網球中心、中心商業區及地下車庫組成，總建筑面積約36萬m2，建成后將成為標志性建筑及新城區內大規模商業娛樂綜合體。由于奧體中心內人員密集，安防、消防設備供電可靠，地防止電氣火災的發生，保證廣大觀眾和運動員的安全。奧體中心網球中心可以容納運動員、觀眾和工作人員多達3萬人。場地為雙路高壓供電，一路高壓接入華北電管局的華北電網，另一路接入北京地區高壓電網，除此以外還備有自發電裝置。

場地的用電包括兩個方面：照明和動力。照明用電主要是場地的燈光照明，采用新一代電光源，照度高、功率大，設備的數量多。動力用電主要是冷卻塔、中央空調、風機、排污泵和大型電動器具等。

網球項目是露天比賽，占地面積大，用電設備分散。總配電室位于中心賽場北側100m處，距離zui遠端的配電柜有1000m。

配電系統為TN-C-S系統，為三相五線制、四級結構，用電末端安裝帶漏電單相雙空氣開關，在二級、三級開關上均安裝漏電探頭，以此計算，共需要漏電探頭228個，通信zui遠距離為1000米，是一個中等規模的電氣火災報警系統。在二級、三級空氣斷路器的下端安裝閉合式漏電探頭，沒有設計安裝電流探頭。二級開關采用額定電流200A的空氣斷路器，三級開關均為額定電流100A的空氣斷路器。為了配合這種配置情況，在200A的下端采用的是50mm2導線，設計采用直徑100mm穿線孔徑的漏電探頭可以保證四根導線的順利穿過。在100A開關的下端采用25mm2導線，采用直徑為48mm穿線孔徑的漏電探頭可以保證四根導線的順利穿過。

二級開關處的漏電額定報警值為400mA，設定的報警延時時間為3秒；在三級開關處的漏電額定報警值設定為200mA，設定的報警延時時間為1秒。

2　電氣火災監控系統的設計

Acrel-6000電氣火災監控系統由漏電（包括電流）探頭、探測控制器和監控設備三部分組成。探測控制器與漏電（電流）探頭需配套使用。所有需要監控的電路分支點均安裝，探測控制器均并聯于二總線上，監控設備由一臺工業控制用PC機及外圍設備組成。

管理軟件能實時動態地顯示各個監控點的工作情況，值班人員在控制中心通過觀察計算機屏幕就可以了解所有監控點的工作情況。監控設備具有龐大的數據庫，能夠存儲配電系統產生的所有情況記錄，便于有關人員查詢和分析。

2.1系統組成

Acrel-6000剩余電流式電氣火災監控系統采用分層分布式結構，由站控管理層、網絡通訊層和現場設備層組成。系統拓撲圖如下圖所示：各電氣火災監控探測器通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協議總線型連接接入通訊服務器，然后通過五類線TCP/TP協議進入監控主機。如下圖所示：

1）現場設備層主要是連接網絡中用于漏電及溫度信號采集測量的各類型的儀表和保護裝置等，也是構建該監控系統必要的基本組成元素。不僅肩負著采集數據的重任，同時也是執行后臺控制命令的終端元件

2）通訊控制層主要是由通訊服務器、接口轉換器件及總線網絡等組成。該層是數據信息交換的橋梁，不同的接口轉換器件提供了RS232、RS422、RS485、SPABUS等及以太網等各種接口，組網方式靈活，支持點對點的通訊、現場總線網絡、以太網等類型的組態網絡。通訊服務器主要用于直接對現場儀器儀表轉達上位機的各種控制命令，并負責對現場儀器儀表回送的數據信息進行采集、分類和存儲等工作；接口轉換器件則是由于現場儀表或其它系列的裝置與上位機的通訊接口存在差異，需要進行轉換方可進行數據交換。

3）管理測控層是針對監控網絡的管理人員。該層直接面向用戶。該層也是系統的zui上層部分，主要是由電氣火災監控系統軟件和必要的硬件設備如計算機、人機界面、打印機、UPS等。其中軟件部分具有良好的人機交互界面，通過數據傳輸協議讀取前置機采集的現場各類數據信息，自動經過計算處理，以圖形、數顯、聲音等方式反映現場的運行狀況，并可接受管理人員的操作命令，實時發送并檢測操作的執行狀況，以保證供用電單位的正常工作。

2.2 工作原理

其基本原理是，當電氣設備中的漏電流、溫度等參數發生異常或突變時，終端探測頭(如剩余電流互感器、溫度傳感器等)利用電磁場感應原理、溫度效應的變化對該信息進行采集，并輸送到監控探測器里，經放大、A/D轉換、CPU對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設定值進行比較，一旦超出設定值則發出報警信號，同時也輸送到監控設備中，再經監控設備進一步識別、判定，當確認可能會發生火災時，監控主機發出火災報警信號，點亮報警指示燈，發出報警音響，同時在液晶顯示屏上顯示火災報警等信息。值班人員則根據以上顯示的信息，迅速到事故現場進行檢查處理，并將報警信息發送到集中控制臺。

