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淺談電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通的產(chǎn)品選型與應(yīng)用
閱讀：512 發(fā)布時間：2022-11-1
摘要：本文以電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)作為切入點，簡要敘述電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理與系統(tǒng)構(gòu)成,，論證系統(tǒng)在軌道交通工程中的應(yīng)用必要性,。隨后，探討電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在具體場景中的實際應(yīng)用情況,，提出電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用建議,。旨在加大電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代軌道交通工程中的應(yīng)用推廣力度，打破系統(tǒng)應(yīng)用期間遇到的阻力,，確保系統(tǒng)功能效用得以充分發(fā)揮,。
關(guān)鍵詞：電氣火災(zāi)；監(jiān)控系統(tǒng),；軌道交通
0 前 言
當(dāng)前城市化發(fā)展步伐加快,，我國軌道交通事業(yè)得到長足發(fā)展，城市軌道交通總運營里程,、軌道交通線路,、客運量等多項指標(biāo)位居世界前列。與此同時,，在現(xiàn)代軌道交通工程中,，搭建大量的電氣設(shè)備，受到設(shè)備老化,、外部環(huán)境等因素影響,，電氣設(shè)備運行期間偶爾出現(xiàn)電氣故障或電氣 火災(zāi)事故，存在安全隱患,，這對電氣火災(zāi)監(jiān)控能力提出了更高的要求,。如何預(yù)防電氣火災(zāi)事故的出現(xiàn),，以及對電氣火災(zāi)監(jiān)控能力、應(yīng)急處置能力的強化,，是關(guān)乎軌道交通行業(yè)發(fā)展的重要問題,，本文就此開展研究。
1電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)概述
(1)監(jiān)控原理
電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用到信息傳感,、自動報警與遠程控制等多項技術(shù),，在軌道交通工程中布置若干探測裝置，持續(xù)采集電流,、電壓,、工作溫度、煙霧濃度等參數(shù),，對比實時監(jiān)測值與預(yù)設(shè)整定值,，在二者偏差超過限定范圍，或是在視頻圖像中提取到明火,、有色煙霧等特征值時,，由監(jiān)控主機自動發(fā)送消防報警信號,，將問題反饋至運營單位與消防局等部門機構(gòu),，為消防救援、人群疏散爭取寶貴時間,。此外,，還可以在系統(tǒng)中增設(shè)聯(lián)動控制功能，接入通信廣播,、應(yīng)急照明,、閘機控制、自動噴淋滅火等子系統(tǒng),，在確定出現(xiàn)電氣火災(zāi)事故后,，基于程序運行準(zhǔn)則，向子系統(tǒng)下達控制指令,，如通信廣播系統(tǒng)循環(huán)播報火情信息,、啟動應(yīng)急照明燈具與地面安全指示燈、啟動消防電源,、開啟閘機,、啟動噴頭向火災(zāi)蔓延區(qū)域噴水來撲滅初期火勢。
(2)系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)主要由探測器,、藍牙數(shù)據(jù)集中器,、通訊總線和監(jiān)控主機 4 部分組成,。第一，探測器負責(zé)持續(xù)采集電氣設(shè)備與現(xiàn)場環(huán)境的參數(shù)值,，如環(huán)境溫度,、煙霧濃度、電流值,、電壓值等參數(shù),，并將現(xiàn)場監(jiān)測信號向上傳輸,。第二，藍牙數(shù)據(jù)集中器被布置在現(xiàn)場,，負責(zé)對一定范圍內(nèi)探測器發(fā)送的監(jiān)測信號進行接收,，經(jīng)過匯總整理等簡單處理后發(fā)送至通訊總線。第三,，通訊總線負責(zé)在后臺監(jiān)控主機與現(xiàn)場探測設(shè)備間建立溝通橋梁，持續(xù)把現(xiàn)場檢測信號發(fā)送至監(jiān)控主機,，并向數(shù)據(jù)集中器和探測器傳達控制指令。第四,，監(jiān)控主機負責(zé)執(zhí)行數(shù)據(jù)篩選,、圖形處理、運算分析等任務(wù),，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測信號來描述電氣設(shè)備與電氣系統(tǒng)運行狀況,，判斷是否存在火災(zāi)隱患和出現(xiàn)火災(zāi)事故,，確定火災(zāi)出現(xiàn)后控制報警器發(fā)送報警信號,。
