電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通工程應(yīng)用的分析

羅學玲

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司,天津 300251)

近年來,電氣火災(zāi)事故的發(fā)生率居高不下，人們對電氣火災(zāi)事故的認識和關(guān)注度逐步提高,越來越提醒應(yīng)把“預(yù)防電氣火災(zāi)事故”提上日程,電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計以及應(yīng)用也愈顯重要,并已應(yīng)用到民建、公路、醫(yī)院、學校等各個領(lǐng)域。

1 軌道交通車站供配電系統(tǒng)概述

軌道交通典型地下車站為站廳站臺2層,車站長度在200 m左右,車站面積1 000多m2。根據(jù)其建筑規(guī)模、負荷分布情況設(shè)置1座35/0.4 kV降壓變電所為動力照明負荷供電。降壓變電所設(shè)置在重負荷端[1]，便于電纜線路引入、引出，車站降壓變電所原則上負責整個車站及其兩端各半個區(qū)間的動力照明設(shè)備的供電。此外,在車站的兩端各設(shè)1處0.4 kV環(huán)控電控室,室內(nèi)設(shè)環(huán)控電控柜[2]。地上車站較地下車站供電系統(tǒng)相對簡化,無環(huán)控電控室。

由于車站機電設(shè)備密集、用電負荷很大,動力配電采用放射式為主、樹干式為輔的供電方式,照明配電采用放射式與樹干式相結(jié)合的供電方式[3],變電所出線回路很多,電纜夾層及電纜通道及吊頂內(nèi)的電氣線路密集,容易發(fā)生電氣火災(zāi)。

2 電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備的必要性

城市軌道交通位于城市中心,已成為普通市民交通首選出行方式。車站作為軌道交通的唯一通道,人流集中,一旦發(fā)生電氣火災(zāi)就會引起旅客恐慌,導(dǎo)致更大的人員傷亡及財產(chǎn)損失,還會對軌道交通運營造成嚴重影響。

軌道交通工程中用電設(shè)備主要有空調(diào)系統(tǒng)的冷卻水泵、冷凍水泵和空調(diào)機組,給水、排水泵，消火栓泵和噴淋水泵、高壓汽水霧,送排風系統(tǒng)的送風機和排風、排煙機組,照明系統(tǒng),售票網(wǎng)絡(luò)的終端計算機組,通信、信號系統(tǒng),電子監(jiān)控系統(tǒng)的主機和探頭、扶梯、電梯等,這些用電設(shè)備點多、分散,供電距離較長,供電線路極易發(fā)生漏電而引發(fā)電氣火災(zāi)；并且車站的供電線路一般均采用在吊頂層內(nèi)沿電纜橋架集中無間隙布置,電纜的散熱條件差,增加了供配電線路的火災(zāi)隱患。此外,降壓變電所內(nèi)低壓柜出線回路很多,動力設(shè)備由低壓柜采用放射式供電的回路占總量的80%以上,其回路均需要監(jiān)測狀態(tài)。

軌道交通的安全運行,需要以供電系統(tǒng)的可靠性、安全性和靈活性為基礎(chǔ),對其提出了更高的要求。傳統(tǒng)的斷路器和漏電保護器難以實現(xiàn)智能化的保護功能,無法有效地預(yù)防漏電的發(fā)生,更不能對電氣火災(zāi)進行防范。在消防工作中,傳統(tǒng)的消防配套產(chǎn)品,實際上基本是以“消”為主,即在火災(zāi)發(fā)生后,被動地進行消防聯(lián)動撲救。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是以預(yù)防為主,以消除電氣火災(zāi)隱患為實施準則。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)作為國家認定的消防設(shè)備,經(jīng)過多年在大型公共建筑上的實際應(yīng)用,其電氣火災(zāi)的監(jiān)控功能、效果很明顯,可有效預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。

《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》(GB14287—2005)[4]是第一部真正的防止電氣火災(zāi)的產(chǎn)品標準?！痘馂?zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB50116—2008)[5]、《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》(JGJ16—2008)[6]和《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB50045—95)[7]均將“電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)”列入規(guī)范內(nèi)容之中。隨著技術(shù)發(fā)展和監(jiān)控系統(tǒng)的日益完善,電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)具備設(shè)置條件。在構(gòu)建和諧社會的歷史條件下,軌道交通設(shè)計中應(yīng)用電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)勢在必行。同時,這也是軌道交通設(shè)計中電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)防護發(fā)展的方向。

3 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由執(zhí)行硬件系統(tǒng)和軟件支持系統(tǒng)2部分構(gòu)成,其中硬件系統(tǒng)有檢測剩余電流的互感器、剩余電流探測器、報警器或控制器、終端控制臺(含總線轉(zhuǎn)換器、系統(tǒng)軟件、自動轉(zhuǎn)換開關(guān)、UPS電源等)。見圖1。

