探析如何测试及防范地铁站弱电系统线路接地故障引发的风险

文、图／重庆市轨道交通（集团）有限公司 王恺

弱电系统在地铁建设领域应用非常广泛，如综合监控系统、自动消防系统、环境与设备监控系统、气体灭火系统、通信网络系统等，这些系统电流电压小，往往采用36V及以下的交流电或24V及以下的直流电。地铁站内环境复杂且特殊，接地故障是比较常见的系统故障。而地铁站内弱电系统的接地故障往往会造成系统干扰、影响运营、设备故障、财产损失、系统瘫痪甚至人员伤亡的严重后果，故弱电系统接地故障越来越多地引起人们的关注。气体灭火系统是为保护重要设备机房或电气设备而设立的消防安全系统，气体灭火系统一旦发生接地故障，不但会影响到消防安全，还有可能造成气体误喷，将会极大地影响地铁运营。本文将结合重庆轨道交通地铁站所采用的气体灭火系统，通过模拟测试及数据分析，探析弱电系统接地带来的影响和风险。

气体灭火报警系统由气体灭火火灾报警主机、现场气体灭火控制器、感烟探测器、感温探测器、放气指示灯、声光报警器、警铃、紧急启停按钮等设备组成。当防护区发生火灾时，火灾探测器探测到火灾信号并输送给控制器，控制器立即发出声、光报警信号，同时又发出联动信号（如关闭通风防火阀等），经过预先设定的30秒延时时间后，输出启动灭火系统的信号，使对应防护区的电磁启动瓶组打开，启动气体释放后打开相应的选择阀和灭火剂瓶组，释放惰性气体灭火剂，经过减压装置及管网将灭火剂喷至相应的防护区内进行灭火。

气体灭火系统运行稳定可靠，但是在接地等异常情况下产生的影响是不可控的。相对于系统设备故障、人为原因引起的异常事件，接地故障具有潜伏周期长、不易发现、突然发作等特点。弱电系统常见的接地故障是由于施工质量、产品质量以及环境变化等因素引发的带电线路同金属线管、线槽、外壳等接触造成对地短路的情况。为了深入探究气体灭火系统接地故障对系统功能的影响并找出其中存在的规律，本文将通过一系列的模拟气体灭火系统接地测试来分析接地对系统功能的潜在影响。为了确保测试数据的真实有效，本文采用无故障无报警信息，运行状况良好的气体灭火系统作为测试对象，所测试系统设备均为正常带电工作，且气体灭火控制器为自动状态。

气体灭火系统的主要线路敷设方式

气体灭火系统所采用的是综合接地方式，接地汇入地铁站接地网。总接地电阻小于1Ω，由动照专业在各气瓶间设置接地端子箱，各气体灭火控制盘至接地端子接线由本系统完成。

系统的主回路线所采用的是2×1.5mm2无卤低烟阻燃耐火双绞线，穿SC25钢管保护。系统的信号线所采用的是2×1.5mm2无卤低烟阻燃耐火铜芯线；3根以下信号线穿SC20钢管保护、3～4根信号线需穿SC25钢管保护。系统的瓶头阀、选择阀控制所采用的是2×2.5mm2无卤低烟阻燃耐火铜芯线，压力开关反馈线所采用的是2×1.5mm2无卤低烟阻燃耐火铜芯线。每个气体灭火保护区阀组控制线和压力开关反馈线合穿SC25钢管保护。系统的220V电源线所采用的是3×2.5mm2无卤低烟阻燃耐火铜芯线，接地线采用45mm2无卤低烟阻燃耐火铜芯线，每个现场灭火盘电源线和接地线合穿SC25钢管保护。系统的24V联动电源线所采用的是2×2.5mm2无卤低烟阻燃耐火铜芯线，穿SC25钢管保护。

接地点的极性和具体位置

由于测试线路较长，在线路两端分别采点，具体测试点位如下：接地点1、7为气消主机远程控制线负极首末端，2、8为正极首末端；接地点3、5选择在气体喷洒信号输入信号线负极首末端，4、6为正极首末端；接地点9、10选择在气消主机手动停止输入控制线负极、正极位置；接地点11、12选择在瓶头阀输出控制线负极、正极位置。

