城市轨道交通电气火灾监控系统的应用

俞洁辉

浙江华展研究设计院股份有限公司 浙江 宁波 315000

改革开放至今，随着我国经济快速发展，各大城市轨道交通数量也在不断增加。然而，现行城市轨道交通安全防范措施中对电气火灾早期预警工作缺少系统制度。根据我国城市轨道交通工程建设现状，在城市轨道交通工程建设中应有效配置消防监控系统，通过有效布置电气火灾监控系统使城市轨道交通线路降低发生电气火灾事故的危险。对此，文章以城市轨道交通电气火灾监控系统的应用进行讨论，以期为广大学者提供理论参考及帮助。

1 城市轨道交通电气火灾监控系统特征

城市轨道交通场所具有人员密集、人员流动速度快、设施复杂、投资金额大的特征，如城市轨道交通场所发生火灾或出现停电、高温、混乱甚至是爆炸等现象，不仅对城市轨道交通工作人员和乘客生命财产安全构成严重威胁，还会对设施安全、财产安全等造成严重威胁，甚至还会危及到经济、政治和环境安全，对社会秩序稳定和社会发展造成影响。

城市轨道交通火灾监控系统设计和布置能够有效地预防、监控和警示城市轨道交通火灾发生，其报警功能应该设定分级报警功能与电力设备进行联动，可以设置跳闸功能。对于初级报警可由工作人员进行人工关闭，之后再派遣专业人员对其进行检测和处理。初级报警功能也叫预警功能，与传统火灾报警不同，是在火灾发生后报警以求减少损失的功能，其主要目的是对火灾进行预防、预测或预警。

从应用特征上来看，城市轨道交通电气火灾监控系统应该具备可靠性、保密性、实时监控性、数据传输性等功能特点。具体如下：

（1）城市轨道交通电气火灾监控系统的可靠性主要体现在系统单机和独立。单机指城市轨道交通电气火灾监控系统的运行无需联网，断网不会对预警系统正常运行造成影响。独立则是指城市轨道交通电气火灾监控系统相对独立，系统发生故障不会对其他系统正常运行造成影响，避免出现电气火灾监控系统系统发生故障，整个火灾报警系统全面瘫痪情况。（2）保密性是指城市轨道交通电气火灾监控系统的保密等级较高，该系统采用多级密码保护方式，不同管理层级用户所拥有权限也不一样。（3）城市轨道交通电气火灾监控系统可对城市轨道交通剩余电流信号、温度信号、火灾状况等进行实时、动态检测，同时，它还担负着对信号检测后信息进行收集、分析、判断、决策等工作。（4）为保证电气火灾监控系统可有效地实现预警、检测电气火灾目标，需要保证系统内部数据传输顺畅，可实现将故障系统、正常设备分类处理。

2 发生电气火灾的主要因素

2.1 超载

根据当前我国城市轨道交通建设现状，电气系统超负荷是导致电气系统火灾的重要因素。过载是指在城市轨道交通运输中由于线路中存在超过线路所能承载的电流极限，导致线路温度过高。这种情况下极极有可能引起线路着火，对城市轨道交通运行安全造成很大威胁[1]。

2.2 短路

短路由外部绝缘材料老化或破坏引起，在这种情况下线缆会快速升温达到6000度以上高温，不仅会点燃线缆上绝缘材料，还会引起周围尘埃和易燃物燃烧。由此可看出，短路也是引起电气火灾的重要原因。短路后未及时发现切断电源，将会在短时间内造成不可逆转损失，进而对城市轨道交通系统运行效率产生影响。

2.3 静电

静电积聚可能引起火灾，对国民生命和财产造成重大损失。通常情况下，当静电荷快速累积时会产生高电压，高电势静电荷会将其所处环境绝缘体击穿产生特殊放电现象，电流以声音、光、热的方式呈现出来。如引线周围有足够多易燃物质，则会引起火灾。

2.4 电气设备出现短路

电气设备短路通常是由于绝缘层破损脱落造成，短路出现将大大降低线路电阻，从而产生电流快速升高，然后，如出现线路多次碰撞，会导致电流过大。设备温度迅速提高，过高温度与过大电流产生火花相遇就会引起火灾事故，由短路引起火灾可通过实时测量剩余电流及预警处理来避免。

