城市軌道交通電氣火災(zāi)預(yù)防淺談

遲曉娟

摘要：近年來，隨著國內(nèi)城市軌道交通的迅速發(fā)展，地鐵車站作為地下人員密集場所，電氣火災(zāi)防范至關(guān)重要，本文分析了電氣火災(zāi)的成因，提出了預(yù)防措施，分析了多種電氣火災(zāi)監(jiān)控方案的特點，根據(jù)各地軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控應(yīng)用情況，提出了建議。

關(guān)鍵詞：軌道交通;電氣火災(zāi)剩余電流;測溫;故障電弧

1.地鐵電氣火災(zāi)現(xiàn)狀及成因

1.1地鐵火災(zāi)統(tǒng)計

近年來，隨著我國城市化的的迅猛發(fā)展，城市交通擁擠日漸明顯，為緩解交通擁堵，促進(jìn)城市經(jīng)濟發(fā)展，各地軌道交通工程迅速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2017年12月31日，中國地鐵建設(shè)建成投運總里程為3881.1公里，還有多個城市正在修建地鐵。

地鐵車站絕大部分為地下站，空間相對狹小，且經(jīng)常受到用地限制，出入口數(shù)量有限，火災(zāi)一旦發(fā)生，站內(nèi)人員的疏散及消防救援困難很大，地鐵狹小的運行空間與有限的出入口對防火的要求極高，給人員疏散和消防搶險帶來極高的挑戰(zhàn)。

筆者通過搜集相關(guān)文獻(xiàn)及年鑒，發(fā)現(xiàn)在國內(nèi)外地鐵火災(zāi)中，約37%是電氣火災(zāi)引起的，電氣火災(zāi)是地鐵火災(zāi)成因的最大因素。

1.2電氣火災(zāi)成因

電氣火災(zāi)成因復(fù)雜，其基本原因是導(dǎo)體因各種特殊狀況，導(dǎo)體發(fā)熱至超溫高溫，破壞了阻燃材料，隨著時間延長，熱量積累，最終點燃附近的可燃材料，引起火災(zāi)，甚至蔓延成大面積火災(zāi)。導(dǎo)體發(fā)熱分類有兩種，一是自身的正常發(fā)熱，二是異常的發(fā)熱。自身正常發(fā)熱通常是由于設(shè)備布置不合理，或者環(huán)境溫度過高，造成自身正常熱量無法散發(fā)，熱量累積而引發(fā)火災(zāi)，自身正常發(fā)熱可以通過運營的管理手段解決。

經(jīng)分析，發(fā)生異常發(fā)熱的原因主要有以下幾點。

（1）金屬性短路及過載

線路相間或相對地導(dǎo)體直接且良好接觸，短路電流迅速增大，可至千安級，如果保護(hù)原件動作失敗，發(fā)生短路的點的溫度將明顯升高，導(dǎo)體的絕緣層被破壞至引燃，最終發(fā)生火災(zāi)。線路長期過載，保護(hù)原件無法正常動作，引起絕緣破壞，引發(fā)火災(zāi)。

（2）泄露電流

線路及設(shè)備自身對地存在一定的泄露電流，此為正常泄露電流，當(dāng)線路的絕緣能力下降甚至損壞時，泄露電流增加，達(dá)到一定值時會產(chǎn)生電火花，引發(fā)火災(zāi)。

（3）故障電弧

故障電弧是一種持續(xù)放電的現(xiàn)象，由于電氣元器件兩個電極之間有空氣間隙，正常情況下是絕緣的，當(dāng)絕緣的間隙發(fā)生故障，導(dǎo)通為介質(zhì)，就形成故障電路，電弧的中心溫度高達(dá)5000度～15000度。其發(fā)生原因主要有絕緣損壞或線路接觸不良等。由于故障電弧發(fā)生時，線路及短路接觸面的阻抗較大，故障電流較小，不夠保護(hù)原件的動作值，保護(hù)無法啟動，故障無法切除，電氣火災(zāi)由此發(fā)生。

2.電氣火災(zāi)預(yù)防措施

上文分析中電氣火災(zāi)產(chǎn)生的成因。實際生產(chǎn)中，火災(zāi)往往是多個因素同時作用的結(jié)果，降低電氣火災(zāi)的發(fā)生率應(yīng)從多方面采取措施。以地鐵為例，一是要規(guī)范施工，防止電纜、導(dǎo)線敷設(shè)時因野蠻施工發(fā)生線路絕緣損壞、零線地線接錯等問題;二是加強運營管理，規(guī)范使用用電設(shè)備，嚴(yán)格按照操作規(guī)程，及時對電氣設(shè)備及線路進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng);三是技術(shù)上采取多種保護(hù)和預(yù)防方案，如電氣主回路防護(hù)，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，減少人為因素影響，提高電氣系統(tǒng)自我保護(hù)水平。保護(hù)和預(yù)防方案主要分為兩種，一種是電氣主回路防護(hù)，另一種是電氣火災(zāi)監(jiān)控。

2.1電氣主回路防護(hù)

