寧江大院電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)的組成原理，分析了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在應用中的設計依據和相關規(guī)范。通過安科瑞剩余電流式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在寧江大院項目的實例介紹，闡述了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)功能的實現(xiàn)及其重要意義。
 
關鍵詞： 電氣火災；剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器；監(jiān)控系統(tǒng)；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(huán)路與蒲陽路交匯處，開發(fā)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(jiān)控探測器進行監(jiān)控。

1 參考標準
   近年來，國家為了加大電氣火災監(jiān)控防范的力度，相繼制訂或修改了一批相關標準規(guī)范，加強對電氣火災的預防。主要有：
  (1)．GB50016-2014《建筑設計防火規(guī)范》，在條文11.2.7里規(guī)定:下列場所宜設置剩余電流動作電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。這些場所包括各種類型的影劇院、館所、倉庫、住宅小區(qū)、醫(yī)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(jiān)控系統(tǒng)的產品應滿足:GB14287.1-2014《電氣火災監(jiān)控設備》、 GB14287.2-2014《剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》、GB14287.3-2014《測溫式電氣火災監(jiān)控探測器》
  (4)．電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)的供電應滿足GB50052《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》的要求
  (6)．電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計應滿足《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法》的要求(暫行規(guī)定)
2 系統(tǒng)組成
  根據國家標準GB14287-2014《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)》以及相關規(guī)范《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法》(暫行規(guī)定)，則電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成應包括：電氣火災監(jiān)控設備、剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器以及測溫式電氣火災監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結構，由站控管理層、網絡通訊層和現(xiàn)場設備層組成。各電氣火災監(jiān)控探測器通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線型連接接入壁掛式主機。
系統(tǒng)組網結構

1）站控管理層
  站控管理層針對電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設備，如觸摸屏、UPS電源等組成。監(jiān)測系統(tǒng)軟件對現(xiàn)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(xiàn)場運情況。
  監(jiān)控主機：用于數據采集、處理和數據轉發(fā)。為系統(tǒng)內或外部提供數據接口，進行系統(tǒng)管理、維護和分析工作。
  UPS：保證計算機監(jiān)測系統(tǒng)的正常供電，在整個系統(tǒng)發(fā)生供電問題時，保證站控管理層設備的正常運行。
  后臺監(jiān)控設備設置在消控中心。
2）網絡通訊層
  通訊介質：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線，以RS485接口，MODBUS通訊協(xié)議實現(xiàn)現(xiàn)場設備與上位機的實時通訊。
3）現(xiàn)場設備層
  現(xiàn)場設備層是數據采集終端，主要為ARCM300-J1剩余式電氣火災監(jiān)控探測器。ARCM300型剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器，是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統(tǒng)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(jiān)控和管理，從而預防電氣火災的發(fā)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(jiān)控、系統(tǒng)絕緣老化預估等的理想選擇。產品符合 GB14287.2-2014《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng) 第2部分：剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》的標準要求。
  現(xiàn)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(jiān)測的數據必須完整、準確并實時傳送至監(jiān)控主機。便于運行人員監(jiān)控現(xiàn)場設備運行狀態(tài)，故障報警等情況，有效預防火災事故發(fā)生。

3系統(tǒng)特點和工作原理
  電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的特點在于剩余電流監(jiān)控方面屬于前期預報警系統(tǒng)。與傳統(tǒng)火災自動報警系統(tǒng)不同，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)早期報警是為了避免損失，而傳統(tǒng)火災自動報警系統(tǒng)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(tǒng)的單位，仍需要安裝電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的根本原因。
  電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)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(jié)點的電流矢量和為零。以TN-S系統(tǒng)為例，將A/B/C/N同時穿過剩余電流互感器，當系統(tǒng)未發(fā)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(fā)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(fā)出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災監(jiān)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(wěn)定、量程范圍大，適合在現(xiàn)場監(jiān)測線纜溫度和環(huán)境溫度使用。當溫度發(fā)生變化時，Pt100自身阻值發(fā)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(fā)出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災監(jiān)控設備。

4 系統(tǒng)介紹
  Acrel-6000電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)是本公司自主研發(fā)的用于接收剩余電流式電氣火災探測器等現(xiàn)場設備信號，以實現(xiàn)對被保護電氣線路的報警、監(jiān)視、控制、管理的運行于計算機的工業(yè)級硬件/軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)應用于大型商場、生活小區(qū)、生產基礎、辦公大樓、商場酒店等區(qū)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(xiàn)監(jiān)控與管理。本系統(tǒng)采用標準的Modbus現(xiàn)場總線將具有通信功能的探測器相互連接起來，當現(xiàn)場保護線路中的被探測參數超過報警設定值時，能發(fā)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(jiān)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(xié)議，傳輸距離1km，可通過中繼器延長通訊傳輸距離
(4).監(jiān)控容量：
① 監(jiān)控設備可監(jiān)控200個監(jiān)控單元（探測器）
② 可配接ARCM系列監(jiān)控探測器
(5).監(jiān)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(jiān)控報警響應時間： ≤30s
監(jiān)控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m
監(jiān)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(jiān)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(jiān)控設備與探測器之間的通訊連接線發(fā)生斷路或短路
② 監(jiān)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(fā)生斷路或短路
故障報警響應時間：≤100s
監(jiān)控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m
監(jiān)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(fā)生時間、探測器編號、區(qū)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(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢
② 監(jiān)控操作級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢
③ 系統(tǒng)管理級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢，監(jiān)控設備系統(tǒng)參數查詢、監(jiān)控設備各模塊單獨檢測、操作員添加與刪除
(11).使用環(huán)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(huán)境溫度：0℃～40℃
③ 工作環(huán)境相對濕度：5%～95%RH
④ 海拔高度：≤2500m
基本功能
(1).監(jiān)控報警功能：
  監(jiān)控設備能接收多臺探測器的漏電、溫度信息，報警時發(fā)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(xiàn)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(jiān)控設備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障時，監(jiān)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(fā)出故障報警聲音。
電源故障報警：當主電源或備用電源發(fā)生故障時，監(jiān)控設備也發(fā)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(tài)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(fā)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(fā)生停電、欠壓等故障時，監(jiān)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(jiān)控設備連續(xù)平穩(wěn)運行。
(6).對探測器控制功能：
  通過監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)的安全運行，監(jiān)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(tǒng)能準確檢測電氣線路的故障和異常狀態(tài)，能發(fā)現(xiàn)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(tǒng)的設計是十分重要的內容。從長遠看漏電火災報警系統(tǒng)可作為火災自動報警系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)，從而實現(xiàn)真正意義上的強弱電優(yōu)化結合，構成完善的火災自動報警系統(tǒng)。

參考文獻
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[3].部消防局. 消防安全技術實務 ［M］. 北京：機械工業(yè)出版社， 2014.