消防设备电源监控系统的重要性与应用

王心定， 张 祥， 赵孔壮， 张 玥

(1中国建筑西北设计研究院有限公司，西安710018；2安科瑞电气股份有限公司，上海201801)

根据公安部2017～1至10月全国火灾统计数据:全国共接报火灾21.9万起，亡1065人，伤679人，已核直接财产损失26.2亿元，与去年同期相比，分别下降21.3%、17.7%、29.9%和24.7%。其中，发生较大火灾50起，比去年同期减少7起，下降12.3%；发生重大火灾3起，去年同期未发生特别重大火灾。由数据可知，较上一年度，火灾发生率有所下降、火灾发生后人民生命财产损失下降，这些很大程度上得益于国家政府对消防监管的加强、科技的创新与投入，以及消防设备设施的正常布局与应用。

虽然在建筑的设计建设初期就对建构筑物设置了火灾前与火灾中的各类报警与灭火设备设施，但在真正发生火灾时，依然给社会造成了生命和财产的损失，其中有很多案例是因为消防设备设施长期处于未供电状态，或者处于半瘫痪供电状态运行，发生火灾不能投入运行，或者运行几分钟内出现故障而终止运行，使得初期设置的防火灭火设施形同虚设。现代建筑中有针对性的消防子系统种类繁多，在建筑物内的分布分散，老旧的人力值班签到检查电源的工作状态，不仅耗费人力财力，而且数据不能体现消防设备电源真正的状态，可靠性低。因此，针对消防设备设施种类繁多而不能统一有效监管的问题，引入了消防设备电源监测系统，从而更加集中、智能、全方位地对各类消防设备电源进行不间断监测，间接性保障了消防设备设施的正常运行。

1 消防设备电源监控系统设计依据

1.1 GB 25506-2010《消防控制室通用技术要求》

该标准在2011年7月1日实施，规定消防控制室内必须安装消防设备电源监控器，同时消防设备电源应能显示被检测消防用电设备的供电主电源与备用电源的工作状态和故障报警信息，并可将信息上传给消防控制室图形显示装置。

1.2 GB 28184-2011《消防设备电源监控系统》

该标准于2012年8月1日实施，针对消防电源监控系统做出明确规定，消防电源监控系统是“用于监控消防设备电源的工作状态，在电源发生过压、欠压、过流、缺相等故障时能发出警报的监控系统，由消防设备电源状态监控器、电压传感器、电流传感器、电压/电流传感器等部分或者全部设备组成”，并强制规定了消防电源监控系统的基本功能、试验和检验规则等内容。可归纳为以下几点。

(1)监控器的供电电源技术要求

额定工作电压AC 220V(85%～110%)；备用电源:主电源欠压或停电时，维持监控设备工作时间≥8h。

(2)系统故障技术要求

主程序故障，程序不能正常运行:系统故障响应时间≤10s；系统故障声压级(1 m处)≥65dB(A)，≤115 dB(A)；系统故障光显示:黄色LED指示灯，黄色光故障报警信号应保持，直至手动复位；系统故障声信号:可手动消除，当再次有故障信号输入时，能再次启动。

(3)其他故障技术参数要求

1)状态监控器与传感器之间的通讯连接线发生断路或短路。

2)状态监控器主电源欠压或断电。

3)给电池充电的充电器与电池之间的连接线发生断路或短路。

4)电压故障(欠压、过压、错相):故障单元属性(部位、类型)。

5)电流故障(过流):故障单元属性(部位、类型)。故障响应时间:≤100s；监控声压级(1m处):≥65dB(A)，≤115 dB(A)；监控故障光显示:黄色LED指示灯，黄色光报警信号应保持至故障排除；其他故障声信号:可手动消除，当再次有报警信号输入时，能再次启动；故障期间，非故障回路的正常工作不受影响。

(4)自检功能技术要求:指示灯检查:运行、电源、消音、系统故障、其他故障指示灯；显示屏检查；音响器件检查；自检耗时≤60s。

(5)事件记录技术要求:记录内容:记录类型、发生时间、传感器编号、区域、故障描述，可存储记录≥2万条；记录查询:根据记录的日期、类型等条件查询。

(6)操作分级技术要求:日常值班级:实时状态监视、事件记录查询；监控操作级:实时状态监视、事件记录查询、传感器远程复位、设备自检；系统管理级:实时状态监视、事件记录查询、传感器远程复位、设备自检，消防设备电源状态监控系统参数查询、消防设备电源状态监控器各模块单独检测、操作员添加与删除。

