城市軌道交通車站剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器誤報原因分析

嚴亞波

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 610031， 成都∥工程師)

隨著電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在城市軌道交通中的應用，相應系統(tǒng)的誤報亦時有發(fā)生。系統(tǒng)誤報的頻發(fā)讓車站運營人員無法分辨電氣火災是否真正發(fā)生，甚至延誤電氣火災發(fā)生后的搶修時間，引起更加嚴重的事故。在電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中，剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器的使用最為廣泛，系統(tǒng)誤報率相對亦較高。本文從剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器的工作原理入手，對其可能的誤報原因進行分析，并提出合理的措施，避免誤報的發(fā)生。

1 剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器工作原理

根據(jù)GB/T 2900.18—2008《電工術(shù)語 低壓電器》[1]中的定義，剩余電流是通過剩余電流保護器主電路的電流瞬時值矢量和的有效值。實際工程中，剩余電流一般是指低壓配電線路中各相(含中性線)電流矢量和不為零的電流。

在城市軌道交通中，剩余電流的產(chǎn)生一般源于線纜、設(shè)備的絕緣破損，導致線纜間、線地間電流通過。當漏電發(fā)生時，漏泄的電流在流入大地途中，如遇電阻較大的部位時，會產(chǎn)生局部高溫，致使附近的可燃物著火，從而引起火災。此外，漏電點產(chǎn)生的漏電火花，同樣也會引起火災。

剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器一般設(shè)置于車站低壓柜饋線回路，主要通過電流互感器監(jiān)測被保護線路中的剩余電流值。當剩余電流達到報警設(shè)定值時，根據(jù)GB 14287．2—2014《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng) 第2部分：剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》[2]規(guī)定，電氣火災探測器應在30 s內(nèi)發(fā)出報警信號，點亮報警指示燈，非獨立式探測器的報警指示應保持至與其相連的電氣火災監(jiān)控設(shè)備復位，獨立式探測器的報警指示應保持至手動復位。

2 剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器誤報原因分類

城市軌道交通線路一般車站眾多，在排除由于絕緣破損所引起的正常系統(tǒng)報警外，一般各車站均可能發(fā)生共性的系統(tǒng)誤報與個性的系統(tǒng)誤報。

其中，共性的系統(tǒng)誤報一般指各車站統(tǒng)一類型的低壓柜饋線回路，如通信、信號等系統(tǒng)用電回路。由于此類型設(shè)備通常在全線范圍內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計，故共性的系統(tǒng)誤報一般由該設(shè)備引發(fā)。

個性的系統(tǒng)誤報一般出現(xiàn)問題的隨機性較大，其大多為電纜施工問題。對于此類問題，可能的原因較多，需要根據(jù)實際情況具體分析。

3 由車站低壓柜饋線回路末端設(shè)備引發(fā)的系統(tǒng)誤報分析

由設(shè)備引發(fā)的系統(tǒng)誤報的主要原因為末端設(shè)備切換裝置選型有誤與末端接地系統(tǒng)選擇有誤。

3.1 末端設(shè)備切換裝置選型引發(fā)的誤報

地鐵車站低壓配電中，一般一級負荷就地設(shè)置雙電源切換裝置。根據(jù)GB/T 16895.10—2010《低壓電氣裝置 第4-44部分：安全防護電壓騷擾和電磁騷擾防護》[3]中的描述，具有不當三級開關(guān)的三相轉(zhuǎn)換供電電源將在中性線上引起不期望的環(huán)流。

當中性線上引起環(huán)流后，設(shè)置于低壓柜主、備用饋線回路的剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器將受環(huán)流影響,剩余電流測量值顯示為線路中各相(含中性線)電流與不期望的環(huán)流的矢量和。一般不期望的環(huán)流值電流較大，將超過電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)報警閾值而觸發(fā)報警，甚至對應低壓柜備用回路在未投入使用的情況下，也會觸發(fā)電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)報警。

此種誤報一般多見于弱電、變電所所用電末端采用一級負荷的切換裝置。通常此類設(shè)備在全線范圍內(nèi)選型一致，且所有出現(xiàn)該類誤報的回路在全線范圍內(nèi)亦一致，可通過將切換裝置換為4P(三火一零接線)進行解決。

3.2 末端設(shè)備接地系統(tǒng)選擇引發(fā)的誤報

地鐵車站低壓配電接地系統(tǒng)均采用TN-S系統(tǒng)(有專用保護零線的中性點直接接地系統(tǒng))。若該系統(tǒng)末端設(shè)備采用TN-C系統(tǒng)(工作零線(N線)與專用保護線(PE線)合并的系統(tǒng))，將TN-C系統(tǒng)中PEN(保護中性)線接入接地端子排，將會導致一部分中性線電流流入接地端子排，而非自中性線返回。地鐵線路中各相(含中性線)電流值矢量和將受此部分電流影響，若其超過系統(tǒng)報警閾值，則會引起誤報。

