消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)的重要性與應(yīng)用

王心定， 張 祥， 趙孔壯， 張 玥

(1中國建筑西北設(shè)計研究院有限公司，西安710018；2安科瑞電氣股份有限公司，上海201801)

根據(jù)公安部2017～1至10月全國火災(zāi)統(tǒng)計數(shù)據(jù):全國共接報火災(zāi)21.9萬起，亡1065人，傷679人，已核直接財產(chǎn)損失26.2億元，與去年同期相比，分別下降21.3%、17.7%、29.9%和24.7%。其中，發(fā)生較大火災(zāi)50起，比去年同期減少7起，下降12.3%；發(fā)生重大火災(zāi)3起，去年同期未發(fā)生特別重大火災(zāi)。由數(shù)據(jù)可知，較上一年度，火災(zāi)發(fā)生率有所下降、火災(zāi)發(fā)生后人民生命財產(chǎn)損失下降，這些很大程度上得益于國家政府對消防監(jiān)管的加強、科技的創(chuàng)新與投入，以及消防設(shè)備設(shè)施的正常布局與應(yīng)用。

雖然在建筑的設(shè)計建設(shè)初期就對建構(gòu)筑物設(shè)置了火災(zāi)前與火災(zāi)中的各類報警與滅火設(shè)備設(shè)施，但在真正發(fā)生火災(zāi)時，依然給社會造成了生命和財產(chǎn)的損失，其中有很多案例是因為消防設(shè)備設(shè)施長期處于未供電狀態(tài)，或者處于半癱瘓供電狀態(tài)運行，發(fā)生火災(zāi)不能投入運行，或者運行幾分鐘內(nèi)出現(xiàn)故障而終止運行，使得初期設(shè)置的防火滅火設(shè)施形同虛設(shè)。現(xiàn)代建筑中有針對性的消防子系統(tǒng)種類繁多，在建筑物內(nèi)的分布分散，老舊的人力值班簽到檢查電源的工作狀態(tài)，不僅耗費人力財力，而且數(shù)據(jù)不能體現(xiàn)消防設(shè)備電源真正的狀態(tài)，可靠性低。因此，針對消防設(shè)備設(shè)施種類繁多而不能統(tǒng)一有效監(jiān)管的問題，引入了消防設(shè)備電源監(jiān)測系統(tǒng)，從而更加集中、智能、全方位地對各類消防設(shè)備電源進行不間斷監(jiān)測，間接性保障了消防設(shè)備設(shè)施的正常運行。

1 消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)

1.1 GB 25506-2010《消防控制室通用技術(shù)要求》

該標準在2011年7月1日實施，規(guī)定消防控制室內(nèi)必須安裝消防設(shè)備電源監(jiān)控器，同時消防設(shè)備電源應(yīng)能顯示被檢測消防用電設(shè)備的供電主電源與備用電源的工作狀態(tài)和故障報警信息，并可將信息上傳給消防控制室圖形顯示裝置。

1.2 GB 28184-2011《消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)》

該標準于2012年8月1日實施，針對消防電源監(jiān)控系統(tǒng)做出明確規(guī)定，消防電源監(jiān)控系統(tǒng)是“用于監(jiān)控消防設(shè)備電源的工作狀態(tài)，在電源發(fā)生過壓、欠壓、過流、缺相等故障時能發(fā)出警報的監(jiān)控系統(tǒng)，由消防設(shè)備電源狀態(tài)監(jiān)控器、電壓傳感器、電流傳感器、電壓/電流傳感器等部分或者全部設(shè)備組成”，并強制規(guī)定了消防電源監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能、試驗和檢驗規(guī)則等內(nèi)容。可歸納為以下幾點。

(1)監(jiān)控器的供電電源技術(shù)要求

額定工作電壓AC 220V(85%～110%)；備用電源:主電源欠壓或停電時，維持監(jiān)控設(shè)備工作時間≥8h。

(2)系統(tǒng)故障技術(shù)要求

主程序故障，程序不能正常運行:系統(tǒng)故障響應(yīng)時間≤10s；系統(tǒng)故障聲壓級(1 m處)≥65dB(A)，≤115 dB(A)；系統(tǒng)故障光顯示:黃色LED指示燈，黃色光故障報警信號應(yīng)保持，直至手動復(fù)位；系統(tǒng)故障聲信號:可手動消除，當再次有故障信號輸入時，能再次啟動。