2 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通中的應(yīng)用必要性
在軌道交通運營期間，受到電氣設(shè)備老化,、錯誤操作,、外力碰撞等因素影響，偶爾出現(xiàn)電氣火災(zāi)事故,，如配電系統(tǒng)漏電與短路引發(fā)的火災(zāi),、用電設(shè)備長時間過載運行引發(fā)的火災(zāi)、封閉式電纜橋架內(nèi)部溫度過高引發(fā)的火災(zāi),，這類火災(zāi)具有突發(fā)性,、蔓延迅速、易形成大面積燃燒的特征,。與此同時，早期軌道交通工程中采取人工巡查方式,，由工作人員定期對電氣設(shè)備狀況進行檢查,，測量記錄運行參數(shù),，在檢查到短路,、斷路等故障問題時上報至維護中心,，其前往現(xiàn)場檢修故障設(shè)備，或是在發(fā)現(xiàn)火災(zāi)事故后通過按下消防報警器等方式上報問題,，這一模式存在火災(zāi)事故發(fā)現(xiàn)不及時、實際巡查范圍小,、難以掌握全部電氣設(shè)備實時工況的局限性,。相比之下,，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)有著很高的自動化水平，改變了舊有的電氣火災(zāi)監(jiān)控方式,，可以替代人工完成參數(shù)記錄、設(shè)備狀態(tài)檢查,、火災(zāi)報警等工作，既簡化了流程步驟與減輕工作負擔(dān),，同時，也可以第一時間發(fā)現(xiàn)和上報電氣火災(zāi)事故,，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果來排查是否存在電氣火災(zāi)隱患,，起到?jīng)Q策支持作用，幫助管理人員采取改進措施,，盡可能消除全部的火災(zāi)隱患,。簡單來講,，在軌道交通工程中,，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)價值體現(xiàn)在快速報警,、隱患排查,、設(shè)備遠程監(jiān)控、統(tǒng)一管理等方面,。
3 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通中的主要應(yīng)用場景
(1)遠程控制
在軌道交通電氣系統(tǒng)運行期間，如果排查到火災(zāi)安全隱患,，或是出現(xiàn)電氣參數(shù)異常波動等情況,，工作人員在火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)上下達相應(yīng)控制指令，經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)或是通信線路,，把指令傳達至目標(biāo)設(shè)備,，帶動設(shè)備機械部分開展動作，調(diào)節(jié)電氣參數(shù)或是切換設(shè)備運行模式,，實現(xiàn)遠程控制目標(biāo),。從火災(zāi)防控角度來看，對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可以幫助工作人員第一時間對所發(fā)現(xiàn)安全隱患,、電氣故障采取有效控制措施,，如切斷故障部分和非故障部分連接、調(diào)節(jié)電壓電流值等參數(shù),，短時間內(nèi)消除隱患,，或是將火災(zāi)蔓延范圍控制在一定程度內(nèi)，避免在工作人員前往現(xiàn)場期間導(dǎo)致電氣故障加劇,、提前發(fā)展成火災(zāi)事故,。同時，在所采取控制措施未起到預(yù)期作用,、仍舊出現(xiàn)電氣故障和火災(zāi)事故的情況下,，由于工作人員遠程下達控制指令,，無需抵達現(xiàn)場，不會危及到工作人員的人身安全,。
(2) 電氣保護
電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)同時具備遠程控制、參數(shù)調(diào)節(jié),、火災(zāi)報警等使用功能,，既可以幫助工作人員迅速發(fā)現(xiàn)與處理火災(zāi)事故，還可以通過參數(shù)調(diào)節(jié),，將火災(zāi)事故消弭于無形,。例如，在電氣保護場景,，在系統(tǒng)中增設(shè)剩余電流,、過電流、溫度,、超壓與欠壓的保護功能,，實時對比監(jiān)測值和整定值，在二者誤差超標(biāo)時判斷出現(xiàn)電氣故障,，基于程序運行準(zhǔn)則，根據(jù)故障類型與位置來下達相應(yīng)控制指令,，采取保護動作,，如在檢測到剩余電流值超標(biāo)時切斷供電電源，在檢測到短路故障時向探測器發(fā)送脫扣信號,，在檢測到電流值異常波動時控制電流互感器開啟常閉節(jié)點來吸合電流。
