城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

俞潔輝

浙江華展研究設(shè)計(jì)院股份有限公司 浙江 寧波 315000

改革開放至今，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各大城市軌道交通數(shù)量也在不斷增加。然而，現(xiàn)行城市軌道交通安全防范措施中對(duì)電氣火災(zāi)早期預(yù)警工作缺少系統(tǒng)制度。根據(jù)我國(guó)城市軌道交通工程建設(shè)現(xiàn)狀，在城市軌道交通工程建設(shè)中應(yīng)有效配置消防監(jiān)控系統(tǒng)，通過有效布置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)使城市軌道交通線路降低發(fā)生電氣火災(zāi)事故的危險(xiǎn)。對(duì)此，文章以城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行討論，以期為廣大學(xué)者提供理論參考及幫助。

1 城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)特征

城市軌道交通場(chǎng)所具有人員密集、人員流動(dòng)速度快、設(shè)施復(fù)雜、投資金額大的特征，如城市軌道交通場(chǎng)所發(fā)生火災(zāi)或出現(xiàn)停電、高溫、混亂甚至是爆炸等現(xiàn)象，不僅對(duì)城市軌道交通工作人員和乘客生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，還會(huì)對(duì)設(shè)施安全、財(cái)產(chǎn)安全等造成嚴(yán)重威脅，甚至還會(huì)危及到經(jīng)濟(jì)、政治和環(huán)境安全，對(duì)社會(huì)秩序穩(wěn)定和社會(huì)發(fā)展造成影響。

城市軌道交通火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和布置能夠有效地預(yù)防、監(jiān)控和警示城市軌道交通火災(zāi)發(fā)生，其報(bào)警功能應(yīng)該設(shè)定分級(jí)報(bào)警功能與電力設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，可以設(shè)置跳閘功能。對(duì)于初級(jí)報(bào)警可由工作人員進(jìn)行人工關(guān)閉，之后再派遣專業(yè)人員對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)和處理。初級(jí)報(bào)警功能也叫預(yù)警功能，與傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警不同，是在火災(zāi)發(fā)生后報(bào)警以求減少損失的功能，其主要目的是對(duì)火災(zāi)進(jìn)行預(yù)防、預(yù)測(cè)或預(yù)警。

從應(yīng)用特征上來看，城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該具備可靠性、保密性、實(shí)時(shí)監(jiān)控性、數(shù)據(jù)傳輸性等功能特點(diǎn)。具體如下：

（1）城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性主要體現(xiàn)在系統(tǒng)單機(jī)和獨(dú)立。單機(jī)指城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行無(wú)需聯(lián)網(wǎng)，斷網(wǎng)不會(huì)對(duì)預(yù)警系統(tǒng)正常運(yùn)行造成影響。獨(dú)立則是指城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，系統(tǒng)發(fā)生故障不會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)正常運(yùn)行造成影響，避免出現(xiàn)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)發(fā)生故障，整個(gè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)全面癱瘓情況。（2）保密性是指城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的保密等級(jí)較高，該系統(tǒng)采用多級(jí)密碼保護(hù)方式，不同管理層級(jí)用戶所擁有權(quán)限也不一樣。（3）城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可對(duì)城市軌道交通剩余電流信號(hào)、溫度信號(hào)、火災(zāi)狀況等進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)檢測(cè)，同時(shí)，它還擔(dān)負(fù)著對(duì)信號(hào)檢測(cè)后信息進(jìn)行收集、分析、判斷、決策等工作。（4）為保證電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可有效地實(shí)現(xiàn)預(yù)警、檢測(cè)電氣火災(zāi)目標(biāo)，需要保證系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸順暢，可實(shí)現(xiàn)將故障系統(tǒng)、正常設(shè)備分類處理。

2 發(fā)生電氣火災(zāi)的主要因素

2.1 超載

根據(jù)當(dāng)前我國(guó)城市軌道交通建設(shè)現(xiàn)狀，電氣系統(tǒng)超負(fù)荷是導(dǎo)致電氣系統(tǒng)火災(zāi)的重要因素。過載是指在城市軌道交通運(yùn)輸中由于線路中存在超過線路所能承載的電流極限，導(dǎo)致線路溫度過高。這種情況下極極有可能引起線路著火，對(duì)城市軌道交通運(yùn)行安全造成很大威脅[1]。

