寧江大院電氣火災監控系統的設計及應用

徐霜
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：本文簡述了電氣火災監控系統的組成原理，分析了電氣火災監控系統在應用中的設計依據和相關規范。通過安科瑞剩余電流式電氣火災監控系統在寧江大院項目的實例介紹，闡述了電氣火災監控系統功能的實現及其重要意義。
 
關鍵詞： 電氣火災；剩余電流式電氣火災監控探測器；監控系統；Acrel-6000/Q；寧江大院；
 
0 概述
  寧江大院位于四川省都江堰市一環路與蒲陽路交匯處，開發商為都江堰橋都地產。
  本項目就是對寧江大院項目內的電氣火災監控探測器進行監控。

1 參考標準
   近年來，國家為了加大電氣火災監控防范的力度，相繼制訂或修改了一批相關標準規范，加強對電氣火災的預防。主要有：
  (1)．GB50016-2014《建筑設計防火規范》，在條文11.2.7里規定:下列場所宜設置剩余電流動作電氣火災監控系統。這些場所包括各種類型的影劇院、館所、倉庫、住宅小區、醫院、商店、學校等等。
  (2)．國家標準《建筑電氣火災預防要求和檢測方法》有關條文也明確要求“應在電源進線端設置自動切斷電源或報警的剩余電流動作保護器”。
  (3)．電氣火災監控系統的產品應滿足:GB14287.1-2014《電氣火災監控設備》、 GB14287.2-2014《剩余電流式電氣火災監控探測器》、GB14287.3-2014《測溫式電氣火災監控探測器》
  (4)．電氣火災監控系統的安裝和運行應滿足GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》
  (5)．電氣火災監控系統的供電應滿足GB50052《供配電系統設計規范》的要求
  (6)．電氣火災監控系統的設計應滿足《電氣火災監控系統的設計方法》的要求(暫行規定)
2 系統組成
  根據國家標準GB14287-2014《電氣火災監控系統》以及相關規范《電氣火災監控系統的設計方法》(暫行規定)，則電氣火災監控系統的基本組成應包括：電氣火災監控設備、剩余電流式電氣火災監控探測器以及測溫式電氣火災監控探測器等三個基本產品種類所組成。
  剩余電流式電氣火災監控系統采用分層分布式結構，由站控管理層、網絡通訊層和現場設備層組成。各電氣火災監控探測器通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協議總線型連接接入壁掛式主機。
系統組網結構

1）站控管理層
  站控管理層針對電氣火災監控系統的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統的上層部分。主要由系統軟件和必要的硬件設備，如觸摸屏、UPS電源等組成。監測系統軟件對現場各類數據信息計算、分析、處理，并以圖形、數顯、聲音、指示燈等方式反應現場運情況。
  監控主機：用于數據采集、處理和數據轉發。為系統內或外部提供數據接口，進行系統管理、維護和分析工作。
  UPS：保證計算機監測系統的正常供電，在整個系統發生供電問題時，保證站控管理層設備的正常運行。
  后臺監控設備設置在消控中心。
2）網絡通訊層
  通訊介質：系統主要采用屏蔽雙絞線，以RS485接口，MODBUS通訊協議實現現場設備與上位機的實時通訊。
3）現場設備層
  現場設備層是數據采集終端，主要為ARCM300-J1剩余式電氣火災監控探測器。ARCM300型剩余電流式電氣火災監控探測器，是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統設計的，通過對配電回路的剩余電流、導線溫度、過電流、過電壓等火災危險參數實施監控和管理，從而預防電氣火災的發生。產品采用先進的微控制器技術，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數字化，網絡化于一身，是建筑電氣火災預防監控、系統絕緣老化預估等的理想選擇。產品符合 GB14287.2-2014《電氣火災監控系統 第2部分：剩余電流式電氣火災監控探測器》的標準要求。
  現場總線連接的分布式I/O控制器構成數據采集終端，向數據中心上傳采集的數據。測量探測器擔負著基層的數據采集任務，其監測的數據必須完整、準確并實時傳送至監控主機。便于運行人員監控現場設備運行狀態，故障報警等情況，有效預防火災事故發生。

3系統特點和工作原理
  電氣火災監控系統的特點在于剩余電流監控方面屬于前期預報警系統。與傳統火災自動報警系統不同，電氣火災監控系統早期報警是為了避免損失，而傳統火災自動報警系統是為了減少損失。所以，這就是說為什么不管是新建或是改建工程項目，尤其是已經安裝了火災自動報警系統的單位，仍需要安裝電氣火災監控系統的根本原因。
  電氣火災監控系統測量剩余電流和溫度兩個物理量。
  剩余電流測量是根據基爾霍夫電流定律：在同一時刻，電路中流入和流出一個節點的電流矢量和為零。以TN-S系統為例，將A/B/C/N同時穿過剩余電流互感器，當系統未發生漏電時，流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和為零，此時，剩余電流互感器感應出的二次電流也為0;當某相對大地發生漏電，此時流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和不再為零，其大小等于從大地流走的電流即漏電流。此漏電信號通過剩余電流互感器的二次接線傳輸至電氣火災探測器，經運算放大、A/D轉換后送入CPU，經過一系列算法后，對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設定值進行比較，若超出定值則發出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災監控設備。
  溫度測量采用溫度傳感器，一般采用Pt100傳感器進行測量。該種類型的溫度傳感器測溫穩定、量程范圍大，適合在現場監測線纜溫度和環境溫度使用。當溫度發生變化時，Pt100自身阻值發生同比例變化，將該電阻信號傳輸到電氣火災探測器，經過一系列信號轉化和運算后，將結果同溫度報警定值進行比較，若超出定值則發出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災監控設備。

