電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在某奧體中心中的應(yīng)用與創(chuàng)新

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司　上海嘉定　201801

0　引言

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)從投入市場(chǎng)的那一天起，就受到了各界的廣泛關(guān)注。因?yàn)樵谖覈?guó)電氣火災(zāi)發(fā)生的數(shù)量長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)居高不下，已經(jīng)是一個(gè)影響我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)不容忽視的嚴(yán)重問(wèn)題。在消防監(jiān)督部門的大力支持下，在科研部門和生產(chǎn)廠家的不懈努力下，經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展，電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備已逐漸走進(jìn)了用戶，發(fā)揮了越來(lái)越大的作用，并逐步取得了相關(guān)部門和社會(huì)的認(rèn)可。

1　項(xiàng)目簡(jiǎn)介 

本項(xiàng)目奧體中心主要由體育場(chǎng)、體育館、游泳館、網(wǎng)球中心、中心商業(yè)區(qū)及地下車庫(kù)組成，總建筑面積約36萬(wàn)m2，建成后將成為標(biāo)志性建筑及新城區(qū)內(nèi)大規(guī)模商業(yè)娛樂(lè)綜合體。由于奧體中心內(nèi)人員密集，安防、消防設(shè)備供電可靠，地防止電氣火災(zāi)的發(fā)生，保證廣大觀眾和運(yùn)動(dòng)員的安全。奧體中心網(wǎng)球中心可以容納運(yùn)動(dòng)員、觀眾和工作人員多達(dá)3萬(wàn)人。場(chǎng)地為雙路高壓供電，一路高壓接入華北電管局的華北電網(wǎng)，另一路接入北京地區(qū)高壓電網(wǎng)，除此以外還備有自發(fā)電裝置。

場(chǎng)地的用電包括兩個(gè)方面：照明和動(dòng)力。照明用電主要是場(chǎng)地的燈光照明，采用新一代電光源，照度高、功率大，設(shè)備的數(shù)量多。動(dòng)力用電主要是冷卻塔、中央空調(diào)、風(fēng)機(jī)、排污泵和大型電動(dòng)器具等。

網(wǎng)球項(xiàng)目是露天比賽，占地面積大，用電設(shè)備分散?？偱潆娛椅挥谥行馁悎?chǎng)北側(cè)100m處，距離zui遠(yuǎn)端的配電柜有1000m。

配電系統(tǒng)為TN-C-S系統(tǒng)，為三相五線制、四級(jí)結(jié)構(gòu)，用電末端安裝帶漏電單相雙空氣開關(guān)，在二級(jí)、三級(jí)開關(guān)上均安裝漏電探頭，以此計(jì)算，共需要漏電探頭228個(gè)，通信zui遠(yuǎn)距離為1000米，是一個(gè)中等規(guī)模的電氣火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。在二級(jí)、三級(jí)空氣斷路器的下端安裝閉合式漏電探頭，沒(méi)有設(shè)計(jì)安裝電流探頭。二級(jí)開關(guān)采用額定電流200A的空氣斷路器，三級(jí)開關(guān)均為額定電流100A的空氣斷路器。為了配合這種配置情況，在200A的下端采用的是50mm2導(dǎo)線，設(shè)計(jì)采用直徑100mm穿線孔徑的漏電探頭可以保證四根導(dǎo)線的順利穿過(guò)。在100A開關(guān)的下端采用25mm2導(dǎo)線，采用直徑為48mm穿線孔徑的漏電探頭可以保證四根導(dǎo)線的順利穿過(guò)。

二級(jí)開關(guān)處的漏電額定報(bào)警值為400mA，設(shè)定的報(bào)警延時(shí)時(shí)間為3秒；在三級(jí)開關(guān)處的漏電額定報(bào)警值設(shè)定為200mA，設(shè)定的報(bào)警延時(shí)時(shí)間為1秒。

2　電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由漏電（包括電流）探頭、探測(cè)控制器和監(jiān)控設(shè)備三部分組成。探測(cè)控制器與漏電（電流）探頭需配套使用。所有需要監(jiān)控的電路分支點(diǎn)均安裝，探測(cè)控制器均并聯(lián)于二總線上，監(jiān)控設(shè)備由一臺(tái)工業(yè)控制用PC機(jī)及外圍設(shè)備組成。

管理軟件能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地顯示各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的工作情況，值班人員在控制中心通過(guò)觀察計(jì)算機(jī)屏幕就可以了解所有監(jiān)控點(diǎn)的工作情況。監(jiān)控設(shè)備具有龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠存儲(chǔ)配電系統(tǒng)產(chǎn)生的所有情況記錄，便于有關(guān)人員查詢和分析。