2.2 短路

短路由外部絕緣材料老化或破壞引起，在這種情況下線纜會(huì)快速升溫達(dá)到6000度以上高溫，不僅會(huì)點(diǎn)燃線纜上絕緣材料，還會(huì)引起周圍塵埃和易燃物燃燒。由此可看出，短路也是引起電氣火災(zāi)的重要原因。短路后未及時(shí)發(fā)現(xiàn)切斷電源，將會(huì)在短時(shí)間內(nèi)造成不可逆轉(zhuǎn)損失，進(jìn)而對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)行效率產(chǎn)生影響。

2.3 靜電

靜電積聚可能引起火災(zāi)，對(duì)國(guó)民生命和財(cái)產(chǎn)造成重大損失。通常情況下，當(dāng)靜電荷快速累積時(shí)會(huì)產(chǎn)生高電壓，高電勢(shì)靜電荷會(huì)將其所處環(huán)境絕緣體擊穿產(chǎn)生特殊放電現(xiàn)象，電流以聲音、光、熱的方式呈現(xiàn)出來。如引線周圍有足夠多易燃物質(zhì)，則會(huì)引起火災(zāi)。

2.4 電氣設(shè)備出現(xiàn)短路

電氣設(shè)備短路通常是由于絕緣層破損脫落造成，短路出現(xiàn)將大大降低線路電阻，從而產(chǎn)生電流快速升高，然后，如出現(xiàn)線路多次碰撞，會(huì)導(dǎo)致電流過大。設(shè)備溫度迅速提高，過高溫度與過大電流產(chǎn)生火花相遇就會(huì)引起火災(zāi)事故，由短路引起火災(zāi)可通過實(shí)時(shí)測(cè)量剩余電流及預(yù)警處理來避免。

2.5 電流負(fù)荷長(zhǎng)期過載

電流負(fù)載長(zhǎng)期過載引起火災(zāi)主要是由于電氣設(shè)備和有關(guān)線路電流數(shù)值過載引起溫度升高，從而超過規(guī)范值，當(dāng)溫度超過設(shè)備或絕緣材料燃點(diǎn)，遇到明火就會(huì)引起火災(zāi)，甚至是爆炸，這種原因引起事故可以通過對(duì)開關(guān)端子溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并及時(shí)發(fā)出預(yù)警和進(jìn)行處理來預(yù)防。

2.6 線路接觸不良

由于線路接觸不良而引起火災(zāi)，其根本原因是因?yàn)榫€路和設(shè)備溫度過高所引起。接觸不良線路極有可能會(huì)出現(xiàn)電阻過大現(xiàn)象，當(dāng)電流流經(jīng)該電路時(shí)，因?yàn)檫^大電阻而產(chǎn)生大量熱量，從而導(dǎo)致溫度升高，甚至?xí)霈F(xiàn)火花，從而引起火災(zāi)事故。這種事故發(fā)生，也可以通過實(shí)時(shí)檢測(cè)開關(guān)端子溫度，并及時(shí)預(yù)警處理來避免。

2.7 電力電纜出現(xiàn)故障

在發(fā)生火災(zāi)另一大常見原因中，由于電力電纜出現(xiàn)故障而引起火災(zāi)。在此過程中，由于施工不規(guī)范，電纜接頭壓接不緊等都是造成電力電纜故障根本原因。此外，電力電纜也有極極有可能因環(huán)境影響而出現(xiàn)故障，如偶然物理或機(jī)械損壞、環(huán)境過于潮濕導(dǎo)致絕緣層受潮損壞、化學(xué)或微生物侵蝕線路導(dǎo)致電力電纜故障等。如電力電纜絕緣層受到損壞，通常會(huì)導(dǎo)致絕緣效果變差，在遇到雷電等突發(fā)情況時(shí)，極有可能出現(xiàn)電力電纜被擊穿并著火現(xiàn)象。由于電纜長(zhǎng)度較長(zhǎng)，線路偏僻，線路隱蔽等原因，電纜故障引發(fā)火情很難預(yù)測(cè)，而采用殘余電流探測(cè)器對(duì)電纜絕緣狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)防止電纜故障引發(fā)火情起到至關(guān)重要的作用。

