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摘要：近年来电气火灾时有发生，在电气设计中如何监测漏电电流，先期预报警，避免火灾发生逐渐成为铁路电气设计中必须考虑的重要部分。而电气火灾监控系统很好的解决了这一问题，所以广泛应用于铁路电气设计中。本文以铁路站房设计为例，概述电气火灾监控系统的构成及原理，并结合工程设计阐述具体设计方案，提出电气火灾监控系统在铁路电气设计中的技术要求。
关键词：剩余电流漏电探测器电气火灾监控系统
中图分类号：X928.7文献标识码： A 文章编号：
引言
铁路站房作为铁路设计的关键部分，其投资巨大、设备运行系统复杂、人员密集，一旦发生火灾，特别是在候车厅、售票厅等人员密集场所，虽然能够快速疏导，仍会造成很大损失，对铁路运营造成重大影响。
根据消防局《中国火灾统计年鉴》统计，2007年以来，在发生的火灾中，因电气原因引起的火灾很多，占火灾总数的比例很大，如何使得电气火灾逐年下降，将是当务之际；电气火灾的发生并无明显征兆，依靠传统的人工检修与巡视，很难在在火灾发生之前察觉，电气火灾监控系统起到了关键作用。
电气火灾监控系统，特别是在漏电监控方面属于先期预报警系统，能有效避免火灾的发生。在铁路站房内此系统主要通过对供电线路剩余电流的探测，直观、全面地监测整个建筑供电线路的剩余电流数据，进行剩余电流报警，了解供电线路失电状态等信息，从而及早发现电气老化、潮湿等原因引起的电气火灾隐患，降低火灾发生的风险，由此电气火灾监控系统广泛应用于铁路电气设计中。
本文以京沪高速铁路中间标准站房为例，阐述电气火灾监控系统在铁路站房中的应用。
一、电气火灾监控系统概念
规范GB14287-2005《电气火灾监控系统》中，电气火灾监控系统定义为：当被保护线路中的被探测参数超过报警设定值时，能发出报警信号、控制信号并能指示报警部位的系统。
二、电气火灾监控系统的基本构成
电气火灾监控系统由电气火灾监控设备和电气火灾监控探测器组成，电气火灾监控探测器分为剩余电流式，测温式，线型感温火灾探测器。
站房多选用集散分布的电气火灾监控系统，系统由中央主机、多路系统总线、区域监控单元和现场探测器组成，系统方案为在站房变电所低压配电出线回路上设置现场探测器；在变电所内设置一台多回路监控器对变电所出线回路的所有探测器进行区域集中监控管理；另在站房的消防控制室配置一台中央监控管理主机。系统模型如下：
图1：集散式电气火灾监控系统示意图
电气火灾探测器是用于采集多种电气火灾隐患信息的现场终端器件，一般装于被监控配电回路断路器下方。一般分为漏电型和过流型两种，本项目选用漏电型。
监控单元具有监控报警和通讯故障的历史数据记录、存储，查询等基本主机功能，同时也是连接于系统总线（一级总线）上的一个现场器件。
中央监控主机承担对工程电力系统电气火灾监控的值班管理和事故处理等任务。中央监控主机主要由PC主机、显示屏以及操作打印、中央报警、电源管理等单元组成。本项目选用琴台式主机，设置在消防控制室内。
三、电气火灾监控系统的工作原理
电气火灾监控设备与多个探测器通过二总线构成一个完整的数字化总线通讯系统。电气火灾监控设备通过二总线与探测器连接，通过现场总线向探测器发出巡检命令，接收探测器的状态信息( 报警、故障、供电回路失电、剩余电流数值) ，当电气火灾监控设备监测异常信息时，进行声光报警并显示相应信息和信息类型。电气火灾监控设备还可通过RS232 串行通讯将信息传给图形显示系统，图形显示各种信息，并将信息数据储存在其数据库中，以备日后查询。
四、电气火灾监控系统的应用设计
设计理念及依据
电气火灾监控系统的设计是以“预防胜于救灾”和“预防为主，防消结合”的理念为基础的。以GB50016-2006《建筑设计防火规范》、GB14287-2005《电气火灾监控系统》、GB50116-2008《火灾自动报警系统设计规范》等有关国家标准规范为标准。
2、设计选型
2．1、电气火灾及其原因分析
由于电气方面原因产生火源而引起的火灾，称为电气火灾。电气火灾的直接原因是多方面的，例如接触不良、过载、短路、雷电或静电等都能引起火灾，从电气防火角度看，电气火灾大多数都是因电气工程，电器产品质量以及管理等问题造成的。电气设备质量不高，安装使用不当，保养不良、雷电和静电是造成电气火灾的几个重要原因。目前，从统计的电气火灾事故中，其中约有60%以上电气火灾事故的起因源自电气接地故障中电弧性对地短路，俗称“漏电”。
