Acrel-6000/B电气火灾监控系统在上海交通大学徐汇校区包兆龙图书馆项目中的应用--安科瑞 华梅超

安科瑞 华梅超 

关键词： 图书馆；电气火灾；上海交通大学；安科瑞；

0 前言

    近十年的火灾事故中，电气火灾居首位，且年均发生次数占火灾年均总发生次数的27%，占重特大火灾总发生次数的80%，且损失占火灾总损失的53%，而发达国家每年电气火灾发生次数占总火灾发生次数的8%~13%。事实上，电气火灾已成为消防**的主要致灾因素，不仅次数多、损失大，而且多年来一直居高不下。商业酒店人员来往密集、流动性大、公共关注度高，其配电系统电气火灾的预防显得更加重要

1 项目概况

    上海交通大学包兆龙图书馆由香港环球航运集团主席包玉刚捐款兴建，以其父包兆龙之名命名。主楼18层，总面积2.61余万平方米。设10个书库、12个阅览室、10个教师阅览室、60个研究生阅览室，共有2400个阅览座位。

    现针对包兆龙图书馆设计一套电气火灾监控系统，监测其配电回路的漏电流等电参量，确保其整个配电系统的电气**。

    针对本项目的特性，在部分楼层配电柜的重要回路安装安科瑞研发的ARCM系列剩余电流式电气火灾监控探测器。电气火灾监控系统须实时监测重要回路的剩余电流值、箱体回路的实时温度，监测的数据实时传输至后台主机，当发生剩余电流值越限、温度越限时，后台能进行声光报警，同时后台能够和消防火灾报警系统实现消防联动。

2 参照标准

    鉴于公共建筑区域发生火灾容易造成生命财产损失。为了加大电气火灾监控防范的力度，近年来，国家相继制订或修改了一批相关标准规范。相关的标准规范已经对电气火灾监控系统提出了具体的要求

3 系统架构及设计

    (1)站控管理层

    站控管理层针对电气火灾监控系统的管理人员，是人机交互的直接窗口，也是系统的上层部分。安科瑞电气火灾监控系统主机充分考虑到用户的操作习惯，和持续稳定运行，参照的相应的国家标准和规范。主机主要由监控软件、触摸屏、UPS电源、打印机等设备组成。将现场的各类数据信息进行计算、分析、处理，并以图形、数显、声音、指示灯等方式反应给终端管理人员。使管理人员能够实时掌握系统动态，且实现故障信息可追循，信息可导出等功能。

    鉴于本项目中仪表点位以及数据量的规模，现为项目配置安科瑞Acrel-6000/B主机，本主机的具体参数见下文介绍。

    (2)网络通讯层

    本项目中的所有仪表须严格按照手拉手的形式连接，且所有的通讯总线须沿着弱电桥架铺设。本项目的仪表分布在楼层强电间电气火灾监控探测。

    本项目的数据总线设计为两根总线，独立的总线便于后期系统的维护，发生漏电流报警时也可以根据后期我方提供的点检表快速定位故障回路，快速排除故障。

    现场电气火灾探测器通过双绞线（ZR-RVSP2*1.0）以手拉手方式进行通讯连接，每根总线的仪表数量在20只左右。

    (3)现场设备层

    本项目中主要是针对楼层配电箱的进线回路安装安科瑞嵌入式电气火灾探测器，通过嵌入式电气火灾探测器实时监控配电回路的漏电流大小来显示整个配电系统的工作状态。

    ARCM系列剩余电流式电气火灾监控探测器，是针对 0.4kV 以下的TT、TN 系统设计的，通过对配电回路的剩余电流、导线温度、过电流、过电压等火灾危险参数实施监控和管理，从而预防电气火灾的发生，并实现了对多种电力参数的实时监测,为能耗管理提供数据。产品采用*的微控制器技术，集成度高，体积小巧，安装方便，集智能化，数字化，网络化于一身，是建筑电气火灾预防监控、系统绝缘老化预估等的理想选择。产品符合 GB14287.2-2005《电气火灾监控系统 第2部分：剩余电流式电气火灾监控探测器》的标准要求。