圖1 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

4 軌道交通工程電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

4.1 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計理念

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計,是以“預(yù)防勝于救災(zāi)”和“預(yù)防為主、防消結(jié)合”的先進理念和方針為基礎(chǔ)的。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能準確、全天候地監(jiān)測線路中的漏電、電流、溫度等變化。當線路發(fā)生異常時,可迅速發(fā)出報警信號并準確報出故障點,從而把電氣火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài),為有效預(yù)防電氣火災(zāi)提供了全面的解決方案。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)不僅僅是一個點,而是一套完整系統(tǒng)。

4.2 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則

首先對建筑物內(nèi)防火區(qū)域做出合理的布局設(shè)計,確定要保護的范圍和保護對象的火災(zāi)危險性等級；然后根據(jù)保護對象的使用性質(zhì)、火災(zāi)危險性、疏散和撲救難度,分為特級、一級和二級。在特級和一級保護對象中如：火災(zāi)危險性較大、人員密集的場所、特別重要的房間、具有可燃物的庫房需要設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)；在這些區(qū)域或場所,除干線或總配電箱進線處外,在每個具體的供電回路和照明回路上也要設(shè)計電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器,用于監(jiān)視線路和設(shè)備的正常泄漏電流值的變化,及時發(fā)現(xiàn)問題消除隱患。

4.3 地鐵車站電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計范圍

各車站均設(shè)置1套電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng),主機設(shè)置在綜合控制室或消防值班室內(nèi)。車站內(nèi)設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)時,首先應(yīng)對防火區(qū)域做出合理的布局設(shè)計,然后再確定保護區(qū)域的范圍和保護對象火災(zāi)危險性等級。保護對象的順序依照：低壓配電柜、干線電纜、配電箱(包括：照明配電室中一、二級配電箱，設(shè)備房間一級配電箱，二級配電柜)、豎井中電纜、末端的戶箱、用電設(shè)備、照明燈具和應(yīng)急消防設(shè)備等來進行。對特定保護對象,在配電室的低壓柜出線回路、防火區(qū)域照明配電箱進線處以及人員密集保護等級高的公共場所(如站廳、站臺、出入口等)的配電箱內(nèi)總開關(guān)輸出端,應(yīng)設(shè)置電氣火災(zāi)探測器。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)雖然是以預(yù)防為主,但不需在每個配電箱的每個回路都設(shè)置,也不是設(shè)置級數(shù)越多越精確。要按照規(guī)范要求的監(jiān)測點設(shè)置電氣火災(zāi)探測器,實現(xiàn)對本地配電回路漏電電流及電纜溫度的監(jiān)控、尋址、信息處理、控制等功能。綜合考慮項目資金情況,應(yīng)平衡設(shè)置數(shù)量、產(chǎn)品檔次、安全保障等和成本之間的關(guān)系。為此,車站的電氣火災(zāi)探測器主要應(yīng)涉及降壓所低壓柜各回路、采用樹干式供電的一級配電箱(柜)的進線端。

特別需要注意的是：重要線路,包括安防、消防、應(yīng)急電源、通道照明線路以及不允許停電的重要場所,根據(jù)《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》(GB13955—2005)之4.6條規(guī)定[8],都應(yīng)該安裝純報警式剩余電流探測報警器。當系統(tǒng)被檢測出異常情況時,電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能在不切斷電源(不控制脫扣)的情況下發(fā)出警報,通知相關(guān)人員。這樣,既保證了系統(tǒng)的用電安全,又保證了系統(tǒng)供電的不間斷性。

4.4 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品的選擇

電氣火災(zāi)監(jiān)控產(chǎn)品出現(xiàn)在國內(nèi)市場不到10年時間,在《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》(GB14287—2005)頒布實施以后,電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品和應(yīng)用得到了廣泛的發(fā)展。選擇的產(chǎn)品必需通過國家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測。

目前,電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的總線形式?jīng)]有統(tǒng)一標準,采用2總線和CAN總線技術(shù)的較多,而采用CAN總線技術(shù)的較為主流[9]。此類總線價格低,布線簡單,但需注意廠家主機能夠支持的總線長度,一般建議超過2 km。同時為了布線便利,還要注意產(chǎn)品主機支持管理幾條總線,以便布線設(shè)計及施工更簡單。此外,國內(nèi)現(xiàn)在有部分電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)專業(yè)生產(chǎn)廠家已經(jīng)開發(fā)出無線網(wǎng)關(guān)技術(shù),此項技術(shù)可以將幾個不同物理區(qū)域的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng),通過無線技術(shù)聯(lián)接起來而不需要再穿管布線,這樣對于建筑較為分散的車站費用有實用價值,也便于未來的系統(tǒng)拓展。

4.5 軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一管理的分析

目前軌道交通工程中的綜合監(jiān)控系統(tǒng)[10],包括PSCADA系統(tǒng)、FAS系統(tǒng)、BAS系統(tǒng)均按軌道交通全線進行統(tǒng)一管理。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)各車站均設(shè)置一套獨立系統(tǒng),使得站與站之間具備全線統(tǒng)一管理的條件。