2． 漏电探测器的选择
本项目仅选择漏电（剩余电流式）探测器是因为发生电气火灾的主要原因是电力系统和设备的带电部分对地漏电产生电弧所引发，虽然温度监控也是探测火灾发生的一种有效手段，但电气火灾监控是承担火灾发生前的预防任务，其反应滞后的物理特性决定了温度监控不适宜作为电气火灾预防的主要手段。
因此，在本项目中，系统通过对站房变电所低压配电出线回路的漏电检测报警，以实现对站房电力线路及电气设备的电气火灾实施预防性监控。
火灾监控系统设备的监测对象及安装位置
监测范围：低压开关柜中所有回路、环控电控柜中除风阀外的所有回路。
安装位置及方法：安装在低压开关柜馈出回路断路器的下方，相线和N线必须一同穿过剩余电流互感器，PE线不能穿过互感器。安装图如下：
图2：现场探测器安装图
电气火灾监控系统的技术要求
4.1.系统结构由二级总线组成，全部为二线制，工程布线采用RVS-2*1.0双绞线。第一级总线为系统总线，用于系统主机与监控器之间的通讯连接；第二级总线为现场总线，用于现场监控器与电气火灾探测器之间的通讯连接。
4.2.系统的总线统一采用RS-485通讯格式配合实时监控软件的自动识别功能，使二级总线具有全兼容的特性。
4.3.主机的功能和性能应符合国标GB 14287.1-2005的规定。此外，为便于值班监控管理，中央主机还应具有以下主要功能：
4.3.1 对所有监控节点具有实时监控报警功能，被监控电力线路和设备的漏电流达到动作阈值时，主机在15 sec.内发出声光报警，并在显示屏上显示有关的报警数据。
4.3.2 对监控系统本身具有故障自动巡检功能，发生系统故障时（如探测器故障、信号总线开路、短路等），在30 sec.内发出区别于监控报警的声光报警信号，并在显示屏上显示有关的故障报警数据。
4.3.3 监控报警具有优先功能，不管在任何监控查询状态，发生监控报警时均能在主机上第一时间报警和显示。当发生多个监控节点的漏电越限报警时，主机应能根据事件发生的先后优先依次报警和显示。这种情况下，即使进行过消音操作，声报警亦应能重复启动，光报警应持续保持。
4.3.4 平时监控状态下，探测器液晶显示屏上应能显示和查询所有监控节点的实时漏电流值（正常情况下为该监控回路和设备的固有泄漏电流），在以监控节点的实际漏电流为基准值时，所顯示的漏电流值误差不应超过±3% 。主机显示屏上的实时漏电流显示范围应不小于20～1200 mA。
4.3.5 主機应具有对漏电监控的预警功能，以提醒运行值班预先警觉，早期排除隐患，避免故障扩大。当现场任一监控节点的实时漏电流值达到设定值的50%时，主机应发出漏电预警的声光信号，其声信号应与监控报警时有明显区别。
4.3.6 主机显示屏应具有图形显示功能，能以监控系统图和监控平面图方式实时显示系统监控状态。当发生任一监控预警、监控报警或故障报警时，在主机发出声光报警信号，以便值班运行迅速发现和判断故障地点位置
4.3.7主机显示屏应具有数据查询功能，数据查询界面应由基本参数和实时参数两部分组成。基本参数至少应包括配电回路监控节点的安装部位、多路出线的回路序号、安装部位中文描述、配电回路主开关热脱扣电流、漏电流报警设定值、脱扣延时值等项内容；实时参数至少应能显示实时漏电流以及报警事件性质等项内容。
4.3.8 主机系统应对监控节点具有漏电报警时的脱扣输出设定功能，即对任一监控节点，系统均应可将其设定为仅报警或报警时输出脱扣信号两种保护方式之一。为满足对配电回路漏电监控分级跳闸保护的动作选择性要求，系统应具有对脱扣输出的延时值设定功能，延时设定范围不宜小于0～10 sec.。
4.3.9主机对监控报警和故障报警事件应具有实时打印事件编号、监控部位、事件性质、报警参数及日期时间等数据的功能。报警事件数据应专门储存，有独立的查询界面，并不可修改，以供故障责任分析之用。
4.4.区域监控单元应具有基本参数和实时监控参数显示、设定和查询功能，并应具有参数越限或监控节点故障时的声光报警功能。
4.5.现场探测器应符合GB 14287.2-2005中的非独立式监控探测器功能和性能要求。此外，尚应满足下列要求：