1.3 10CX504国标图集《消防设备电源监控系统》

主要对现场消防设备电源关键监测点、系统的组网、各类建筑的不同配置方案等做了图例参考，以便于在实际中更好地应用。

2 消防设备电源监控系统与产品

2.1 系统的组成

在建构筑物内的大部分重要的消防设施距消防中心较远，如喷淋泵、消火栓泵、排烟风机，而这些又是火灾时最重要的排烟灭火设施，这就需要利用传感器对这些设备的电源状态进行有效地监控，通过传感器实时监测这些消防设备的电压、电流状态，并将采集到的信息回传给消防设备电源监控主机，并对设备的故障类型(过压、欠压、过流等)进行报警。根据现场消防设备的多样性，消防设备的供电又分为单相、三相，电压、电流检测。因此传感器应可采集以上电源类型，并通过RS485或二总线的通讯方式，将采集到的信息传给消防控制室，以便消防控制室值班人员统一管理。有效构成一个完整的消防设备电源监控系统。

2.1.1 消防设备电源监控器

监控器可采用入柜式或壁挂式的安装方式，一般安装在消防控制室，若现场无消防控制室，可安装在有人值班的配电房或值班室内。监控器所监测的消防设备供电电电源的运行状态、故障信息、位置信息、电压电流等参数进行数据的跟踪采集、存储、分析。通过人机交互界面，将消防设备电源的数据信息汇总显示，同时发出声光等提示，方便控制室值班人员进行管理和监控。为了方便查询记录，还应具有打印等功能，对打印的资料进行存档保护。监控主机可针对不同类型的监测电源设置不同的预警阈值。监控器还应设置明显的面板指示灯，对于故障、报警、消音等不同的信息，应有不同的指示灯显示，方便与值班人员直观的对主机监控的状态进行实时掌握。对于监控器的操作权限也应该分级设置，以免非专业人员对其误操作，造成系统状态的故障。

2.1.2 电压、电流传感器(监测模块)

由于现场消防设备的电源状态不同，可通过选择不同的传感器对不同的消防供电设备进行检测。传感器一般可分为以下几种。

(1)两路三相交流电压检测传感器:多用于检测进线的主备电源状态，一般用在风机、泵类等设备末端电源箱的进线端(即ATS双切开关前端)。

(2)一路三相交流电压和一路三相交流电流检测传感器:多用于检测回路的电压和电流状态，一般用在ATS双切开关前端或者重要风机、泵类回路的出线端。

(3)多路单相交流电压和电流检测传感器:多用于检测出线回路的电压和电流状态，一般用应急照明出线回路。

2.1.3 区域分机

若现场楼层比较多，距离比较远，现场传感器会出现信号衰弱和诸多通讯故障问题。对于此类系统，当距离较远，而且远距离建筑物内所包含的点位较多时，宜采用增加区域分机，增加通信距离同时，也增加了系统的稳定性，解决了由于距离远或者分布比较散而引起的信号输出衰弱的问题。

2.2 传感器选型

传感器一般设置在最末一级配电箱的自动切换装置双电源的进线处，主要检测消防用电设备的主备电源。传感器的选型可参照下表1。

表1 传感器监控的消防设施[3]

3 消防设备电源监控系统的设计

10CX504《消防设备电源监控系统》中，为各类建筑提供了比较详尽的参考图例与设计思路。图1是最初设计时选用的通讯为RS485通讯，还需要专门提供一路DC 24V直流电源供电。近些年随着技术的创新与发展，越来越多的设备厂商对其进行了优化与更改，采用二总线通讯，如图2所示，二总线设备不仅节约了材料和施工成本，而且系统所载的点位数目更多、通信距离更远，系统的稳定性也随之提高。

图2 消防设备电源RS485通讯系统图

3.1 施工要求

(1)消防设备电源监控系统主机应安装在消防控制室，未设消防控制室时，应设置在有人值班的场所。监控器的主电应引自消防回路，监控器自备备用电源。监控器与传感器之间、传感器与传感器之间采用RS485或二总线进行通讯连接。

(2)传感器一般需要单独配置专用的配电箱，安装在被检测的消防供电设备附近，特殊情况下，可直接安装在消防配电箱内，并在传感器模块安装附近有清晰的红色标识，但严禁传感器跨柜监测。

(3)传感器安装前，应先检查设备是否完整，零部件有无缺失，并上电测试。对传感器模块进行相应比例的抽检，查看型号名称是否一致，有无破损件。

(4)当监测设备与现场最远的传感器之间的距离＞500m时，对于RS485通讯的设备:一般在总线末端并接匹配电阻，提高回路的通讯质量。对于二总线的主机设备可以采用增加区域分机进行配置。