全線統(tǒng)一管理方式可分為有線組網(wǎng)方式和無線組網(wǎng)方式。有線組網(wǎng)方式采用雙絞線和光纖作為介質(zhì),具有抗電磁、抗干擾性強、抗高溫和耐腐蝕性抵御惡劣的工作環(huán)境等優(yōu)點,但抗沖擊力差,連接比較困難,技術(shù)要求較高,彎曲半徑不宜太小,一旦出現(xiàn)問題,不易查找；有線組網(wǎng)方式傳輸距離短,需加交換設(shè)備,定期維護成本費高。無線組網(wǎng)方式是一種全新的方式，具有布網(wǎng)便捷,系統(tǒng)能力強等特點,只要在覆蓋區(qū)域范圍內(nèi),所有信息均可以采集,擴展性非常強。但國家對此沒有相應(yīng)的規(guī)范作為依據(jù),產(chǎn)品成熟的廠商少。對于全線統(tǒng)一管理,不論無線還是有線組網(wǎng)方式,站與站之間均要加轉(zhuǎn)換設(shè)備,通過中央控制室的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機,對各站的電氣火災(zāi)監(jiān)控數(shù)據(jù)進行采集、處理,以達到對全線范圍內(nèi)的監(jiān)控目的。

基于投資的原因,目前軌道交通工程的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)采用單獨組網(wǎng)實現(xiàn)全線統(tǒng)一管理的不多,但集成與綜合監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)全線統(tǒng)一管理是一個經(jīng)濟、實用的選擇。

5 電氣火災(zāi)監(jiān)控應(yīng)用的注意事項

要綜合考慮電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的投資與設(shè)置范圍,平衡設(shè)置監(jiān)測點的數(shù)量、產(chǎn)品檔次、安全保障以及投資之間的關(guān)系。一般監(jiān)測點應(yīng)設(shè)置在低壓柜、一級配電箱中,這樣既能保證基本功能,還能節(jié)省設(shè)備投資及布線成本。

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由于跨專業(yè)性強,監(jiān)測數(shù)據(jù)較為精密,且各探測器分布較為分散,這就要求在設(shè)計過程中各個環(huán)節(jié)的接口銜接標識要清晰、完整。在實施過程中選用經(jīng)驗豐富、技術(shù)可靠的公司進行安裝調(diào)試,保證系統(tǒng)在日后運行中的穩(wěn)定性。

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的施工界面應(yīng)明確。目前很多項目由配電箱廠家負責采購及安裝,現(xiàn)場配電箱經(jīng)常由幾個供應(yīng)商分別提供,而電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是一個完整的系統(tǒng),一旦“各自為政”,最終可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)無法調(diào)試或調(diào)試不通。有些項目電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由消防或弱電專業(yè)采購及安裝,系統(tǒng)性以及總線敷設(shè)得到了保障,但是大部分安裝工作需要協(xié)調(diào)配電箱供貨商,而這些具體協(xié)調(diào)工作要涉及到產(chǎn)品選型、型號確認等。如果沒有一個強有力的合同關(guān)系約束,僅通過業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)函溝通,經(jīng)常會出現(xiàn)各類問題,并影響工程工期及質(zhì)量。比較現(xiàn)實有效的方法則是由甲方或總包方牽頭,先制定電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的采購標準,然后將其按清單分配給不同專業(yè)的配電箱供應(yīng)商,同時將總線敷設(shè)以及主機調(diào)試分配給消防、弱電或?qū)I(yè)安裝公司,統(tǒng)一協(xié)調(diào)以保證系統(tǒng)設(shè)計的順利實施。

6 結(jié)語

由于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)具有查找并預(yù)報火災(zāi)事故隱患的功能,所以它在預(yù)防火災(zāi)方面的作用非常有效,電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用到一些已建成的大型建筑物中,發(fā)揮了很好的預(yù)防作用,因此,電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用在軌道交通工程中十分必要。隨著電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)推廣程度的不斷加深,以及系統(tǒng)功能的不斷完善,在其應(yīng)用中應(yīng)統(tǒng)籌考慮投資與系統(tǒng)范圍的關(guān)系。為保證軌道交通工程的安全運行,電氣火災(zāi)系統(tǒng)的應(yīng)用還應(yīng)關(guān)注與其他系統(tǒng)的接口和安裝調(diào)試環(huán)節(jié),更好地發(fā)揮其“以防為主”的作用。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50052—2009 供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社,2010.

[2] 中華人民共和國建設(shè)部.GB50054—95 低壓配電設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社,1995.

[3] 北京城建設(shè)計研究總院.GB50157—2003 地鐵設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社,2003.

[4] 國家標準化管理委員會.GB14287—2005 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)[S].北京：中國標準出版社,2005.

[5] GB50116—2008 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國標準出版社,2008．

[6] JGJ16—2008 民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[7] GB50045—95 高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].2005年版.北京：中國標準出版社,2005.

[8] 中國國家標準化管理委員會.GB13955—2005 剩余電流動作保護裝置安裝和運行[S].中國水利水電出版社,2005.

[9] 國際標準化組織.ISO11898 控制器局域網(wǎng)CAN(controller Are Neywork)[S].日內(nèi)瓦：2003.

[10] 中華人民共和國工業(yè)和信息化部.GB5636—2010 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國標準出版社,2010.