4 系統介紹
  Acrel-6000電氣火災監控系統是本公司自主研發的用于接收剩余電流式電氣火災探測器等現場設備信號，以實現對被保護電氣線路的報警、監視、控制、管理的運行于計算機的工業級硬件/軟件系統。本系統應用于大型商場、生活小區、生產基礎、辦公大樓、商場酒店等區域的消防控制中心，對分散在建筑內的探測器進行遙測、遙調、遙控、遙信，方便實現監控與管理。本系統采用標準的Modbus現場總線將具有通信功能的探測器相互連接起來，當現場保護線路中的被探測參數超過報警設定值時，能發出報警信號、控制信號，能指示報警部位并保存報警信息。
主要技術參數
(1).電源：                                                             
① 額定工作電壓AC220V（-15% ～ +10%）
② 備用電源：主電源欠壓或停電時，維持監控設備工作時間 ≥4小時
(2).工作制：
24小時工作制
(3).通訊方式：
RS485總線通訊，Modbus-RTU通信協議，傳輸距離1km，可通過中繼器延長通訊傳輸距離
(4).監控容量：
① 監控設備可監控200個監控單元（探測器）
② 可配接ARCM系列監控探測器
(5).監控報警項目：
① 剩余電流故障（漏電）：故障單元屬性（部位、類型）
② 溫度報警（超溫）： 故障單元屬性（部位、類型）
③ 電流故障（過流）： 故障單元屬性（部位、類型）
監控報警響應時間： ≤30s
監控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m
監控報警光顯示：紅色LED指示燈，紅色光報警信號應保持，直至手動復位
監控報警聲信號：可手動消除，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動
(6).故障報警項目：
① 監控設備與探測器之間的通訊連接線發生斷路或短路
② 監控設備主電源欠壓或斷電
③ 給電池充電的充電器與電池之間的連接線發生斷路或短路
故障報警響應時間：≤100s
監控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m
監控報警光顯示：黃色LED指示燈，黃色光報警信號應保持至故障排除
故障報警聲信號：可手動消除，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動
故障期間，非故障回路的正常工作不受影響
(7).控制輸出：
報警控制輸出：1組常開無源觸點，容量：AC250V 3A或DC30V 3A
(8).自檢項目：
① 指示燈檢查：報警、故障、運行、主電源、備用電源指示燈
② 顯示屏檢查
③ 音響器件檢查
自檢耗時 ≤60s
(9).事件記錄：
① 記錄內容：記錄類型、發生時間、探測器編號、區域、故障描述，可存儲記錄不少于2萬條
② 記錄查詢：根據記錄的日期、類型等條件查詢
(10).操作分級：
① 日常值班級：實時狀態監視、事件記錄查詢
② 監控操作級：實時狀態監視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢
③ 系統管理級：實時狀態監視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢，監控設備系統參數查詢、監控設備各模塊單獨檢測、操作員添加與刪除
(11).使用環境條件：
① 工作場所：消防控制室內、有人值班的變配電所（配電室）、有人值班的房間內墻壁上
② 工作環境溫度：0℃～40℃
③ 工作環境相對濕度：5%～95%RH
④ 海拔高度：≤2500m
基本功能
(1).監控報警功能：
  監控設備能接收多臺探測器的漏電、溫度信息，報警時發出聲光報警信號，同時設備上紅色“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，直至按顯示屏“復位”按鈕遠程對探測器實現復位。對于聲音報警信號也可以使用顯示屏“消聲”按鈕手動消除。
(2).故障報警功能：
  通訊故障報警：當監控設備與所接的任一臺探測器之間發生通訊故障時，監控畫面中相應的探測器顯示故障提示，同時設備上的黃色“故障”指示燈亮，并發出故障報警聲音。
電源故障報警：當主電源或備用電源發生故障時，監控設備也發出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。
(3).自檢功能：
  檢查設備中所有狀態指示燈、顯示屏、喇叭是否正常。
(4).報警記錄存儲查詢功能：
  當發生漏電、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據庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢方法。
(5).電源功能：
  當主電源發生停電、欠壓等故障時，監控設備可自動切換到備用電源工作，當主電源恢復正常供電時，自動切回到主電源，切換過程中保證監控設備連續平穩運行。
(6).對探測器控制功能：
  通過監控軟件操作，可對連接到本設備的所有探測器進行遠程復位控制。
(7).權限控制功能：
  為確保監控系統的安全運行，監控設備軟件操作權限分為三級，不同級別的操作員具有不同的操作權限。
結束語
  綜上所述，漏電火災報警系統能準確檢測電氣線路的故障和異常狀態，能發現電氣火災的火災隱患，及時報警提醒人員去消除這些隱患。從建筑物安全角度講，建筑物漏電火災報警系統的設計是十分重要的內容。從長遠看漏電火災報警系統可作為火災自動報警系統中的一個子系統，從而實現真正意義上的強弱電優化結合，構成完善的火災自動報警系統。

參考文獻
[1].任致程 周中. 電力電測數字儀表原理與應用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4
 [2].部沈陽消防研究所. GB 50116 - 2013 火災自動報警系統設計規范 ［S］. 北京： 中國計劃出版社， 2014
[3].部消防局. 消防安全技術實務 ［M］. 北京：機械工業出版社， 2014.