2.8 斷路器老化

斷路器因老化而產(chǎn)生火災(zāi)，這種情況在一些比較古老、使用抽出式斷路器來控制低壓配電系統(tǒng)主開關(guān)城市軌道交通站中比較普遍。如果長(zhǎng)時(shí)間插拔抽出式斷路器，極有可能會(huì)造成斷路器插接處接觸電阻變大，在電流流過這里時(shí)，溫度升高數(shù)值會(huì)變得很大，當(dāng)溫度超過斷路器規(guī)范值時(shí)遇到明火時(shí)，極易引起火災(zāi)。

3 城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1 總體設(shè)計(jì)

城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循預(yù)防為主、消防結(jié)合的基本原則，通過電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)精確地檢測(cè)出線路中異常和溫度的變化。特別是當(dāng)線路出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)地發(fā)出報(bào)警信號(hào)，將故障點(diǎn)準(zhǔn)確地報(bào)出，設(shè)計(jì)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)綜合以下原則：

3.2 功能要求

功能需求根據(jù)城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)具體情況進(jìn)行設(shè)置，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)圍繞以下幾點(diǎn)：

表2 城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)功能需求

3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.3.1 分級(jí)分布式體系結(jié)構(gòu)

城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)層次分布架構(gòu)在電氣監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中有著巨大優(yōu)越性。該系統(tǒng)不僅可滿足城市軌道交通供電要求，且可為今后一體化應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)以二級(jí)管理、三級(jí)控制為主，在二級(jí)管理之外，在三級(jí)管理中又添加了一層“現(xiàn)場(chǎng)”管理。其中，集中式管理功能主要是收集、處理和分析關(guān)于在線監(jiān)控對(duì)象狀態(tài)和性能實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并通過調(diào)度員工作站以圖像、文本或表格形式來對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控站內(nèi)電氣設(shè)備，并構(gòu)成多層次冗余?，F(xiàn)場(chǎng)層、中央層與站層之間有接口能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與共享[2]。

3.3.2 資料庫(kù)系統(tǒng)

資料數(shù)據(jù)庫(kù)是支撐城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)應(yīng)具有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)訪問、數(shù)據(jù)庫(kù)冗余以及數(shù)據(jù)庫(kù)中SQL語(yǔ)言限制等特點(diǎn)。為更好地適應(yīng)城軌交通監(jiān)控需要，應(yīng)從城軌交通監(jiān)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、通訊及實(shí)時(shí)信息中間進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在系統(tǒng)開發(fā)中提供實(shí)時(shí)應(yīng)用總線。總線提供了對(duì)環(huán)境監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控、功率傳輸?shù)确矫嬷С?，?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸擴(kuò)展。

3.3.3 通用程序模型支援

城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中根據(jù)開放性要求，使用更加靈活、適用范圍更廣的插件策略，其中，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由通訊平臺(tái)+SCADA、人機(jī)交互平臺(tái)三部分組成。同時(shí)，該平臺(tái)還為開發(fā)人員提供了相應(yīng)應(yīng)用范本，對(duì)支持系統(tǒng)進(jìn)行了充實(shí)和驗(yàn)證。

3.4 網(wǎng)絡(luò)傳輸

當(dāng)前，對(duì)于城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳送布線方式主要分為有線布線與無(wú)線布線兩種方式。其中，選擇有線傳輸和無(wú)線傳輸?shù)淖畲笥绊懸蛩厥峭顿Y收益率，即如何在硬件與費(fèi)用間取得平衡。此外，有關(guān)部門還應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)叵罊C(jī)構(gòu)對(duì)此措施所提出的有關(guān)要求，以確保網(wǎng)絡(luò)傳輸順利實(shí)施，有效提升城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的整體安全性。

3.5 設(shè)備選擇

3.5.1 測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器

測(cè)溫傳感器通常通常被安裝在位于城市軌道交通電氣設(shè)備上易發(fā)熱位置處。位置選擇范圍比較廣泛并且具有一定特征。值得注意的是，該位置的選擇與溫度或過熱現(xiàn)象檢測(cè)和分析之間有著直接關(guān)系，因此要慎重選擇這個(gè)位置。為保證殘存測(cè)溫型電器能夠科學(xué)有效起到監(jiān)控和預(yù)警作用，在低壓配電室內(nèi)配電箱及配電柜進(jìn)行添加，此外，還可在進(jìn)線柜斷路器上安裝，以此監(jiān)控和預(yù)警。

