軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)誤報(bào)警分析及解決對(duì)策

穆海峰

重慶軌道交通集團(tuán)，中國·重慶 401120

為解決軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)的誤報(bào)警問題，通過分析剩余電流探測器同低壓配電系統(tǒng)配合的不同接線方式，找出誤報(bào)警的各種來源，從設(shè)計(jì)及施工規(guī)范方面指出解決電氣火災(zāi)系統(tǒng)誤報(bào)警的方法。

電氣火災(zāi)；剩余電流；誤報(bào)警；監(jiān)控系統(tǒng)

1 引言

軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是一種用來監(jiān)測電氣火災(zāi)并及時(shí)報(bào)警的安全防護(hù)系統(tǒng)，又稱為漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)或電氣安全智能監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)監(jiān)測保護(hù)對(duì)象為軌道交通車站變電所400V 低壓開關(guān)柜饋線回路，對(duì)饋線回路的漏電電流、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。當(dāng)被監(jiān)測電氣回路出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)，只報(bào)警不切斷電源，同時(shí)系統(tǒng)對(duì)電氣火災(zāi)回路做出故障定位和分析，是一種主動(dòng)預(yù)防的的電氣設(shè)備系統(tǒng)[1]。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)通過探測被監(jiān)控回路的剩余電流和溫度實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣回路的提前預(yù)警和報(bào)警監(jiān)測，軌道交通電氣線路中往往存在不平衡電流以及線路和電氣設(shè)備正常的泄漏電流，即正常態(tài)剩余電流，正常態(tài)剩余電流在電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測范圍設(shè)定的定值之內(nèi)，一般不會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)報(bào)警[2]。在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，經(jīng)常出現(xiàn)低壓饋線回路未發(fā)生任何電氣故障，但電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警情況，即誤報(bào)警。電氣火災(zāi)誤報(bào)警的發(fā)生，對(duì)正常軌道交通運(yùn)營生產(chǎn)造成不小影響。論文通過全面分析誤報(bào)警原因，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，提出幾種解決誤報(bào)警的方法對(duì)策。

2 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)組成及原理

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)（如圖1 所示）一般采用兩級(jí)結(jié)構(gòu)，即主機(jī)層級(jí)和監(jiān)控單元同探測器層級(jí)。主機(jī)安裝在車控室，監(jiān)控單元及探測器安裝在變電所400V 開關(guān)柜內(nèi)，探測器包含剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器和測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器。監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)控單元和探測器采用RS485/PBUS 方式連接，變電所內(nèi)配置的電氣火災(zāi)監(jiān)控單元通過消防二總線接入監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)可以有就地遠(yuǎn)方的顯示功能和報(bào)警功能。監(jiān)控主機(jī)通過以太網(wǎng)線連接到綜合監(jiān)控設(shè)備室綜合監(jiān)控系統(tǒng)的FEP 上，在車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面上實(shí)現(xiàn)監(jiān)視報(bào)警功能，通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)的主干傳輸網(wǎng)絡(luò)上傳至控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)視報(bào)警功能。在實(shí)際運(yùn)用中，系統(tǒng)監(jiān)控的重點(diǎn)在車站的兩級(jí)結(jié)構(gòu)中即監(jiān)控主機(jī)及監(jiān)控單元[3]。

圖1 軌道交通車站電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)圖

2.2 系統(tǒng)原理

剩余電流式探測器以零序電流互感器為核心，在監(jiān)測使用當(dāng)中，將被監(jiān)測回路的三相線A、B、C與中性線N（零線）同向一起穿過電流互感器，探測器通過監(jiān)測流過互感器的電流矢量和，計(jì)算回路的剩余電流。正常情況下，電氣回路各相電流的矢量和等于零，當(dāng)發(fā)生漏電等故障時(shí)，故障電流使互感器感應(yīng)出電壓，并輸出電壓信號(hào)，從而測出剩余電流[4]。剩余電流探測器監(jiān)測接線圖如圖2 所示。

圖2 剩余電流探測器監(jiān)測接線圖

測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測包括信號(hào)處理單元和測溫傳感器。測溫傳感器測量被保護(hù)線路的溫度參數(shù)變化，一般由熱敏電阻或紅外測溫元件等組成。信號(hào)處理單元接收傳感器溫度參數(shù)的測量數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。測溫元件一般固定在饋線電纜或者饋線回路分支母排上，并采集監(jiān)測回路所在線纜溫度。測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測接線圖如圖3所示。