2.5 电流负荷长期过载

电流负载长期过载引起火灾主要是由于电气设备和有关线路电流数值过载引起温度升高，从而超过规范值，当温度超过设备或绝缘材料燃点，遇到明火就会引起火灾，甚至是爆炸，这种原因引起事故可以通过对开关端子温度进行实时监控，并及时发出预警和进行处理来预防。

2.6 线路接触不良

由于线路接触不良而引起火灾，其根本原因是因为线路和设备温度过高所引起。接触不良线路极有可能会出现电阻过大现象，当电流流经该电路时，因为过大电阻而产生大量热量，从而导致温度升高，甚至会出现火花，从而引起火灾事故。这种事故发生，也可以通过实时检测开关端子温度，并及时预警处理来避免。

2.7 电力电缆出现故障

在发生火灾另一大常见原因中，由于电力电缆出现故障而引起火灾。在此过程中，由于施工不规范，电缆接头压接不紧等都是造成电力电缆故障根本原因。此外，电力电缆也有极极有可能因环境影响而出现故障，如偶然物理或机械损坏、环境过于潮湿导致绝缘层受潮损坏、化学或微生物侵蚀线路导致电力电缆故障等。如电力电缆绝缘层受到损坏，通常会导致绝缘效果变差，在遇到雷电等突发情况时，极有可能出现电力电缆被击穿并着火现象。由于电缆长度较长，线路偏僻，线路隐蔽等原因，电缆故障引发火情很难预测，而采用残余电流探测器对电缆绝缘状态进行实时监测，对防止电缆故障引发火情起到至关重要的作用。

2.8 断路器老化

断路器因老化而产生火灾，这种情况在一些比较古老、使用抽出式断路器来控制低压配电系统主开关城市轨道交通站中比较普遍。如果长时间插拔抽出式断路器，极有可能会造成断路器插接处接触电阻变大，在电流流过这里时，温度升高数值会变得很大，当温度超过断路器规范值时遇到明火时，极易引起火灾。

3 城市轨道交通电气火灾监控系统设计与应用

3.1 总体设计

城市轨道交通电气火灾监控系统设计遵循预防为主、消防结合的基本原则，通过电气火灾监控系统精确地检测出线路中异常和温度的变化。特别是当线路出现故障时能及时地发出报警信号，将故障点准确地报出，设计电气火灾监控系统时，应综合以下原则：

3.2 功能要求

功能需求根据城市轨道交通电气火灾监控系统具体情况进行设置，在系统设计时应围绕以下几点：

表2 城市轨道交通电气火灾监控系统功能需求

3.3 系统设计

3.3.1 分级分布式体系结构

城市轨道交通电气火灾监控系统层次分布架构在电气监控系统应用中有着巨大优越性。该系统不仅可满足城市轨道交通供电要求，且可为今后一体化应用奠定良好基础。设计电网监控系统以二级管理、三级控制为主，在二级管理之外，在三级管理中又添加了一层“现场”管理。其中，集中式管理功能主要是收集、处理和分析关于在线监控对象状态和性能实时数据，并通过调度员工作站以图像、文本或表格形式来对其进行监控。站级监控系统是监控站内电气设备，并构成多层次冗余。现场层、中央层与站层之间有接口能够进行数据交换与共享[2]。

3.3.2 资料库系统

资料数据库是支撑城市轨道交通电气火灾监控系统数据的关键，城市轨道交通电气火灾监控系统数据库设计应具有多个网络访问、数据库冗余以及数据库中SQL语言限制等特点。为更好地适应城轨交通监控需要，应从城轨交通监控实时数据库、通讯及实时信息中间进行设计，并在系统开发中提供实时应用总线。总线提供了对环境监控、设备监控、功率传输等方面支持，实现数据传输扩展。

3.3.3 通用程序模型支援

城市轨道交通电气火灾监控系统设计中根据开放性要求，使用更加灵活、适用范围更广的插件策略，其中，电气火灾监控系统由通讯平台+SCADA、人机交互平台三部分组成。同时，该平台还为开发人员提供了相应应用范本，对支持系统进行了充实和验证。