4.5.1为现场安装接线方便，探测器的剩余电流互感器和信号处理模块应为一体化的结构。
4.5.2考虑探测器的可用性和适用性，其工作电源由系统自身解决，低压柜回路不提供其工作电源。
4.5.3 现场探测器设置脱扣输出信号端子，供需要时用，该端口为无源开关量，输出能力不低于220V（阻性）。
4.5.4 现场探测器为穿心式工作方式，与配电系统一次回路间无电联系。
总结
电气火灾监控系统是一种新型的以预警为特点的实时系统，应用于铁路站房中，能准确监控电气线路的故障和异常状态，发现电气火灾的隐患，及时报警提醒运行管理人员消除这些隐患，对电气火灾进行有效的预防。现场运营使用过程中，要注意对漏电报警阀值进行准确设置，避免漏电探测器发生误报，保证系统装置运行正常。随着研究的深入和工程实践的积累，相信电气火灾监控系统能够更好的发挥作用。
参考文献
《剩余电流动作保护装置的安装和运行》GBl3955—2005
《电气火灾监控系统第l部分：电气火灾监控设备》GBl4287．I一2005
《电气火灾监控系统第2部分：剩余电流式电气火灾监控探测器》GB 14287．2—2005
《工业与民用配电设计手册 (第三版)》 北京：中国电力出版社．中国航空规划设计研究院等编，(2005年)
Enabling rapid wireless system composition through layer-2 discoverySud, S. ；Want, R. ；Pering, T. ；Rosario, B. ；Lyons, KIEEE Network 2008, 22(4)
The Peripheral Value Of Bluetooth Low Energy Wireless TechnologyThomas Embla Bonnerud Wireless Design & Development 2008, 16(11)
Development of Bluewave: A Wireless Protocol for Industrial AutomationGoh, H. L. ；Tan, K. K. ；Huang, S. ；de Silva, C. W. IEEE transactions on industrial informatics 2006, 2(4)
关键词：剩余电流漏电探测器电气火灾监控系统
中图分类号：X928.7文献标识码： A 文章编号：
引言
铁路站房作为铁路设计的关键部分，其投资巨大、设备运行系统复杂、人员密集，一旦发生火灾，特别是在候车厅、售票厅等人员密集场所，虽然能够快速疏导，仍会造成很大损失，对铁路运营造成重大影响。
根据消防局《中国火灾统计年鉴》统计，2007年以来，在发生的火灾中，因电气原因引起的火灾很多，占火灾总数的比例很大，如何使得电气火灾逐年下降，将是当务之际；电气火灾的发生并无明显征兆，依靠传统的人工检修与巡视，很难在在火灾发生之前察觉，电气火灾监控系统起到了关键作用。
电气火灾监控系统，特别是在漏电监控方面属于先期预报警系统，能有效避免火灾的发生。在铁路站房内此系统主要通过对供电线路剩余电流的探测，直观、全面地监测整个建筑供电线路的剩余电流数据，进行剩余电流报警，了解供电线路失电状态等信息，从而及早发现电气老化、潮湿等原因引起的电气火灾隐患，降低火灾发生的风险，由此电气火灾监控系统广泛应用于铁路电气设计中。
本文以京沪高速铁路中间标准站房为例，阐述电气火灾监控系统在铁路站房中的应用。
一、电气火灾监控系统概念
规范GB14287-2005《电气火灾监控系统》中，电气火灾监控系统定义为：当被保护线路中的被探测参数超过报警设定值时，能发出报警信号、控制信号并能指示报警部位的系统。
二、电气火灾监控系统的基本构成
电气火灾监控系统由电气火灾监控设备和电气火灾监控探测器组成，电气火灾监控探测器分为剩余电流式，测温式，线型感温火灾探测器。
站房多选用集散分布的电气火灾监控系统，系统由中央主机、多路系统总线、区域监控单元和现场探测器组成，系统方案为在站房变电所低压配电出线回路上设置现场探测器；在变电所内设置一台多回路监控器对变电所出线回路的所有探测器进行区域集中监控管理；另在站房的消防控制室配置一台中央监控管理主机。系统模型如下：
