淺談軌道交通電氣火災(zāi)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(zāi)事故頻繁發(fā)生，引起相關(guān)部門高度重視。城市軌道交通車站，屬于人員密集、電氣火災(zāi)易發(fā)生的高危場所，通過設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，以提醒運(yùn)營人員及時(shí)排除電氣故障、消除電氣火災(zāi)隱患，防止電氣火災(zāi)的發(fā)生。目前軌道交通低壓配電系統(tǒng)以設(shè)置剩

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

關(guān)鍵詞：軌道交通；電氣火災(zāi)；漏電報(bào)警

1電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)概述

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)、剩余電流式電氣火災(zāi)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(zāi)監(jiān)控探測器通常設(shè)置在400V低壓開關(guān)柜內(nèi)各分回路饋線側(cè)、大容量通風(fēng)空調(diào)設(shè)備分回路饋線側(cè)、照明配電箱總進(jìn)線側(cè)及EPS進(jìn)線側(cè)等，用以監(jiān)視負(fù)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(jī)；監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)對其各種信號的處理、報(bào)警、控制、顯示、統(tǒng)計(jì)、管理、通信等功能，并將數(shù)據(jù)信息、報(bào)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(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)圖

2漏電故障檢查

（1）漏電報(bào)警現(xiàn)象

沿線車站1和車站2曾出現(xiàn)FAS系統(tǒng)頻繁報(bào)警的情況，F(xiàn)AS系統(tǒng)顯示報(bào)警信號由位于照明配電及控制室內(nèi)的電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)傳來。經(jīng)查閱電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)報(bào)警信息，是由于400V饋線柜上剩余電流式電氣火災(zāi)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(yuǎn)超預(yù)設(shè)報(bào)警值500mA，從而觸發(fā)監(jiān)控探測器聲光報(bào)警動(dòng)作。監(jiān)控探測器再將探測到的信號上傳電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)和FAS主機(jī)。

（2）漏電檢查

為查清漏電流來源，排除漏電監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)量或安裝問題?，F(xiàn)場對400V開關(guān)柜內(nèi)照明總箱分開關(guān)（以下簡稱400V照明總箱分開關(guān)）和照明總箱負(fù)載開關(guān)進(jìn)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(guān)柜照明總箱分開關(guān)和照明電箱負(fù)載開關(guān)前，其漏電流值較大，均超過了報(bào)警值500mA。斷開400V開關(guān)柜照明總箱分開關(guān)和照明電箱負(fù)載開關(guān)后，其漏電流值則很小，幾乎為零。且400V開關(guān)柜照明總箱分開關(guān)和照明電箱負(fù)載開關(guān)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(fù)載開關(guān)所帶設(shè)備或線路產(chǎn)生的，而非漏電監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)量或安裝問題。

3剩余電流產(chǎn)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(chǎn)生的原因。通常，當(dāng)運(yùn)行中的線路發(fā)生電擊事故、設(shè)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(shí)，會產(chǎn)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(yùn)行線路中LA、LB、LC、N電流的矢量和，以此作為依據(jù)，預(yù)判電氣火災(zāi)隱患情況，從而提醒維護(hù)人員及時(shí)采取措施，防止電氣火災(zāi)的發(fā)生。其原理如圖2所示：負(fù)載情況下，各相線電流由電源側(cè)流出，經(jīng)過電流互感器的測量，再流經(jīng)負(fù)載，穿過電流互感器由零線全部返回電源側(cè)，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(cè)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(shè)計(jì)技術(shù)措施》及實(shí)測數(shù)據(jù)可知，電纜泄露電流通常很小，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于預(yù)設(shè)閥值，未達(dá)到系統(tǒng)報(bào)警條件。

（2）故障情況下，如線路電纜絕緣受損時(shí)，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(dāng)I泄+ID大于預(yù)設(shè)閥值，則系統(tǒng)報(bào)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(bào)警的原因除了線路本身存在故障外，還有可能是施工不當(dāng)造成的。下面通過原理圖，并結(jié)合實(shí)際案例，詳細(xì)分析產(chǎn)生剩余電流而觸發(fā)報(bào)警的真實(shí)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(dāng)N線與PE線在M點(diǎn)碰接時(shí)，造成零線重復(fù)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(chǎn)生剩余電流。