3.4 网络传输

当前，对于城市轨道交通电气火灾监控系统网络传送布线方式主要分为有线布线与无线布线两种方式。其中，选择有线传输和无线传输的最大影响因素是投资收益率，即如何在硬件与费用间取得平衡。此外，有关部门还应充分考虑当地消防机构对此措施所提出的有关要求，以确保网络传输顺利实施，有效提升城市轨道交通电气火灾监控系统的整体安全性。

3.5 设备选择

3.5.1 测温式电气火灾探测器

测温传感器通常通常被安装在位于城市轨道交通电气设备上易发热位置处。位置选择范围比较广泛并且具有一定特征。值得注意的是，该位置的选择与温度或过热现象检测和分析之间有着直接关系，因此要慎重选择这个位置。为保证残存测温型电器能够科学有效起到监控和预警作用，在低压配电室内配电箱及配电柜进行添加，此外，还可在进线柜断路器上安装，以此监控和预警。

3.5.2 剩余电流式电气火灾探测器

剩余电流式电气火灾监控探测器是在电缆导线中实时、动态监控剩余电流值是否超过标准限值。若城市轨道交通电气设备在运行过程中出现电气故障，剩余电流值超过限制报警。此外，工作人员还应该对剩余电流式电气监控设备安装位置进行选择，保证该设备能够有效地发挥作用。

安装剩余电流式电气火灾探测器时，工作人员要特别关注实际回路位置，为确保其正常、稳定工作，要加强对安装方法要求，防止由于接头安装不当或绝缘效果不佳等问题引起误报或者不报警。

城市轨道交通隧道水泵供电回路中可安装剩余电流式电气火灾探测器。城市轨道交通隧道中水泵电缆和线路所处环境较为恶劣且需要长期通电，由于受到恶劣环境和高通电率影响，水泵供电回路绝缘状况极易受到影响而发生损坏或效果变差，增大了电缆击穿、漏电引发火灾等高危事故发生概率[3]。

3.5.3 探测器

如想实现城市轨道交通电气火灾监控系统能够有效地运转，就应对探测器安装位置进行合理考虑，探测器正确安装包含了以下内容：信息探测收集全面性以及有线或无线传输通畅性[4]。在探测器探测并搜集到与高温、剩余电流值异常等危险事故有关信息之后应将其快速地传递到处理设备及报警设备中，探测器测危险信号将传送到监控主机实现电气火灾监控系统检测和预警功能。同时，在电气火灾监控系统中，相对常见探测器类型通常可被划分成两种，即测温式探测器及剩余电流式探测器，具体如下：

表3 探测器类型及内容

3.5.4 监控主机

作为电气火灾监测系统监控主机应该具有如下几个方面功能。

表4 监控主机功能

3.6 具体应用场景

3.6.1 遥控防护

在城市轨道交通电气系统运行过程中，如存在着安全隐患或者是周期性参数异常，为保证电气系统运行的稳定性，应通过监控系统来进行相应检测以便及时检修。从防火角度来看，消防工作人员应及时发现安全隐患和近期发生的故障，并采用科学方法，消除电气火灾隐患，防止发生重大电气火灾安全事故。同时，如工作人员采取了有效控制措施，但效果不理想，则应及时切断监控回路电源，故障排除后方可继续设备运行。

3.6.2 电气保护

城市轨道交通电气火灾监控系统具有自动监控、自动报警等多种功能。城市轨道交通电气火灾监控系统能使工作人员更好地发现和预防电气火灾，还能使城市轨道交通系统更好地运行[5]。在电气保护情况下，工作人员应该对监控系统有关数据进行比较，当数据出现异常问题时，可对电气火灾监控系统是否存在故障进行判断，并采取相应维修措施，以此对城市轨道交通系统运行状态进行保护。

4 结论

综上所述，在现有城市轨道交通防范措施中，缺少对于电气火灾监控系统的重视。从目前我国城市轨道交通发展趋势来看，通过科学、合理的布置电气火灾监控系统，可实现减少电气火灾事故风险。因此，在未来城市地铁建设中，积极加强电气火灾监控设备布置及运用以成为城市轨道交通中的重点。有关人员应就城市轨道交通电气火灾监控系统的应用展开探究，以此保障城市轨道交通电气火灾监控系统高质量发展。