3.5.2 剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器

剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器是在電纜導(dǎo)線中實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控剩余電流值是否超過標(biāo)準(zhǔn)限值。若城市軌道交通電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)電氣故障，剩余電流值超過限制報(bào)警。此外，工作人員還應(yīng)該對(duì)剩余電流式電氣監(jiān)控設(shè)備安裝位置進(jìn)行選擇，保證該設(shè)備能夠有效地發(fā)揮作用。

安裝剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器時(shí)，工作人員要特別關(guān)注實(shí)際回路位置，為確保其正常、穩(wěn)定工作，要加強(qiáng)對(duì)安裝方法要求，防止由于接頭安裝不當(dāng)或絕緣效果不佳等問題引起誤報(bào)或者不報(bào)警。

城市軌道交通隧道水泵供電回路中可安裝剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器。城市軌道交通隧道中水泵電纜和線路所處環(huán)境較為惡劣且需要長(zhǎng)期通電，由于受到惡劣環(huán)境和高通電率影響，水泵供電回路絕緣狀況極易受到影響而發(fā)生損壞或效果變差，增大了電纜擊穿、漏電引發(fā)火災(zāi)等高危事故發(fā)生概率[3]。

3.5.3 探測(cè)器

如想實(shí)現(xiàn)城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效地運(yùn)轉(zhuǎn)，就應(yīng)對(duì)探測(cè)器安裝位置進(jìn)行合理考慮，探測(cè)器正確安裝包含了以下內(nèi)容：信息探測(cè)收集全面性以及有線或無(wú)線傳輸通暢性[4]。在探測(cè)器探測(cè)并搜集到與高溫、剩余電流值異常等危險(xiǎn)事故有關(guān)信息之后應(yīng)將其快速地傳遞到處理設(shè)備及報(bào)警設(shè)備中，探測(cè)器測(cè)危險(xiǎn)信號(hào)將傳送到監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)和預(yù)警功能。同時(shí)，在電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中，相對(duì)常見探測(cè)器類型通常可被劃分成兩種，即測(cè)溫式探測(cè)器及剩余電流式探測(cè)器，具體如下：

表3 探測(cè)器類型及內(nèi)容

3.5.4 監(jiān)控主機(jī)

作為電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)應(yīng)該具有如下幾個(gè)方面功能。

表4 監(jiān)控主機(jī)功能

3.6 具體應(yīng)用場(chǎng)景

3.6.1 遙控防護(hù)

在城市軌道交通電氣系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如存在著安全隱患或者是周期性參數(shù)異常，為保證電氣系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，應(yīng)通過監(jiān)控系統(tǒng)來進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)以便及時(shí)檢修。從防火角度來看，消防工作人員應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患和近期發(fā)生的故障，并采用科學(xué)方法，消除電氣火災(zāi)隱患，防止發(fā)生重大電氣火災(zāi)安全事故。同時(shí)，如工作人員采取了有效控制措施，但效果不理想，則應(yīng)及時(shí)切斷監(jiān)控回路電源，故障排除后方可繼續(xù)設(shè)備運(yùn)行。

3.6.2 電氣保護(hù)

城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)具有自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警等多種功能。城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能使工作人員更好地發(fā)現(xiàn)和預(yù)防電氣火災(zāi)，還能使城市軌道交通系統(tǒng)更好地運(yùn)行[5]。在電氣保護(hù)情況下，工作人員應(yīng)該對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常問題時(shí)，可對(duì)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是否存在故障進(jìn)行判斷，并采取相應(yīng)維修措施，以此對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)。

4 結(jié)論

綜上所述，在現(xiàn)有城市軌道交通防范措施中，缺少對(duì)于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的重視。從目前我國(guó)城市軌道交通發(fā)展趨勢(shì)來看，通過科學(xué)、合理的布置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)減少電氣火災(zāi)事故風(fēng)險(xiǎn)。因此，在未來城市地鐵建設(shè)中，積極加強(qiáng)電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備布置及運(yùn)用以成為城市軌道交通中的重點(diǎn)。有關(guān)人員應(yīng)就城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用展開探究，以此保障城市軌道交通電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展。