4 系统特点和工作原理

    鉴于本项目的规模，以及本项目电气火灾检测点位的实际情况。无论在终端剩余电流探测器还是后台主机都是根据本项目的实际情况来进行设计的。

    本项目的系统特点可总结为一下3点：

    (1)终端探测器选用嵌入式电气火灾探测器，方便安装、节省成本、便于后期维护。

    (2) RS485总线连接方便，可操作性强。总线布线时走的是弱电桥架，不会受到强电的影响，确保的整个系统的通讯稳定。

    (3)考虑到本项目中仪表数据量，客户要求。本项目的主机选用壁挂式。壁挂式主机界面简洁，系统操作方便，适合本项目中的配电间环境和客户的相关操作要求。

    电气火灾系统工作原理

    1、剩余电流测量是根据基尔霍夫电流定律：在同一时刻，电路中流入和流出一个节点的电流矢量和为零。以TN-S系统为例，将A/B/C/N同时穿过剩余电流互感器，当系统未发生漏电时，流入和流出剩余电流互感器的电流矢量和为零，此时，剩余电流互感器感应出的二次电流也为0;当某相对大地发生漏电，此时流入和流出剩余电流互感器的电流矢量和不再为零，其大小等于从大地流走的电流即漏电流。此漏电信号通过剩余电流互感器的二次接线传输至电气火灾探测器，经运算放大、A/D转换后送入CPU，经过一系列算法后，对变化的幅值进行分析、判断，并与报警设定值进行比较，若超出定值则发出声光报警信号并上送至后台电气火灾监控设备。

    2、终端探测器负责监测各个回路的剩余电流值，将剩余电流值的数据传输至系统主机。终端探测器还负责其监测回路剩余电流值的实时显示，同时能够设置限值，当剩余电流值越限时能够发出声光报警，提醒管理人员及时维护、整改。

    3、仪表通过RS485总线将数据传输至系统主机，系统主机将上传数据通过图形、报表、事件记录等形式反映整个系统的运行状态。

5 系统设计注意事项和方法

5.1 电气火灾监控系统主要监测剩余电流和温度两类对象，在设计时应注意的基本要点

    (1)关于剩余电流

    由于剩余电流监测的原理采用了基尔霍夫电流定律，所以，对所应用的低压配电系统形式有一定要求。目前，可以应用剩余电流互感器的低压配电系统有：TT系统，IT系统，TN-S系统，不能使用在TN-C系统中。对将要设计安装电气火灾监控系统的用户，不管是新工程或旧工程改造项目，首先要调查核实该用户低压配电系统的系统接地形式是什么，否则，设计安装剩余电流互感器的点位进行检测是根本无法施行的。

    关于AC220V单相供电系统，剩余电流互感器只要套住L/N两根电源线即可，但要求中性线N此后不容许再接地。对于AC380V三相供电系统，由于有三相三线制、三相四线制、三相五线制等使用状况，则根据具体情况将剩余电流互感器同时套住A/B/C三相电源线，或同时套住A/B/C/N线。同理，要求中性线N此后不许再接地，保护线PE不得穿过互感器。

    在系统接地的形式为TN-C型时工业自动化网，必须将其改造为TN-S型、TN-C-S型或局部TT型系统后，才可以安装剩余电流检测装置。

    (2)关于温度

    温度测量与系统接地的形式无关，主要考虑包括线缆在内的低压配电装置中关键部位的温度，一般在二级保护的线路中应用。温度探头Pt100可采用接触式布置法，当被检测对象为绝缘体时，宜将探测器的温度传感器直接设置在被探测对象的表面。当被检测对象为配电柜内部温度变化时，可采用非接触式布置，靠近发热部件。

5.2 系统设计中的点位分配

    根据国家标准GB13955-2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》4.4条中关于分级保护的规定，安装剩余电流火灾监控装置时，点位分配原则的步骤是：

    1、研究分析被控低压AC380V/220V配电线路的相关图纸，将建筑电气的分布情况调查核实，确定配电设备(如配电柜、箱、盘、电缆等重要设备)的位置，把每一个监控探测器分配到相应的配电设备上，以此来确定探测器的数量，避免重设浪费。