3　典型組網方案

（a）大型建筑群組網方案

大型建筑群，樓層高，多棟樓體分散。采用Acrel-6000/Q電氣火災監控設備+ACREL6000/B電氣火災監控設備+電氣火災監控探測器三層結構組網模式，便于區域化管理，采用RS-485網絡通信，以太網通信，以太網通信，滿足了通信實時性高的要求。

（b）大型單體建筑組網方案

大型單體建筑，采用Acrel-6000/Q電氣火災監控設備+電氣火災監控探測器兩層建構組網模式，檢測管理功能，性價比高，采用RS-485網絡，通信介質采用屏蔽雙絞線，滿足了通信實時性高的要求。

（c）中型建筑組網方案

中型單體建筑，采用Acrel-6000/B電氣火災監控設備+電氣火災監控探測器兩層結構組網模式，造價經濟，性價比高，采用RS-485網絡，滿足了通信實時性高的要求。

（d）小型建筑電氣火災監控系統

小型建筑，采用Acrel-6000/B電氣火災監控設備進行監控，造價經濟，性價比高。

4　設備清單

5　使用電氣火災監控系統時常見問題的解決方法

(1)正常漏電和故障漏電

由于供電線路和用電設備中存在著分布電感和分布電容，交流電流通過這些分布電感、電容時就會形成漏電電流，但這是正常的漏電電流，無法避免。故障漏電則與正常漏電截然不同，它是由于設備中的絕緣損壞使火線和地（外殼）之間部分或全部短路造成的，是一種嚴重的故障現象，是可能造成電氣火災的重要原因，也是我們要竭力避免的，即使不能避免也應迅速報警以便及時進行處理，這樣才能減少或防止發生電氣火災的危險。

正常漏電電流是穩定的、基本不變的，因為分布電感、分布電容是基本不變的。故障漏電是因絕緣損壞而造成的，隨著時間的推移絕緣損壞將進一步嚴重，絕緣電阻逐漸下降，故障漏電電流會逐漸加大，這是正常漏電和故障漏電的zui大區別。

根據這兩種電流變化的區別，在大量測得數據的基礎上建立了電流變化的數學模型，根據這種數學模型進行控制軟件的編制，并在實際應用中取得較好的效果，使誤報警數量得以減少。

(2)雙路電源供電中PE線共接和N線共接造成的漏電誤報警

在雙路電源供電系統里，雙路的PE線和N線都要分別接在一起，這導致雙路供電的系統會發生一種特殊的漏電現象。當其中的一個回路已經停止供電時，其漏電監控設備會顯示該回路有漏電電流，用鉗型電流表測量該回路的N線電流時，發現確有電流存在。該回路開關已經斷開，A、B、C三相沒有電流，所以N線的電流會使漏電探測器誤認為存在漏電流。究其原因，是因為雙路電源供電的兩條N線是直接連接在一起的，即使一路電源停電，但是另一路還在供電，其N線中存在電流時，會流入另一路的N線中，導致停電回路N線還有電流存在，它將導致停電回路漏電流值超過報警設定值，使電氣火災監控設備報警，但實際上這是個誤報警。

在沒有安裝電氣火災監控設備的供電系統中是沒有任何問題的,但是在安裝了電氣火災監控設備的供電系統中這個問題就會很突出,為了解決這個問題我們提出以下辦法:

因為兩路供電的N線要接在一起，所以切換開關一定要采用4開關，在切換時要使N線與A、B、C三相火線同時切換，可以保證備用供電系統中的N線與另一路正在使用的供電系統的N線*分離，這個問題也就迎刃而解了。

(3)電磁干擾

電氣火災監控系統工作在強電系統，能否抵抗強電磁場的干擾是穩定可靠工作的前提。據實地測量，電氣火災監控系統安裝地點具有以下特點：50Hz工頻電磁場的強度很大，影響也zui大，部分場合還有諧波及高頻電磁波的干擾，是供電系統中的非線性設備和附近的手機轉發器等高頻設備產生的。

采取把信號懸浮的方法，雙端輸入、雙端輸出，傳輸信號用的二總線采用雙絞線，可以避免50Hz交流電磁場的干擾。

對于諧波和高頻電磁波的干擾，采用的是“屏蔽”加“濾波”的方法。因為高頻干擾是外部干擾，所以首先要做好“屏蔽”，使干擾信號不能進入電路內部；對于沿供電電源線路進入內部的諧波干擾，采取在電源進線上增加多節多頻譜濾波器的辦法予以濾除。

參考文獻：

[1]安科瑞電氣股份有限公司產品手冊2013.1版.

[2] 北京海博智恒電氣防火科技有限公司產品手冊.

作者簡介：

徐霜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為電氣火災監控，: 2880157857