图1：集散式电气火灾监控系统示意图
电气火灾探测器是用于采集多种电气火灾隐患信息的现场终端器件，一般装于被监控配电回路断路器下方。一般分为漏电型和过流型两种，本项目选用漏电型。
监控单元具有监控报警和通讯故障的历史数据记录、存储，查询等基本主机功能，同时也是连接于系统总线（一级总线）上的一个现场器件。
中央监控主机承担对工程电力系统电气火灾监控的值班管理和事故处理等任务。中央监控主机主要由PC主机、显示屏以及操作打印、中央报警、电源管理等单元组成。本项目选用琴台式主机，设置在消防控制室内。
三、电气火灾监控系统的工作原理
电气火灾监控设备与多个探测器通过二总线构成一个完整的数字化总线通讯系统。电气火灾监控设备通过二总线与探测器连接，通过现场总线向探测器发出巡检命令，接收探测器的状态信息( 报警、故障、供电回路失电、剩余电流数值) ，当电气火灾监控设备监测异常信息时，进行声光报警并显示相应信息和信息类型。电气火灾监控设备还可通过RS232 串行通讯将信息传给图形显示系统，图形显示各种信息，并将信息数据储存在其数据库中，以备日后查询。
四、电气火灾监控系统的应用设计
设计理念及依据
电气火灾监控系统的设计是以“预防胜于救灾”和“预防为主，防消结合”的理念为基础的。以GB50016-2006《建筑设计防火规范》、GB14287-2005《电气火灾监控系统》、GB50116-2008《火灾自动报警系统设计规范》等有关国家标准规范为标准。
2、设计选型
2．1、电气火灾及其原因分析
由于电气方面原因产生火源而引起的火灾，称为电气火灾。电气火灾的直接原因是多方面的，例如接触不良、过载、短路、雷电或静电等都能引起火灾，从电气防火角度看，电气火灾大多数都是因电气工程，电器产品质量以及管理等问题造成的。电气设备质量不高，安装使用不当，保养不良、雷电和静电是造成电气火灾的几个重要原因。目前，从统计的电气火灾事故中，其中约有60%以上电气火灾事故的起因源自电气接地故障中电弧性对地短路，俗称“漏电”。
2． 漏电探测器的选择
本项目仅选择漏电（剩余电流式）探测器是因为发生电气火灾的主要原因是电力系统和设备的带电部分对地漏电产生电弧所引发，虽然温度监控也是探测火灾发生的一种有效手段，但电气火灾监控是承担火灾发生前的预防任务，其反应滞后的物理特性决定了温度监控不适宜作为电气火灾预防的主要手段。
因此，在本项目中，系统通过对站房变电所低压配电出线回路的漏电检测报警，以实现对站房电力线路及电气设备的电气火灾实施预防性监控。
火灾监控系统设备的监测对象及安装位置
监测范围：低压开关柜中所有回路、环控电控柜中除风阀外的所有回路。
安装位置及方法：安装在低压开关柜馈出回路断路器的下方，相线和N线必须一同穿过剩余电流互感器，PE线不能穿过互感器。安装图如下：
图2：现场探测器安装图
电气火灾监控系统的技术要求
4.1.系统结构由二级总线组成，全部为二线制，工程布线采用RVS-2*1.0双绞线。第一级总线为系统总线，用于系统主机与监控器之间的通讯连接；第二级总线为现场总线，用于现场监控器与电气火灾探测器之间的通讯连接。
4.2.系统的总线统一采用RS-485通讯格式配合实时监控软件的自动识别功能，使二级总线具有全兼容的特性。
4.3.主机的功能和性能应符合国标GB 14287.1-2005的规定。此外，为便于值班监控管理，中央主机还应具有以下主要功能：
4.3.1 对所有监控节点具有实时监控报警功能，被监控电力线路和设备的漏电流达到动作阈值时，主机在15 sec.内发出声光报警，并在显示屏上显示有关的报警数据。
4.3.2 对监控系统本身具有故障自动巡检功能，发生系统故障时（如探测器故障、信号总线开路、短路等），在30 sec.内发出区别于监控报警的声光报警信号，并在显示屏上显示有关的故障报警数据。
4.3.3 监控报警具有优先功能，不管在任何监控查询状态，发生监控报警时均能在主机上第一时间报警和显示。当发生多个监控节点的漏电越限报警时，主机应能根据事件发生的先后优先依次报警和显示。这种情况下，即使进行过消音操作，声报警亦应能重复启动，光报警应持续保持。