(5)监控主机与传感器之间的通信线选型应符合国家相应规范。监控主机电源线宜采用阻燃或者耐火的3×2.5mm2电缆，监控主机与传感器之间的通信线线径宜采用阻燃或者耐火的2×2.5mm2屏蔽双绞线，对于二总线通讯的联网分机，CAN总线的选择应注意考虑传输距离产生的压降，宜采用2×2.5mm2阻燃或者耐火屏蔽双绞线。具体线缆选型应按照建筑物实际的设计要求，确定线缆的耐火等级。

(6)消防设备电源监控系统的设置不应影响供电系统的正常工作，不宜自动切断供电电源。

3.2 设备的安装与接线

3.2.1 安装与接线图

(1)采用RS485通讯消防设备电源监控系统图详见图1。

(2)目前比较主流的二总线消防设备电源监控系统图详见图2。

(3)单相交流电源和直流电源电压监测详见图3，主要对消防室内主机(如气体灭火、消防电话通讯系统、泡沫灭火、水泡灭火等)的供电电源进行监控。

(4)图4为三相四线双电源电压监测，通过一个双路三相电压传感器模块监测消防设备电源双切开关处两路主备用电源的电压。图4中传感器的DO输出方式为无源干接点输出，可以为断路器、继电器提供控制信号，在传感器发生报警故障时，将电源与设备断开，但通常情况下不宜接入，因为消防设备平时是不启用的，启用时说明已经发生火灾，这个时间点是灭火时刻，要保障消防设备的正常运行，而不应中断它的电源，使其不工作。

(5)图5为三相四线双电源电压、电流监控电路图。通过一个两路三相电压传感器监测主模块结合一个监测电流传感器从模块，监测了双电源两路电压，同时监测了双切出线端的一路电流。

(6)图6为消防电梯房配电柜电路原理图。消防电源监控系统传感器模块监测了配电电源双开入线端的来电电压、双开出线电压电流以及电梯配电箱的电压电流。

(7)图7为楼层应急照明电源和防火卷帘门电源的监控图。

由图1～7可以看出，按照规范要求对一些重要配电箱的下一级电路进行了分路监测，如消防电梯、防火卷帘门、应急疏散照明等。

图3 一路单相交流电源和一路直流电源电压监测电路图

图4 三相四线双电源电压监测电路图

3.2.2 系统调试与维护

系统在开机调试前应做好各方面的准备工作，监控器通电，连接现场所包含的各类传感器一只，进行故障、报警、联动、消音、自检、复位、打印机功能试验，当监控器和各传感器能正常实现其功能时，才能进行整体的联调。对于整体联调应注意以下几方面。

(1)首先要确保系统的用线是否满足要求，现场通讯线的连接不应出现断路、短路的情况，确保正常，符合设计要求后，分区域、分步骤的接入相应的回路端口。

(2)用专用仪器仪表完成对地绝缘电阻的测试，绝缘电阻要＞50MΩ。确保无异常，符合设计要求后，分区域、分步骤的接入相应的监测回路端口。

图5 三相四线双电源电压电流监测电路图

图6 消防电梯监测电路图

(3)现场线路检查完后，若没问题，则可进行通电测试，上电后检测模块是否运行正常，并用万用表测量各回路的电压是否正常。

(4)若上电后，仪表正常工作，即可对传感器进行地址设置、报警参数设置等操作。

(5)现场仪表通讯调试完成后，即可对现场传感器的基本功能进行测试，可以做故障报警测试、通讯中断测试等。末端设备要抽查，以确保系统功能可靠、稳定。

(6)关于设备的维护，在保证安全的情况下，定期对监控器与传感器模块做除尘、防潮的清洁保养。定期检查线路接线端，检查有无端在松动、接线脱落的情况。有计划的制定系统稳定性与灵敏性的测试，测试各传感器的功能是否正常。

图7 防火卷帘、应急疏散照明监测电路图

4 结束语

当今绝大多建构筑物都设计配置了最基本的消防设备设施，如果把消防设备的供电电源比作消防系统的“血液”，那消防设备电源监控系统就是消防系统的“血压计”，如何能掌握这些消防设备设施的“血液”供给是正常的，就需要“血压计”实时监测发送数据，为处理故障问题提供准确的参考依据。在应用中应严格参照相关的规范标准，结合现场的实际情况，选取优质的产品，配置合理有效的系统方案，确保消防电源监控系统对整个消防系统在供电电源监控的有效性。