(3)其他故障技術(shù)參數(shù)要求

1)狀態(tài)監(jiān)控器與傳感器之間的通訊連接線發(fā)生斷路或短路。

2)狀態(tài)監(jiān)控器主電源欠壓或斷電。

3)給電池充電的充電器與電池之間的連接線發(fā)生斷路或短路。

4)電壓故障(欠壓、過壓、錯相):故障單元屬性(部位、類型)。

5)電流故障(過流):故障單元屬性(部位、類型)。故障響應(yīng)時間:≤100s；監(jiān)控聲壓級(1m處):≥65dB(A)，≤115 dB(A)；監(jiān)控故障光顯示:黃色LED指示燈，黃色光報警信號應(yīng)保持至故障排除；其他故障聲信號:可手動消除，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動；故障期間，非故障回路的正常工作不受影響。

(4)自檢功能技術(shù)要求:指示燈檢查:運行、電源、消音、系統(tǒng)故障、其他故障指示燈；顯示屏檢查；音響器件檢查；自檢耗時≤60s。

(5)事件記錄技術(shù)要求:記錄內(nèi)容:記錄類型、發(fā)生時間、傳感器編號、區(qū)域、故障描述，可存儲記錄≥2萬條；記錄查詢:根據(jù)記錄的日期、類型等條件查詢。

(6)操作分級技術(shù)要求:日常值班級:實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢；監(jiān)控操作級:實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、傳感器遠程復(fù)位、設(shè)備自檢；系統(tǒng)管理級:實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、傳感器遠程復(fù)位、設(shè)備自檢，消防設(shè)備電源狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)查詢、消防設(shè)備電源狀態(tài)監(jiān)控器各模塊單獨檢測、操作員添加與刪除。

1.3 10CX504國標圖集《消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)》

主要對現(xiàn)場消防設(shè)備電源關(guān)鍵監(jiān)測點、系統(tǒng)的組網(wǎng)、各類建筑的不同配置方案等做了圖例參考，以便于在實際中更好地應(yīng)用。

2 消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)與產(chǎn)品

2.1 系統(tǒng)的組成

在建構(gòu)筑物內(nèi)的大部分重要的消防設(shè)施距消防中心較遠，如噴淋泵、消火栓泵、排煙風(fēng)機，而這些又是火災(zāi)時最重要的排煙滅火設(shè)施，這就需要利用傳感器對這些設(shè)備的電源狀態(tài)進行有效地監(jiān)控，通過傳感器實時監(jiān)測這些消防設(shè)備的電壓、電流狀態(tài)，并將采集到的信息回傳給消防設(shè)備電源監(jiān)控主機，并對設(shè)備的故障類型(過壓、欠壓、過流等)進行報警。根據(jù)現(xiàn)場消防設(shè)備的多樣性，消防設(shè)備的供電又分為單相、三相，電壓、電流檢測。因此傳感器應(yīng)可采集以上電源類型，并通過RS485或二總線的通訊方式，將采集到的信息傳給消防控制室，以便消防控制室值班人員統(tǒng)一管理。有效構(gòu)成一個完整的消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)。

2.1.1 消防設(shè)備電源監(jiān)控器

監(jiān)控器可采用入柜式或壁掛式的安裝方式，一般安裝在消防控制室，若現(xiàn)場無消防控制室，可安裝在有人值班的配電房或值班室內(nèi)。監(jiān)控器所監(jiān)測的消防設(shè)備供電電電源的運行狀態(tài)、故障信息、位置信息、電壓電流等參數(shù)進行數(shù)據(jù)的跟蹤采集、存儲、分析。通過人機交互界面，將消防設(shè)備電源的數(shù)據(jù)信息匯總顯示，同時發(fā)出聲光等提示，方便控制室值班人員進行管理和監(jiān)控。為了方便查詢記錄，還應(yīng)具有打印等功能，對打印的資料進行存檔保護。監(jiān)控主機可針對不同類型的監(jiān)測電源設(shè)置不同的預(yù)警閾值。監(jiān)控器還應(yīng)設(shè)置明顯的面板指示燈，對于故障、報警、消音等不同的信息，應(yīng)有不同的指示燈顯示，方便與值班人員直觀的對主機監(jiān)控的狀態(tài)進行實時掌握。對于監(jiān)控器的操作權(quán)限也應(yīng)該分級設(shè)置，以免非專業(yè)人員對其誤操作，造成系統(tǒng)狀態(tài)的故障。

2.1.2 電壓、電流傳感器(監(jiān)測模塊)

由于現(xiàn)場消防設(shè)備的電源狀態(tài)不同，可通過選擇不同的傳感器對不同的消防供電設(shè)備進行檢測。傳感器一般可分為以下幾種。

(1)兩路三相交流電壓檢測傳感器:多用于檢測進線的主備電源狀態(tài)，一般用在風(fēng)機、泵類等設(shè)備末端電源箱的進線端(即ATS雙切開關(guān)前端)。