4.3.4 平时监控状态下，探测器液晶显示屏上应能显示和查询所有监控节点的实时漏电流值（正常情况下为该监控回路和设备的固有泄漏电流），在以监控节点的实际漏电流为基准值时，所顯示的漏电流值误差不应超过±3% 。主机显示屏上的实时漏电流显示范围应不小于20～1200 mA。
4.3.5 主機应具有对漏电监控的预警功能，以提醒运行值班预先警觉，早期排除隐患，避免故障扩大。当现场任一监控节点的实时漏电流值达到设定值的50%时，主机应发出漏电预警的声光信号，其声信号应与监控报警时有明显区别。
4.3.6 主机显示屏应具有图形显示功能，能以监控系统图和监控平面图方式实时显示系统监控状态。当发生任一监控预警、监控报警或故障报警时，在主机发出声光报警信号，以便值班运行迅速发现和判断故障地点位置
4.3.7主机显示屏应具有数据查询功能，数据查询界面应由基本参数和实时参数两部分组成。基本参数至少应包括配电回路监控节点的安装部位、多路出线的回路序号、安装部位中文描述、配电回路主开关热脱扣电流、漏电流报警设定值、脱扣延时值等项内容；实时参数至少应能显示实时漏电流以及报警事件性质等项内容。
4.3.8 主机系统应对监控节点具有漏电报警时的脱扣输出设定功能，即对任一监控节点，系统均应可将其设定为仅报警或报警时输出脱扣信号两种保护方式之一。为满足对配电回路漏电监控分级跳闸保护的动作选择性要求，系统应具有对脱扣输出的延时值设定功能，延时设定范围不宜小于0～10 sec.。
4.3.9主机对监控报警和故障报警事件应具有实时打印事件编号、监控部位、事件性质、报警参数及日期时间等数据的功能。报警事件数据应专门储存，有独立的查询界面，并不可修改，以供故障责任分析之用。
4.4.区域监控单元应具有基本参数和实时监控参数显示、设定和查询功能，并应具有参数越限或监控节点故障时的声光报警功能。
4.5.现场探测器应符合GB 14287.2-2005中的非独立式监控探测器功能和性能要求。此外，尚应满足下列要求：
4.5.1为现场安装接线方便，探测器的剩余电流互感器和信号处理模块应为一体化的结构。
4.5.2考虑探测器的可用性和适用性，其工作电源由系统自身解决，低压柜回路不提供其工作电源。
4.5.3 现场探测器设置脱扣输出信号端子，供需要时用，该端口为无源开关量，输出能力不低于220V（阻性）。
4.5.4 现场探测器为穿心式工作方式，与配电系统一次回路间无电联系。
总结
电气火灾监控系统是一种新型的以预警为特点的实时系统，应用于铁路站房中，能准确监控电气线路的故障和异常状态，发现电气火灾的隐患，及时报警提醒运行管理人员消除这些隐患，对电气火灾进行有效的预防。现场运营使用过程中，要注意对漏电报警阀值进行准确设置，避免漏电探测器发生误报，保证系统装置运行正常。随着研究的深入和工程实践的积累，相信电气火灾监控系统能够更好的发挥作用。
参考文献
《剩余电流动作保护装置的安装和运行》GBl3955—2005
《电气火灾监控系统第l部分：电气火灾监控设备》GBl4287．I一2005
《电气火灾监控系统第2部分：剩余电流式电气火灾监控探测器》GB 14287．2—2005
《工业与民用配电设计手册 (第三版)》 北京：中国电力出版社．中国航空规划设计研究院等编，(2005年)
Enabling rapid wireless system composition through layer-2 discoverySud, S. ；Want, R. ；Pering, T. ；Rosario, B. ；Lyons, KIEEE Network 2008, 22(4)
The Peripheral Value Of Bluetooth Low Energy Wireless TechnologyThomas Embla Bonnerud Wireless Design & Development 2008, 16(11)
Development of Bluewave: A Wireless Protocol for Industrial AutomationGoh, H. L. ；Tan, K. K. ；Huang, S. ；de Silva, C. W. IEEE transactions on industrial informatics 2006, 2(4)