常见地铁站内气体灭火系统概图及接地采样点

模拟接地测试计划

所有测试线路均分正负极性。测试类型分为“单极单点接地”“单极多点接地”“双极双点接地”三类。其中一点接地，共12次；同一根线不同两点接地，共2次；不同两对线负极与负极两点同时接地，共6次；同一对线正负极同时接地，共5次；不同两对线正极与负极两点同时接地，共12次；不同两对线正极与正极两点同时接地，共6次。

模拟接地测试结果记录

测试时，将接地点同综合接地网导通，然后观察气体灭火控制器启动及报警信息，并在接地的情况下，通过手动启动的方式对系统应急功能进行测试。通过测试我们得到了详细全面的测试结果，测试记录数据如下：

测试点1至12分别单点接地，气体灭火控制器无异常；测试点3&4、5&6、5&8、6&7、6&9、6&11同时接地，气体灭火控制器气体喷洒灯亮；测试点3&5、4&6、5&7、5&9、5&11、6&8、6&10、7&9、7&11、8&10、9&11同时接地，气体灭火控制器无异常；测试点5&10、7&10、9&10、10&11同时接地，气体灭火控制器手动停止灯闪亮；测试点5&12、6&12、7&12、9&12、10&12、11&12同时接地，气体灭火控制器故障、瓶头阀灯亮；测试点7&8、8&9、8&11、8&12同时接地，气体灭火控制器延时灯亮。

结论

通过总结“测试记录数据”可以得出以下几条规律：

同一根线一点或两点接地、不同两路线负极与负极两点同时接地时均不影响系统的正常运行。这是因为在直流系统中，直流正、负极对地是绝缘的，在发生一极接地时由于没有构成接地电流的通路而不引起任何危害；

当两点接地时，其中如果有一正极接地，那造成误动作的概率为50%。这是由于大部分控制继电器线圈均接负极电源若这些回路再发生正极接地就有造成继电保护误动作的可能；

在所有模拟接地测试时气消主机对测试项均无报警提示；

接地故障并不影响气体灭火控制器手动启动功能的正常使用。

综上所述，一极接地故障在气体灭火控制器和气消主机上均没有直接体现出来，接地故障的危害性是不可控的，一旦暴露出来很可能会造成意外损失或其他危害事故。因此气体灭火系统在回路接地情况下带病工作是不允许的。为了减少因接地等常见隐蔽故障造成的系统干扰、系统故障、系统瘫痪等危害，通常情况下我们可以在以下几个阶段，通过采取必要的措施来进行防控。

施工阶段

不同系统、不同电压等级、不同电流类别的线路，不应穿在同一管内或线槽的同一槽孔内。回路线、电源线、控制线应单独穿管敷设，管内导线的总截面积（含保护层）不应超过管内截面积的40%。

导线在管内或线槽内，不应有接头或扭结。导线的接头，应在接线盒内焊接或用端子连接。所有线缆应良好接地，并做好防雷措施。

从接线盒、线槽等处引到探测器底座盒、控制设备盒的线路均应加防火金属软管保护，其长度不应大于1m。

必须严格把控弱电系统按照设计要求开展施工，以及严格把控施工工艺。

严格按照规定开展系统的单调及联调测试，并形成完整的测试记录。

维护阶段

工作人员应在日常维护管理工作中加强对弱电系统设备的巡查，特别是对系统的事件记录日志进行定时清查，发现隐患第一时间上报处理。

认真做好各弱电系统的计划性维护作业计划，严格按照作业要求开展系统设备的检修检测，应在日常维护管理工作中加强对弱电系统设备的计划性检修质量。

如果发现弱电系统出现控制线、信号线路有接地短路等情况的发生，应第一时间组织力量追根溯源消除安全隐患。

建立完善的故障报修管理及分析系统。

培训教育

加强对工作人员及维保人员的安全教育培训，强化弱电系统安全责任意识。

加强对工作人员及维护人员的系统运行原理及维护技能的教育培训，强化其对系统设备工作原理的认知，提升故障处理技能。