（2）如圖3二種情況，屬于零線漏電。當(dāng)零線絕緣劣化、接頭包裹不嚴(yán)時(shí)，導(dǎo)致裸線碰地、碰外殼，部分零線電流直接流入大地，從而產(chǎn)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(cuò)母排），錯(cuò)誤將PE線當(dāng)零線接入，人為造成漏電（如圖3中R負(fù)載情形），也會產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)為Ra虛線部分），由此產(chǎn)生剩余電流。

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

驗(yàn)證方法：

將穿過互感器電纜上端開關(guān)斷開，如果此時(shí)漏電流已經(jīng)消除，確認(rèn)負(fù)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(shí)如漏電流消失，則可確認(rèn)是“N"線被混接；

（5）零線方向穿反產(chǎn)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(yīng)為2倍的三相電流矢量和，由此產(chǎn)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(shí)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(cè)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(dǎo)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(diǎn)接地問題，以及互感器穿線錯(cuò)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(shí)，嚴(yán)格區(qū)分N線和PE線，N線為藍(lán)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(fù)接地。

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

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

（5）應(yīng)嚴(yán)格控制電纜頭的制作工藝，采用絕緣良好、泄露電流小的導(dǎo)線連接方式，并進(jìn)行檢測。

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

5安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

（1）概述

Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數(shù)字化獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，已通過消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)的消防電子產(chǎn)品試驗(yàn)認(rèn)證，并且均通過嚴(yán)格的EMC電磁兼容試驗(yàn)，保證了該系列產(chǎn)品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運(yùn)行，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)并在全國得到廣泛的應(yīng)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(shí)現(xiàn)對電氣火災(zāi)的早期預(yù)防和報(bào)警，當(dāng)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(biāo)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(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享。

（2）應(yīng)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(diǎn)消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域。

（3）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（4）系統(tǒng)功能

監(jiān)控設(shè)備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報(bào)警時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警信號，同時(shí)設(shè)備上紅色“報(bào)警"指示燈亮，顯示屏指示報(bào)警部位及報(bào)警類型，記錄報(bào)警時(shí)間，聲光報(bào)警一直保持，直至按設(shè)備的“復(fù)位"按鈕或觸摸屏的“復(fù)位"按鍵遠(yuǎn)程對探測器實(shí)現(xiàn)復(fù)位。對于聲音報(bào)警信號也可以使用觸摸屏“消聲"按鍵手動(dòng)消除。

當(dāng)被監(jiān)測回路報(bào)警時(shí)，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護(hù)電路或其他設(shè)備，當(dāng)報(bào)警消除后，控制輸出繼電器釋放。

通訊故障報(bào)警：當(dāng)監(jiān)控設(shè)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(shí)，監(jiān)控畫面中相應(yīng)的探測器顯示故障提示，同時(shí)設(shè)備上的黃色“故障"指示燈亮，并發(fā)出故障報(bào)警聲音。電源故障報(bào)警：當(dāng)主電源或備用電源發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報(bào)警信號并顯示故障信息，可進(jìn)入相應(yīng)的界面查看詳細(xì)信息并可解除報(bào)警聲響。

當(dāng)發(fā)生剩余電流、超溫報(bào)警或通訊、電源故障時(shí)，將報(bào)警部位、故障信息、報(bào)警時(shí)間等信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)報(bào)警解除、排除故障時(shí)，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(jié)論

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)使電氣火災(zāi)預(yù)防由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，提高了運(yùn)營維護(hù)效率。為充分發(fā)揮電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在城市軌道交通配電系統(tǒng)中的應(yīng)用效果，結(jié)合案例情況，總結(jié)以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：一是設(shè)施設(shè)備維護(hù)人員應(yīng)熟練電氣火災(zāi)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(zāi)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(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

1. 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50116-2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》

2. 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》

3. 林楚斌.電氣火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用

4. 付朝立.基于泄露電流監(jiān)測的電氣火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在地鐵中的應(yīng)用

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

6. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022.06版.