(3) 消防報警
在消防報警場景中,，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)采取對比實時監(jiān)測量與整定值的判定方式持續(xù)采集工作溫度等參數(shù)的測定值,，把測定值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號發(fā)送至監(jiān)控主機,，如果測定值超過或是低于整定值,，且二者偏差程度超過允許區(qū)間，系統(tǒng)自動判定為出現(xiàn)電氣故障或是電氣火災(zāi)事故,，根據(jù)測定值偏差程度觸發(fā)不同等級的報警程序,，如單獨記錄報警信息和閃爍報警指示燈，或是額外啟動報警蜂鳴器,，并在系統(tǒng)界面上以電子地圖的形式顯示報警位置,，輸出報警報告。此外,，在現(xiàn)場環(huán)境條件,、電氣設(shè)備規(guī)格型號,、設(shè)備數(shù)量等要素發(fā)生變動時,，工作人員可以對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的報警整定值、響應(yīng)靈敏度進行調(diào)整,。
(4) 隱患排查
在隱患排查場景中,，一方面，由系統(tǒng)持續(xù)對電氣設(shè)備運行參數(shù)和現(xiàn)場環(huán)境條件進行監(jiān)測,，根據(jù)實時監(jiān)測結(jié)果來繪制可視化圖表,，幫助工作人員直觀、掌握電氣系統(tǒng)運行狀況,。同時,，對比實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)，如果檢測到參數(shù)曲線變化趨勢與電氣故障期間數(shù)據(jù)變化曲線的相似度達到一定標(biāo)準(zhǔn),，則在監(jiān)控報告中標(biāo)記可能存在的電氣火災(zāi)隱患,，工作人員根據(jù)報告內(nèi)容開展進一步的排查工作，消除潛在隱患,，提前預(yù)防電氣故障與電氣火災(zāi)事故的出現(xiàn),。另一方面，在系統(tǒng)中設(shè)立若干的自檢信號,，定期對監(jiān)控主體,、通信總線、藍牙數(shù)據(jù)集合器、探測器與報警器等硬件設(shè)備的運行狀態(tài)加以檢查,，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障,，避免因此影響到電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)使用功能的正常發(fā)揮。
4 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通中的應(yīng)用建議
(1) 監(jiān)控主機選型
要求所選用監(jiān)控主機具備完善的使用功能,，可以滿足不同場景下的操作需求和電氣火災(zāi)監(jiān)控要求,，一般情況下，監(jiān)控主機具備實時報警,、分區(qū)監(jiān)控,、故障自動巡檢、優(yōu)先報警,、圖形顯示,、在線干預(yù) 6 項基本功能。實時報警是在出現(xiàn)電氣故障或電氣火災(zāi)后的 15s 以內(nèi)發(fā)出聲光報警,，提醒工作人員,，必要時引導(dǎo)車站內(nèi)滯留乘客安全疏散，如果火災(zāi)報警時間超過這一標(biāo)準(zhǔn),，容易造成火災(zāi)迅速蔓延,、電氣設(shè)備大面積燒損、出現(xiàn)人員傷亡的嚴(yán)重后果,。分區(qū)監(jiān)控是在軌道交通工程中劃分若干監(jiān)控區(qū)域或等級,，分別制定各區(qū)域/等級的火災(zāi)報警整定值，充分兼顧不同區(qū)域環(huán)境條件與電氣設(shè)備規(guī)格型號,。故障自動巡檢是對探測器,、報警器與監(jiān)控主機自身等系統(tǒng)設(shè)備的運行工況進行檢查，判斷是否存在故障問題,，或是探測器探測精度不達標(biāo),。優(yōu)先報警是在主機接收到多個監(jiān)控節(jié)點出現(xiàn)異常狀況時，進行邏輯分析,，根據(jù)問題嚴(yán)重程度,、事件發(fā)生時間等信息來排序，優(yōu)先提交重大事件的報警信號,。圖形顯示功能是把所采集監(jiān)測信號,、下達控制指令與監(jiān)控結(jié)果以可視化圖形方式在系統(tǒng)界面顯示，幫助工作人員直觀了解電氣系統(tǒng)運行狀態(tài)和火災(zāi)情況,。在線干預(yù)是在監(jiān)測到電氣設(shè)備異常運行時,，工作人員可以通過監(jiān)控主機對電氣設(shè)備進行聯(lián)動控制，遠程下達參數(shù)調(diào)節(jié)等控制指令,，迅速恢復(fù)電氣設(shè)備的正常運行工況，避免電氣故障發(fā)展為電氣火災(zāi)事故。