2.1系統(tǒng)組成

Acrel-6000剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層組成。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下圖所示：各電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器通過(guò)屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線型連接接入通訊服務(wù)器，然后通過(guò)五類線TCP/TP協(xié)議進(jìn)入監(jiān)控主機(jī)。如下圖所示：

1）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層主要是連接網(wǎng)絡(luò)中用于漏電及溫度信號(hào)采集測(cè)量的各類型的儀表和保護(hù)裝置等，也是構(gòu)建該監(jiān)控系統(tǒng)必要的基本組成元素。不僅肩負(fù)著采集數(shù)據(jù)的重任，同時(shí)也是執(zhí)行后臺(tái)控制命令的終端元件

2）通訊控制層主要是由通訊服務(wù)器、接口轉(zhuǎn)換器件及總線網(wǎng)絡(luò)等組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，不同的接口轉(zhuǎn)換器件提供了RS232、RS422、RS485、SPABUS等及以太網(wǎng)等各種接口，組網(wǎng)方式靈活，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)等類型的組態(tài)網(wǎng)絡(luò)。通訊服務(wù)器主要用于直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)的各種控制命令，并負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和存儲(chǔ)等工作；接口轉(zhuǎn)換器件則是由于現(xiàn)場(chǎng)儀表或其它系列的裝置與上位機(jī)的通訊接口存在差異，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換方可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3）管理測(cè)控層是針對(duì)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的管理人員。該層直接面向用戶。該層也是系統(tǒng)的zui上層部分，主要是由電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備如計(jì)算機(jī)、人機(jī)界面、打印機(jī)、UPS等。其中軟件部分具有良好的人機(jī)交互界面，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議讀取前置機(jī)采集的現(xiàn)場(chǎng)各類數(shù)據(jù)信息，自動(dòng)經(jīng)過(guò)計(jì)算處理，以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況，并可接受管理人員的操作命令，實(shí)時(shí)發(fā)送并檢測(cè)操作的執(zhí)行狀況，以保證供用電單位的正常工作。

2.2 工作原理

其基本原理是，當(dāng)電氣設(shè)備中的漏電流、溫度等參數(shù)發(fā)生異?；蛲蛔儠r(shí)，終端探測(cè)頭(如剩余電流互感器、溫度傳感器等)利用電磁場(chǎng)感應(yīng)原理、溫度效應(yīng)的變化對(duì)該信息進(jìn)行采集，并輸送到監(jiān)控探測(cè)器里，經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換、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)也輸送到監(jiān)控設(shè)備中，再經(jīng)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)一步識(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。值班人員則根據(jù)以上顯示的信息，迅速到事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查處理，并將報(bào)警信息發(fā)送到集中控制臺(tái)。

3　典型組網(wǎng)方案

（a）大型建筑群組網(wǎng)方案

大型建筑群，樓層高，多棟樓體分散。采用Acrel-6000/Q電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備+ACREL6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備+電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器三層結(jié)構(gòu)組網(wǎng)模式，便于區(qū)域化管理，采用RS-485網(wǎng)絡(luò)通信，以太網(wǎng)通信，以太網(wǎng)通信，滿足了通信實(shí)時(shí)性高的要求。

（b）大型單體建筑組網(wǎng)方案

大型單體建筑，采用Acrel-6000/Q電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備+電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器兩層建構(gòu)組網(wǎng)模式，檢測(cè)管理功能，性價(jià)比高，采用RS-485網(wǎng)絡(luò)，通信介質(zhì)采用屏蔽雙絞線，滿足了通信實(shí)時(shí)性高的要求。

（c）中型建筑組網(wǎng)方案

中型單體建筑，采用Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備+電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器兩層結(jié)構(gòu)組網(wǎng)模式，造價(jià)經(jīng)濟(jì)，性價(jià)比高，采用RS-485網(wǎng)絡(luò)，滿足了通信實(shí)時(shí)性高的要求。

（d）小型建筑電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

小型建筑，采用Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，造價(jià)經(jīng)濟(jì)，性價(jià)比高。