電氣主回路防護(hù)是正確選導(dǎo)體及用保護(hù)電器，并配置必要的線路保護(hù)。

保護(hù)電氣（斷路器或與熔斷器組合）應(yīng)設(shè)置過負(fù)荷保護(hù)、短路保護(hù)等措施，保證線路在發(fā)生過載甚至短路故障時能及時可靠動作，避免故障擴大甚至引發(fā)火災(zāi)。在保護(hù)動作值的設(shè)置上，要注意上下級之間動作值匹配，防止發(fā)生下級不跳上級動作的事故。

導(dǎo)體截面的選型應(yīng)能夠承載設(shè)備正常的工作電流，同時應(yīng)滿足線路保護(hù)要求，其外層防護(hù)應(yīng)滿足使用環(huán)境要求，根據(jù)設(shè)計規(guī)范合理選擇導(dǎo)線類型。以地鐵為例，因地下空間環(huán)境復(fù)雜，消防設(shè)計要求嚴(yán)格，所以線路及保護(hù)方式的選擇有時存在爭議，需組織審查，嚴(yán)謹(jǐn)選型。

2.2電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要用于電氣火災(zāi)的預(yù)警，通過實時持續(xù)監(jiān)視電氣系統(tǒng)的剩余電流、溫度、故障電弧等，當(dāng)出現(xiàn)非正常值時，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控主機能發(fā)出聲、光、畫圖等報警信號提醒管理人員。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要是由監(jiān)控主機和各級探測器組成，目前主流監(jiān)視探測器有三種：剩余電流式探測器、測溫式探測器、故障電弧式探測器。

（1）剩余電流式探測器

剩余電流檢測根據(jù)基爾霍夫原理設(shè)計，將線路所有的相線及N線（無PE線）同時穿過剩余電流傳感器，線路正常工作時，電流從所有相線流入后全部從N線流回，即電流矢量和為零。當(dāng)線路發(fā)生故障時，一部分電流未從N線返回，則電流矢量和不為零，這個電流矢量和即為剩余電流。剩余電流的報警值的范圍需要根據(jù)線路正常泄露電流情況設(shè)置，一般在20mA～1000mA之間。

（2）測溫式探測器

測溫探測器測量重點發(fā)熱部位的溫度，如接線端子、電纜接頭等。有紅外、光纖、熱電阻等多種測溫方式，熱電阻方式適用于低壓配電系統(tǒng)，紅外、光纖等方式適用于高壓配電裝置。探測器的溫度報警值根據(jù)環(huán)境溫度一般設(shè)置在55℃～140℃范圍。

（3）故障電弧式探測器

故障電弧探測器一般是通過電流、電壓的方法，將采集的電流電壓信號通過數(shù)字分析，判斷是否出現(xiàn)故障電弧。探測器報警信號根據(jù)故障電弧數(shù)量設(shè)置。

3.地鐵應(yīng)用現(xiàn)狀及建議

目前國內(nèi)絕大部分城市地鐵均采用了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。

無錫地鐵1、2號線的地下車站均設(shè)置剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，探測器設(shè)置在400V開關(guān)柜、環(huán)控電控柜內(nèi)及照明配電箱、EPS柜內(nèi)。自2014年投運至今，電氣火災(zāi)監(jiān)控主機多次報警，通過檢查排除了部分系統(tǒng)接線問題，可見剩余電流式故障保護(hù)可以及時檢測到故障，預(yù)防電氣火災(zāi)發(fā)生，同時也可以約束電氣線路的規(guī)范布線。

南京、天津、杭州等城市地鐵采用了測溫式電氣火災(zāi)系統(tǒng)，或與剩余電流式同時采用。由于目前還未投入運營使用，其實際效果需要經(jīng)運營檢驗。

故障電弧式目前尚未在地鐵行業(yè)中應(yīng)用。

根據(jù)無錫及其它城市地鐵電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)使用情況，剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是相對成熟的方案，建議新線繼續(xù)采用剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，同時應(yīng)合理考慮調(diào)整探測器的布點位置。

目前無錫地鐵1、2號線部分站點的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)也存在頻繁報警現(xiàn)象，除線路本身原因，系統(tǒng)的電流檢測裝置也存在誤報，如各系統(tǒng)電機用變頻器、軟啟動器啟動瞬間誤報警，我們也與多個業(yè)內(nèi)專家及主流廠家進(jìn)行交流，廠家的研究方向會致力于解決此問題。

在無錫地鐵1號線南延線、3、4號線設(shè)計過程中，我們將繼續(xù)探討研究，優(yōu)化電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置方式，通過多與廠家、設(shè)計院進(jìn)行交流溝通，多召開交流會，將本系統(tǒng)做好，作為行業(yè)標(biāo)桿供其他城市參考。鑒于電氣火災(zāi)頻發(fā)及消防部門對電氣火災(zāi)預(yù)防的日益重視，同時考慮到測溫式及故障電弧產(chǎn)品有待完善和業(yè)績考驗，建議各地新線可根據(jù)自身情況考慮是否試用。

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（作者單位：無錫地鐵集團(tuán)有限公司）