(2)一路三相交流電壓和一路三相交流電流檢測傳感器:多用于檢測回路的電壓和電流狀態(tài)，一般用在ATS雙切開關(guān)前端或者重要風(fēng)機、泵類回路的出線端。

(3)多路單相交流電壓和電流檢測傳感器:多用于檢測出線回路的電壓和電流狀態(tài)，一般用應(yīng)急照明出線回路。

2.1.3 區(qū)域分機

若現(xiàn)場樓層比較多，距離比較遠，現(xiàn)場傳感器會出現(xiàn)信號衰弱和諸多通訊故障問題。對于此類系統(tǒng)，當距離較遠，而且遠距離建筑物內(nèi)所包含的點位較多時，宜采用增加區(qū)域分機，增加通信距離同時，也增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，解決了由于距離遠或者分布比較散而引起的信號輸出衰弱的問題。

2.2 傳感器選型

傳感器一般設(shè)置在最末一級配電箱的自動切換裝置雙電源的進線處，主要檢測消防用電設(shè)備的主備電源。傳感器的選型可參照下表1。

表1 傳感器監(jiān)控的消防設(shè)施[3]

3 消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

10CX504《消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)》中，為各類建筑提供了比較詳盡的參考圖例與設(shè)計思路。圖1是最初設(shè)計時選用的通訊為RS485通訊，還需要專門提供一路DC 24V直流電源供電。近些年隨著技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，越來越多的設(shè)備廠商對其進行了優(yōu)化與更改，采用二總線通訊，如圖2所示，二總線設(shè)備不僅節(jié)約了材料和施工成本，而且系統(tǒng)所載的點位數(shù)目更多、通信距離更遠，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也隨之提高。

圖2 消防設(shè)備電源RS485通訊系統(tǒng)圖

3.1 施工要求

(1)消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)主機應(yīng)安裝在消防控制室，未設(shè)消防控制室時，應(yīng)設(shè)置在有人值班的場所。監(jiān)控器的主電應(yīng)引自消防回路，監(jiān)控器自備備用電源。監(jiān)控器與傳感器之間、傳感器與傳感器之間采用RS485或二總線進行通訊連接。

(2)傳感器一般需要單獨配置專用的配電箱，安裝在被檢測的消防供電設(shè)備附近，特殊情況下，可直接安裝在消防配電箱內(nèi)，并在傳感器模塊安裝附近有清晰的紅色標識，但嚴禁傳感器跨柜監(jiān)測。

(3)傳感器安裝前，應(yīng)先檢查設(shè)備是否完整，零部件有無缺失，并上電測試。對傳感器模塊進行相應(yīng)比例的抽檢，查看型號名稱是否一致，有無破損件。

(4)當監(jiān)測設(shè)備與現(xiàn)場最遠的傳感器之間的距離＞500m時，對于RS485通訊的設(shè)備:一般在總線末端并接匹配電阻，提高回路的通訊質(zhì)量。對于二總線的主機設(shè)備可以采用增加區(qū)域分機進行配置。

(5)監(jiān)控主機與傳感器之間的通信線選型應(yīng)符合國家相應(yīng)規(guī)范。監(jiān)控主機電源線宜采用阻燃或者耐火的3×2.5mm2電纜，監(jiān)控主機與傳感器之間的通信線線徑宜采用阻燃或者耐火的2×2.5mm2屏蔽雙絞線，對于二總線通訊的聯(lián)網(wǎng)分機，CAN總線的選擇應(yīng)注意考慮傳輸距離產(chǎn)生的壓降，宜采用2×2.5mm2阻燃或者耐火屏蔽雙絞線。具體線纜選型應(yīng)按照建筑物實際的設(shè)計要求，確定線纜的耐火等級。

(6)消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置不應(yīng)影響供電系統(tǒng)的正常工作，不宜自動切斷供電電源。

3.2 設(shè)備的安裝與接線

3.2.1 安裝與接線圖

(1)采用RS485通訊消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)圖詳見圖1。

(2)目前比較主流的二總線消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)圖詳見圖2。

(3)單相交流電源和直流電源電壓監(jiān)測詳見圖3，主要對消防室內(nèi)主機(如氣體滅火、消防電話通訊系統(tǒng)、泡沫滅火、水泡滅火等)的供電電源進行監(jiān)控。