圖3 測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測接線圖

當(dāng)電氣回路中的電流、溫度等參數(shù)發(fā)生異常時(shí)，終端探測頭（如剩余電流互感器、溫度傳感器等）利用電磁感應(yīng)原理、溫度效應(yīng)的變化對(duì)該信息進(jìn)行采集，并傳輸?shù)奖O(jiān)控探測器里，經(jīng)放大、A/D 轉(zhuǎn)換、以及CPU 對(duì)變化的幅值進(jìn)行分析、判斷，并與報(bào)警設(shè)定值進(jìn)行比較，一旦超出設(shè)定值則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。同時(shí)，監(jiān)控單元將數(shù)據(jù)輸送到監(jiān)控主機(jī)中，經(jīng)主機(jī)識(shí)別、判定，當(dāng)確認(rèn)可能會(huì)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，監(jiān)控主機(jī)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，點(diǎn)亮報(bào)警指示燈，發(fā)出報(bào)警音響，同時(shí)在液晶顯示屏上顯示火災(zāi)報(bào)警等信息。

3 誤報(bào)警原因分析

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際使用中存在較多誤報(bào)警情況，尤其是剩余電流探測方式的電氣回路，因涉及到低壓出現(xiàn)的接線與終端負(fù)荷的接線方式，所以90%的誤報(bào)警出現(xiàn)在有電流互感器穿過監(jiān)測的電氣回路當(dāng)中。軌道交通一般采用TN-S 接地系統(tǒng)，所以低壓配電系統(tǒng)零地接線問題是導(dǎo)致誤報(bào)警問題主要原因?？傮w來講有兩大類：一是被監(jiān)測回路在電流互感器穿入接線方式有誤；二是被監(jiān)測回路在配電端或者負(fù)荷終端接線方式有誤。

3.1 零序電流互感器穿入接線方式錯(cuò)誤導(dǎo)致的誤報(bào)警分析。

在軌道交通建設(shè)施工過程中，由于接線不規(guī)范或者未按要求接線，在400V 開關(guān)柜端被監(jiān)測電氣回路在互感器中穿過相線，漏穿N 線，導(dǎo)致互感器不能正常監(jiān)測剩余電流，如圖4 所示。

圖4 被監(jiān)測回路接線漏穿零線圖

被監(jiān)測回路在400V 饋出接線端接線未要求接線，在電流互感器中穿過相線、N 線、地線（PE 線）。

被監(jiān)測回路的N 線與相線未從同一個(gè)方向穿過電流互感器，導(dǎo)致互感器不能正常監(jiān)測剩余電流，出現(xiàn)誤報(bào)警情況。

被監(jiān)測回路接線零線未同向穿互感器零線如圖5所示。

圖5 被監(jiān)測回路接線零線未同向穿互感器零線

3.2 監(jiān)測回路在配電端或者負(fù)荷終端接線方式有誤分析

被監(jiān)測回路在400V 饋線端正確穿過剩余電流互感器后，零線（即N 線）沒有同地線嚴(yán)格的分開，或者有N 線重復(fù)接地的情況，如圖6 所示。

圖6 被監(jiān)測回路接線零線重復(fù)接地

存在雙電源切換的被監(jiān)測回路正確穿過互感器后，兩個(gè)回路的N 線在雙電源切換箱處有短接的現(xiàn)象，如圖7 所示。

圖7 被監(jiān)測回路接線零線混接

低壓負(fù)荷終端零線重復(fù)接地，零線同地線混搭接線，三級(jí)配電系統(tǒng)零線混搭使用，互感器出現(xiàn)剩余電流導(dǎo)致誤報(bào)警，如圖8 所示。

圖8 被監(jiān)測回路終端負(fù)荷零線混搭

被監(jiān)測負(fù)荷端N 線與PE 線在M 點(diǎn)碰接，造成零線重復(fù)接地，零線電流分流，沒有全部經(jīng)互感器返回，會(huì)產(chǎn)生了剩余電流。

N 線與PE 線混用（或搭錯(cuò)母排），錯(cuò)誤將PE 線當(dāng)零線接入，人為造成漏電（上圖圖中R 負(fù)載情形）產(chǎn)生了剩余電流。