    2、确定分级保护。为了缩小发生人身电击事故和接地故障切断电源时引起的停电范围，通常在供电线路的不同地点安装三级(或两级)不同容量的剩余电流保护装置，以形成分级保护。根据用电负载及线路情况，一般分两级或三级保护，适用于城镇和农村级和**级保护。其中，重要线路应包括安防、消防、应急电源、通道照明线路及不容许停电的重要场所。

    3、二级保护中，所有开关处都要设置安装剩余电流火灾监控探测器，即在线路的电源端(级保护)和分支首端(**级也称为末端保护)都要安装剩余电流探测器，并接入电气火灾监控系统，只作火灾监控报警用。

    4、温度检测是以配电设备异常时发热为基本原则而进行的。

    1)变压器低压侧出线端子、变压器体温(风温、油温、水温)测试点、负荷开关触头。

    2)各配电柜(箱)的进出母线接点、自动开关(断路器、刀开关)触头、大电流导线集中部位、线缆驳接点。

    3)母联柜主接点、刀开关触头。

    4)补偿电容器接线端子、转换开关触头。

    5)根据点位安装总数，再选择相应的壁挂、立式或琴台。

6 系统参数的配置

6.1 报警值设置范围

    本项目中现场仪表的剩余电流报警值设置在300mA，关于剩余电流值的设置在相关的国家标准都有详细的规定。

    依据国家标准GB14287.2-2005中的规定，剩余电流式电气火灾监控探测器的报警值设置范围在20~1000mA之间。按此要求，一般把电源总进线处的剩余电流动作值定为400~800mA，电源分支线路上的剩余电流动作值定为100~400mA.一般在实际现场，设置剩余电流式电气火灾监控探测器的报警值，具体地说应不小于被保护电气线路和设备的正常运行时泄漏电流大值的2倍，且不大于1000mA。电气火灾探测器的报警设定值应考虑配电系统及用电设备的正常泄漏电流。

6.2关于电缆温升报警设定参考，根据《电力电缆设计规范》对电缆有关温度的规定

    (1) 60℃以上高温场所应按经受高温及其持续时间和绝缘类型要求，选用耐热聚氯乙烯、交联聚乙烯或乙丙橡皮绝缘等耐热型电缆100℃以上高温环境宜选用矿物绝缘电缆。高温场所不宜选用普通聚氯乙烯绝缘电缆。

    (2)电缆持续允许载流量的环境温度应按使用地区的气象温度多年平均值确定，并应符合规定。在户内电缆沟敷设时，环境温度为场所热月的日高温度平均值另加5℃.

    (3)电缆所承受温升与敷设及散热条件有关。

项目总结

    随着智能建筑及电力系统智能化的发展，政府及民众对电力系统的电气**的认识度和重视度越来越高。企业建筑、公共建筑以及商业建筑等安装漏电火灾系统是智能化建设的必然趋势。电气火灾系统有利于发现**隐患，及时提醒管理者处理电力**隐患，对火灾预防有着重要的意义。本系统在上海交通大学包兆龙图书馆投入运行以来，帮助甲方发现和整改了多处电气**隐患，大大提高了工作人员的工作效率，保证了图书馆日常工作的稳定有序的进行，保证了图书馆的**运行，并为图书馆的消防管理提供了科学的依据。

    电气火灾系统的设计，安装，调试，验收的整个过程既是对电气**的一次检测，也是对用户配电系统管理人员的一次培训，通过项目的实施和系统运用的培训，让本项目的电力系统管理人员能够更加细致的了解本项目配电系统的电气火灾隐患的排除方法，提高其电气火灾防范意识和效率。

    在项目运行正常后，我方还提供了本项目电气火灾系统整套资料，资料中包括本项目电气火灾探测点的点位表，系统使用说明书等。就其中点位表而言，上面标注了本项目中各个火灾探测器安装回路的具体名称位置，系统正常运行后的实时数据。全套资料便于后期管理人员快速掌握系统的架构，提高系统维护效率和故障排查速度。