4　設(shè)備清單

5　使用電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)常見問(wèn)題的解決方法

(1)正常漏電和故障漏電

由于供電線路和用電設(shè)備中存在著分布電感和分布電容，交流電流通過(guò)這些分布電感、電容時(shí)就會(huì)形成漏電電流，但這是正常的漏電電流，無(wú)法避免。故障漏電則與正常漏電截然不同，它是由于設(shè)備中的絕緣損壞使火線和地（外殼）之間部分或全部短路造成的，是一種嚴(yán)重的故障現(xiàn)象，是可能造成電氣火災(zāi)的重要原因，也是我們要竭力避免的，即使不能避免也應(yīng)迅速報(bào)警以便及時(shí)進(jìn)行處理，這樣才能減少或防止發(fā)生電氣火災(zāi)的危險(xiǎn)。

正常漏電電流是穩(wěn)定的、基本不變的，因?yàn)榉植茧姼?、分布電容是基本不變的。故障漏電是因絕緣損壞而造成的，隨著時(shí)間的推移絕緣損壞將進(jìn)一步嚴(yán)重，絕緣電阻逐漸下降，故障漏電電流會(huì)逐漸加大，這是正常漏電和故障漏電的zui大區(qū)別。

根據(jù)這兩種電流變化的區(qū)別，在大量測(cè)得數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立了電流變化的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)這種數(shù)學(xué)模型進(jìn)行控制軟件的編制，并在實(shí)際應(yīng)用中取得較好的效果，使誤報(bào)警數(shù)量得以減少。

(2)雙路電源供電中PE線共接和N線共接造成的漏電誤報(bào)警

在雙路電源供電系統(tǒng)里，雙路的PE線和N線都要分別接在一起，這導(dǎo)致雙路供電的系統(tǒng)會(huì)發(fā)生一種特殊的漏電現(xiàn)象。當(dāng)其中的一個(gè)回路已經(jīng)停止供電時(shí)，其漏電監(jiān)控設(shè)備會(huì)顯示該回路有漏電電流，用鉗型電流表測(cè)量該回路的N線電流時(shí)，發(fā)現(xiàn)確有電流存在。該回路開關(guān)已經(jīng)斷開，A、B、C三相沒(méi)有電流，所以N線的電流會(huì)使漏電探測(cè)器誤認(rèn)為存在漏電流。究其原因，是因?yàn)殡p路電源供電的兩條N線是直接連接在一起的，即使一路電源停電，但是另一路還在供電，其N線中存在電流時(shí)，會(huì)流入另一路的N線中，導(dǎo)致停電回路N線還有電流存在，它將導(dǎo)致停電回路漏電流值超過(guò)報(bào)警設(shè)定值，使電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備報(bào)警，但實(shí)際上這是個(gè)誤報(bào)警。

在沒(méi)有安裝電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備的供電系統(tǒng)中是沒(méi)有任何問(wèn)題的,但是在安裝了電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備的供電系統(tǒng)中這個(gè)問(wèn)題就會(huì)很突出,為了解決這個(gè)問(wèn)題我們提出以下辦法:

因?yàn)閮陕饭╇姷腘線要接在一起，所以切換開關(guān)一定要采用4開關(guān)，在切換時(shí)要使N線與A、B、C三相火線同時(shí)切換，可以保證備用供電系統(tǒng)中的N線與另一路正在使用的供電系統(tǒng)的N線*分離，這個(gè)問(wèn)題也就迎刃而解了。

(3)電磁干擾

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)工作在強(qiáng)電系統(tǒng)，能否抵抗強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾是穩(wěn)定可靠工作的前提。據(jù)實(shí)地測(cè)量，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)安裝地點(diǎn)具有以下特點(diǎn)：50Hz工頻電磁場(chǎng)的強(qiáng)度很大，影響也zui大，部分場(chǎng)合還有諧波及高頻電磁波的干擾，是供電系統(tǒng)中的非線性設(shè)備和附近的手機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)器等高頻設(shè)備產(chǎn)生的。

采取把信號(hào)懸浮的方法，雙端輸入、雙端輸出，傳輸信號(hào)用的二總線采用雙絞線，可以避免50Hz交流電磁場(chǎng)的干擾。

對(duì)于諧波和高頻電磁波的干擾，采用的是“屏蔽”加“濾波”的方法。因?yàn)楦哳l干擾是外部干擾，所以首先要做好“屏蔽”，使干擾信號(hào)不能進(jìn)入電路內(nèi)部；對(duì)于沿供電電源線路進(jìn)入內(nèi)部的諧波干擾，采取在電源進(jìn)線上增加多節(jié)多頻譜濾波器的辦法予以濾除。

參考文獻(xiàn)：

[1]安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊(cè)2013.1版.

[2] 北京海博智恒電氣防火科技有限公司產(chǎn)品手冊(cè).

作者簡(jiǎn)介：

徐霜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)殡姎饣馂?zāi)監(jiān)控，: 2880157857