(2)探測器選型設(shè)計
首先,，綜合分析監(jiān)控參數(shù)種類,、探測器安裝區(qū)域、電氣設(shè)備種類等因素,，合理選擇探測器型號款式,。例如，以母聯(lián)柜,、饋線回路斷路器接頭作為探測對象時,，優(yōu)先配置測溫型探測器，搭載 6 個以內(nèi)的測溫探頭,，通過等電位方式探測接頭工作溫度,。在以低壓饋線回路作為探測對象時，配置剩余電流型探測器,，持續(xù)監(jiān)測回路中的剩余電流值,。而在以母線電纜或是電纜夾層作為探測對象時，則配置感溫光纖型探測器,，持續(xù)向外發(fā)射脈沖激光束,，根據(jù)光子散射情況與熱運動特征值來判斷工作溫度。其次,，合理選擇探測器安裝位置,，優(yōu)先在室內(nèi)頂棚等空曠、開闊部位安裝探測器,，根據(jù)實際探測范圍來設(shè)定探測器數(shù)量,、臨近探測器間隔距離，確保探測器可以有效感知探測范圍內(nèi)的現(xiàn)場環(huán)境,，避免因視線遮擋而形成探測盲區(qū),。而對于開關(guān)柜、環(huán)控柜等柜體內(nèi)部安裝的探測器,，則根據(jù)柜內(nèi)設(shè)備,、線路分布情況來選擇合理的安裝位置，在柜內(nèi)預(yù)留出充足的安裝空間,。最后,，考慮到軌道交通火災(zāi)監(jiān)控參數(shù)種類較多，包括工作溫度,、電流,、電壓、電阻等數(shù)十種參數(shù),，如果在軌道交通現(xiàn)場同時布置單一參數(shù)種類的探測器,，不但會增加系統(tǒng)建設(shè)成本,，布置過多的探測器，同時還面臨著探測器安裝空間有限,、各類探測器與電氣設(shè)備相互干擾,、形成復(fù)雜電磁環(huán)境等問題。對此,，需要優(yōu)先選用一體式監(jiān)控探測器,，這類探測器可以同時對若干參數(shù)進行監(jiān)測采集，還具備火災(zāi)報警功能,，在探測到明火,、煙霧或是采集異常監(jiān)測信號后自動發(fā)送報警信號，無需在現(xiàn)場額外加裝火災(zāi)報警器,，有利于簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),、降低系統(tǒng)建設(shè)成本。
(3) 整定值設(shè)置
如何保證電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時,、準(zhǔn)確的匯報電氣火災(zāi)事故,，同時，避免出現(xiàn)火災(zāi)誤報,、漏報問題,，是決定系統(tǒng)應(yīng)用價值能否得以發(fā)揮的關(guān)鍵。對此,，工作人員可以從整定值設(shè)置角度著手,，對軌道交通電氣設(shè)備數(shù)量、種類,、現(xiàn)場環(huán)境條件,、短路等電氣故障表現(xiàn)形式等因素加以綜合分析，借鑒同類項目監(jiān)控案例,，嚴(yán)格遵循《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50116-2013）規(guī)定,，準(zhǔn)確計算電流、電壓,、接頭溫度等監(jiān)控指標(biāo)的較好整定值,。例如，在某軌道交通工程中,，把泄漏電流整定值設(shè)定為 300mA 與 500mA,，如果泄漏電流超過 300mA，系統(tǒng)將記錄報警信息和閃爍報警信號燈,，直至電流值低于 300mA 后恢復(fù)預(yù)警回路,。同時，在泄漏電流值超過500mA 時,，額外啟動報警蜂鳴器,，在故障解除或電流值低于 300mA 時自動關(guān)閉蜂鳴器,，也可由工作人員手動關(guān)閉。
(4)應(yīng)用人工智能技術(shù)
目前來看,，在軌道交通工程中,，所構(gòu)建電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)普遍存在自動化程度有余、智能化程度不足的問題,，主要負責(zé)完成參數(shù)測量、火災(zāi)報警,、設(shè)備參數(shù)調(diào)節(jié)等基礎(chǔ)性任務(wù),，仍舊需要工作人員深度參與到火災(zāi)監(jiān)控工作當(dāng)中，完成一些決策型工作,，如判斷火災(zāi)等級,、預(yù)測火勢蔓延情況等。對此,，需要在電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用到人工智能技術(shù),，使系統(tǒng)具備強大的決策分析能力，面對突發(fā)狀況時,，可以模擬人類思維方式進行決策判斷,。例如，在出現(xiàn)電氣火災(zāi)事故后,，系統(tǒng)根據(jù)各監(jiān)控節(jié)點上報數(shù)據(jù),，預(yù)測未來一段時間火勢的蔓延擴散區(qū)域、蔓延速度,。