此種誤報一般多見于弱電系統(tǒng)專業(yè)，可將末端系統(tǒng)改為TN-S系統(tǒng)解決。

4 由電纜施工引發(fā)的系統(tǒng)誤報分析

電纜施工引發(fā)的系統(tǒng)誤報的主要原因為電纜敷設(shè)與接線有誤。

4.1 饋電電纜不正確接入電氣火災互感器引發(fā)的誤報

剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器主要通過測量穿過其電流互感器的線纜電流值矢量判斷是否發(fā)生電氣火災。電纜中所有相線、中性線均須穿過電流互感器才能保證剩余電流的測量精度。而與此相關(guān)的接線錯誤一般又分為以下3類：

1) 電流互感器中中性線未穿過，此時電流互感器測量值為三相電流矢量和。對于照明、插座等單相負荷而言，無法保證三相電流絕對平衡，且電流互感器測量值易超過報警閾值。

2) 電流互感器中PE線穿過時，電流測量值為三相電流及中性線和地線電流的矢量和。地線非載流線，一般無電流通過，但有可能受外界的影響。此接線情況下誤報率相對不容易超過報警閾值，但報警精度大大降低。

3) 電流互感器中中性線未按正確方向穿過時，因一般低壓柜內(nèi)相線母排與中性線母排間隔較遠，有發(fā)生此種誤報的可能。在此種接線情況下，電流互感器測量值將變?yōu)槿嚯娏魇噶亢团c中性線電流矢量差。在三相負荷不平衡的情況下，電流互感器測量值易超過報警閾值。

此種誤報一般須統(tǒng)一梳理。統(tǒng)一排查低壓柜饋電回路接線，在其按正確的方式修改接線后，一般誤報即可排除。

4.2 電纜PE線與N線不正確接線引發(fā)的誤報

剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器一般設(shè)置于低壓柜饋線末端。低壓柜饋線末端配電箱、柜接線內(nèi)PE線與N線不正確接線一般亦會引起系統(tǒng)誤報,常見情況如下：

1) 不同低壓饋電回路N線混接，一般將導致不期望的環(huán)流。類似于第3.1節(jié)，將同時干擾所有N線混接低壓饋線回路中電流互感器的測量值。

2) 同一低壓饋電回路N線與PE線混接，一般將導致一部分中性線電流流入PE線，類似于第3.1節(jié)，將同時干擾所有相應低壓饋線回路電流互感器的測量值。

3) 同一一級負荷低壓饋電主、備用回路末端N線接反，一般將導致主用低壓柜饋電回路中性線電流自備用低壓柜饋電回路N線回流至低壓柜，導致主、備用饋線回路電流互感器測量值均產(chǎn)生誤報。

此種誤報一般須統(tǒng)一梳理，通過排查末端進線電纜回路接線，在按正確方式修改接線后，一般誤報即可排除。

5 電氣火災誤報故障排除實例分析

經(jīng)運營方反饋，貴陽市某軌道交通車站低壓柜饋線回路剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器報警。經(jīng)現(xiàn)場讀數(shù)，饋線回路剩余電流如表1所示。

表1 整改前饋線回路剩余電流測量值

由表1可見，這3個回路均超過剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器報警閾值。而經(jīng)現(xiàn)場檢查，未發(fā)現(xiàn)線路、設(shè)備有不正常漏電現(xiàn)象，經(jīng)初步判斷，此為誤報。

經(jīng)核查低壓柜內(nèi)電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)剩余電流互感器接線，發(fā)現(xiàn)回路2、3接線正確;回路1未將N線接入電流互感器，回路1由于為照明回路，三相不平衡現(xiàn)象較為嚴重，符合本文第4.1節(jié)中的問題描述，故需修改電流互感器穿線。

經(jīng)核查弱電配電回路末端，發(fā)現(xiàn)該末端采用3P(三火線接線)自帶切換裝置，而回路2、3為其主、備用回路。通過測量中性線電流，發(fā)現(xiàn)主、備用回路電流均為1 A左右，符合本文第3.1節(jié)中的問題描述，故需將其切換裝置修改為4P。同時對全線此類回路進行排查。

饋線回路整改完成后，其現(xiàn)場讀數(shù)如表2所示。由表2可見，這3個回路剩余電流測量值趨于正常，故可排除該故障。

6 減少電氣火災系統(tǒng)誤報的建議

根據(jù)引發(fā)電氣火災誤報的原因分析，在城市軌道交通車站設(shè)計、施工時，建議采取以下措施：

1) 末端設(shè)備在設(shè)計和選型時，應注意核查設(shè)備雙電源切換裝置類型，以及設(shè)備的接地形式。

2) 城市軌道交通電纜施工時，應認真檢查電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)線纜的接線，如應對低壓柜饋線處電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)剩余電流互感器、末端設(shè)備進線等位置，嚴把施工質(zhì)量關(guān)。

表2 整改后饋線回路剩余電流測量值

7 結(jié)語

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)通過預報警，以及在軌道交通車站中對其合理設(shè)置，實現(xiàn)對剩余電流的監(jiān)控，避免由剩余電流引起的電氣火災損失。根據(jù)引發(fā)電氣火災誤報的原因分析及修改建議，可將電氣火災誤報概率降低，使該系統(tǒng)真正發(fā)揮作用。