(4)圖4為三相四線雙電源電壓監(jiān)測，通過一個雙路三相電壓傳感器模塊監(jiān)測消防設(shè)備電源雙切開關(guān)處兩路主備用電源的電壓。圖4中傳感器的DO輸出方式為無源干接點輸出，可以為斷路器、繼電器提供控制信號，在傳感器發(fā)生報警故障時，將電源與設(shè)備斷開，但通常情況下不宜接入，因為消防設(shè)備平時是不啟用的，啟用時說明已經(jīng)發(fā)生火災(zāi)，這個時間點是滅火時刻，要保障消防設(shè)備的正常運行，而不應(yīng)中斷它的電源，使其不工作。

(5)圖5為三相四線雙電源電壓、電流監(jiān)控電路圖。通過一個兩路三相電壓傳感器監(jiān)測主模塊結(jié)合一個監(jiān)測電流傳感器從模塊，監(jiān)測了雙電源兩路電壓，同時監(jiān)測了雙切出線端的一路電流。

(6)圖6為消防電梯房配電柜電路原理圖。消防電源監(jiān)控系統(tǒng)傳感器模塊監(jiān)測了配電電源雙開入線端的來電電壓、雙開出線電壓電流以及電梯配電箱的電壓電流。

(7)圖7為樓層應(yīng)急照明電源和防火卷簾門電源的監(jiān)控圖。

由圖1～7可以看出，按照規(guī)范要求對一些重要配電箱的下一級電路進行了分路監(jiān)測，如消防電梯、防火卷簾門、應(yīng)急疏散照明等。

圖3 一路單相交流電源和一路直流電源電壓監(jiān)測電路圖

圖4 三相四線雙電源電壓監(jiān)測電路圖

3.2.2 系統(tǒng)調(diào)試與維護

系統(tǒng)在開機調(diào)試前應(yīng)做好各方面的準備工作，監(jiān)控器通電，連接現(xiàn)場所包含的各類傳感器一只，進行故障、報警、聯(lián)動、消音、自檢、復(fù)位、打印機功能試驗，當監(jiān)控器和各傳感器能正常實現(xiàn)其功能時，才能進行整體的聯(lián)調(diào)。對于整體聯(lián)調(diào)應(yīng)注意以下幾方面。

(1)首先要確保系統(tǒng)的用線是否滿足要求，現(xiàn)場通訊線的連接不應(yīng)出現(xiàn)斷路、短路的情況，確保正常，符合設(shè)計要求后，分區(qū)域、分步驟的接入相應(yīng)的回路端口。

(2)用專用儀器儀表完成對地絕緣電阻的測試，絕緣電阻要＞50MΩ。確保無異常，符合設(shè)計要求后，分區(qū)域、分步驟的接入相應(yīng)的監(jiān)測回路端口。

圖5 三相四線雙電源電壓電流監(jiān)測電路圖

圖6 消防電梯監(jiān)測電路圖

(3)現(xiàn)場線路檢查完后，若沒問題，則可進行通電測試，上電后檢測模塊是否運行正常，并用萬用表測量各回路的電壓是否正常。

(4)若上電后，儀表正常工作，即可對傳感器進行地址設(shè)置、報警參數(shù)設(shè)置等操作。

(5)現(xiàn)場儀表通訊調(diào)試完成后，即可對現(xiàn)場傳感器的基本功能進行測試，可以做故障報警測試、通訊中斷測試等。末端設(shè)備要抽查，以確保系統(tǒng)功能可靠、穩(wěn)定。

(6)關(guān)于設(shè)備的維護，在保證安全的情況下，定期對監(jiān)控器與傳感器模塊做除塵、防潮的清潔保養(yǎng)。定期檢查線路接線端，檢查有無端在松動、接線脫落的情況。有計劃的制定系統(tǒng)穩(wěn)定性與靈敏性的測試，測試各傳感器的功能是否正常。

圖7 防火卷簾、應(yīng)急疏散照明監(jiān)測電路圖

4 結(jié)束語

當今絕大多建構(gòu)筑物都設(shè)計配置了最基本的消防設(shè)備設(shè)施，如果把消防設(shè)備的供電電源比作消防系統(tǒng)的“血液”，那消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)就是消防系統(tǒng)的“血壓計”，如何能掌握這些消防設(shè)備設(shè)施的“血液”供給是正常的，就需要“血壓計”實時監(jiān)測發(fā)送數(shù)據(jù)，為處理故障問題提供準確的參考依據(jù)。在應(yīng)用中應(yīng)嚴格參照相關(guān)的規(guī)范標準，結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，選取優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，配置合理有效的系統(tǒng)方案，確保消防電源監(jiān)控系統(tǒng)對整個消防系統(tǒng)在供電電源監(jiān)控的有效性。