5 安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)
（1）概述
Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng),，是根據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數(shù)字化獨立運行的系統(tǒng)，已通過國家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的消防電子產(chǎn)品試驗認(rèn)證,，并且均通過嚴(yán)格的EMC電磁兼容試驗,，保證了該系列產(chǎn)品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運行，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)并在全國得到廣泛地應(yīng)用,。該系統(tǒng)通過對剩余電流,、過電流、過電壓,、溫度和故障電弧等信號的采集與監(jiān)視,，實現(xiàn)對電氣火災(zāi)的早期預(yù)防和報警，當(dāng)必要時還能聯(lián)動切除被檢測到剩余電流,、溫度和故障電弧等超標(biāo)的配電回路;并根據(jù)用戶的需求,，還可以滿足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺或火災(zāi)自動報警系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)交換和共享。
（2） 應(yīng)用場合
適用于智能樓宇,、高層公寓,、賓館,、飯店、商廈,、工礦企業(yè),、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生,、金融,、電信等領(lǐng)域。
（3 ）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4 ）系統(tǒng)功能
監(jiān)控設(shè)備能接收多臺探測器的剩余電流,、溫度信息,，報警時發(fā)出聲、光報警信號,，同時設(shè)備上紅色“報警"指示燈亮,，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間,，聲光報警一直保持,，直至按設(shè)備的“復(fù)位"按鈕或觸摸屏的“復(fù)位"按鍵遠程對探測器實現(xiàn)復(fù)位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲"按鍵手動消除,。
當(dāng)被監(jiān)測回路報警時,，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設(shè)備,，當(dāng)報警消除后,，控制輸出繼電器釋放。
通訊故障報警：當(dāng)監(jiān)控設(shè)備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障或探測器本身發(fā)生故障時,，監(jiān)控畫面中相應(yīng)的探測器顯示故障提示,，同時設(shè)備上的黃色“故障"指示燈亮，并發(fā)出故障報警聲音,。電源故障報警：當(dāng)主電源或備用電源發(fā)生故障時,，監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應(yīng)的界面查看詳細信息并可解除報警聲響,。
當(dāng)發(fā)生剩余電流,、超溫報警或通訊、電源故障時,，將報警部位,、故障信息、報警時間等信息存儲在數(shù)據(jù)庫中,，當(dāng)報警解除,、排除故障時，同樣予以記錄,。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷,、快速的查詢方法,。
（5） 配置方案
6 結(jié)語
綜上所述，為迅速撲滅初期火勢,，減少電氣火災(zāi)事故出現(xiàn)的次數(shù),，保證城市軌道交通運營安全。運營主管部門在軌道交通工程中搭建電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng),，重點考慮監(jiān)控主機選型,、探測器選型、整定值設(shè)置等系統(tǒng)應(yīng)用問題,，搭配使用人工智能技術(shù),，在遠程控制、電氣保護,、消防報警、隱患排查等場景中做到對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的落地應(yīng)用,，為軌道交通事業(yè)的發(fā)展保駕護航,。
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