不同被監(jiān)測回路終端負(fù)荷零線地線混搭如圖9 所示。

圖9 不同被監(jiān)測回路終端負(fù)荷零線地線混搭

不同監(jiān)測回路的配電箱出線的零線（N 線）跨區(qū)混用（圖中Ra 借用給B 區(qū)，虛線為正常接線），產(chǎn)生剩余電流。

不同監(jiān)測回路的配電箱出線的零線（N 線）并接（圖中HG 虛線），或通過其他途徑間接搭接，產(chǎn)生剩余電流。

被監(jiān)測回路存在雙電源切換情況，在雙電源切換開關(guān)處，切換開關(guān)只切相線不切零線，接線時(shí)主備電源零線不通過切換開關(guān)，直接引到零線排上，這就會(huì)出現(xiàn)不同供電線路的兩跟N 線有短接的現(xiàn)象，N 線會(huì)持續(xù)有回流電流，電流互感器會(huì)測得很大的漏電流。

4 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)誤報(bào)警解決方法

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)誤報(bào)警大多數(shù)是在有剩余電流探測器監(jiān)測的電氣回路當(dāng)中，上面分析了被監(jiān)測回路的接線正確與否決定了系統(tǒng)監(jiān)測能否正常使用[5]。因此，我們從規(guī)范接線和合理設(shè)計(jì)兩個(gè)途徑去考慮解決。

4.1 規(guī)范接線方面

在軌道交通建設(shè)過程中，應(yīng)做好電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)同供配電系統(tǒng)實(shí)施配合協(xié)調(diào)工作，做好兩個(gè)系統(tǒng)相互要求的的技術(shù)交底工作。在400V 饋線端，低壓配電系統(tǒng)接線應(yīng)嚴(yán)格按照剩余電流探測原理要求，相線零線同時(shí)同向穿入電流互感器中；在配電回路中，雙電源切換裝置、有電負(fù)荷終端設(shè)備接線，應(yīng)做到同一回路零地接線不短接，如照明及應(yīng)急電源（EPS）供電回路；不同回路零地線接線不短接、不混搭。低壓系統(tǒng)接線安裝在實(shí)施完成后，應(yīng)配合電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)要求，進(jìn)行接線的正確性排查，方可申請受電。

4.2 合理設(shè)計(jì)方面

4.2.1 不同系統(tǒng)間合理設(shè)計(jì)

存在有雙電源切換的電氣回路當(dāng)中，低壓配電系統(tǒng)存在使用3P 開關(guān)，前面分析了在主備回路切換中，只切相線未切零線情況，如交直流屏、通信信號(hào)設(shè)備供電回路，出現(xiàn)類似情況往往是在項(xiàng)目實(shí)施設(shè)計(jì)期配電系統(tǒng)同電氣火災(zāi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)未適應(yīng)匹配，如配電系統(tǒng)采用4P 開關(guān)[2]，就可以避免出現(xiàn)因設(shè)計(jì)雙電源切換開關(guān)不合理而造成電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)誤報(bào)警。

4.2.2 電氣火災(zāi)系統(tǒng)自身合理設(shè)計(jì)

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)被監(jiān)控回路的負(fù)荷的實(shí)際情況，在設(shè)計(jì)層面上確定是使用剩余電流探測方式還是感溫探測方式。在實(shí)際軌道交通建設(shè)過程中，對(duì)于如區(qū)間環(huán)控風(fēng)機(jī)負(fù)荷，環(huán)控水泵負(fù)荷本身容易出現(xiàn)零線地線重復(fù)接地情況，針對(duì)此類負(fù)荷回路，可以考慮使用感溫探測的方式進(jìn)行監(jiān)測，從而避免使用剩余電流探測出現(xiàn)誤報(bào)警問題。對(duì)于易出現(xiàn)三相負(fù)荷不平衡回路，如照明回路，可以采取針對(duì)照明回路單獨(dú)提高監(jiān)測單元設(shè)定的定值，來避免出現(xiàn)誤報(bào)警問題。

總之，解決軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中存在的誤報(bào)警問題，應(yīng)貫穿于軌道交通供配電供配電電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施全過程，從設(shè)計(jì)層面進(jìn)行合理性源頭避免，從施工層面進(jìn)行技術(shù)性規(guī)范避免。除此以外，在后續(xù)軌道交通運(yùn)營生產(chǎn)中，加強(qiáng)對(duì)電氣火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的維護(hù)和管理，根據(jù)監(jiān)測回路的用電負(fù)荷的變化，對(duì)電氣火災(zāi)監(jiān)測單元模塊定值優(yōu)化修正，通過技術(shù)手段和管理手段相結(jié)合，有效地避免誤報(bào)警問題的發(fā)生，提高電氣火災(zāi)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。