浅谈电气火灾监控系统在轨道交通的产品选型与应用

摘要：本文以电气火灾监控系统作为切入点，简要叙述电气火灾监控系统的工作原理与系统构成，论证系统在轨道交通工程中的应用必要性。随后，探讨电气火灾监控系统在具体场景中的实际应用情况，提出电气火灾监控系统的应用建议。旨在加大电气火灾监控系统在现代轨道交通工程中的应用推广力度，打破系统应用期间遇到的阻力，确保系统功能效用得以充分发挥。
关键词：电气火灾；监控系统；轨道交通
0 前 言
     当前城市化发展步伐加快，我国轨道交通事业得到长足发展，城市轨道交通总运营里程、轨道交通线路、客运量等多项指标位居世界前列。与此同时，在现代轨道交通工程中，搭建大量的电气设备，受到设备老化、外部环境等因素影响，电气设备运行期间偶尔出现电气故障或电气 火灾事故，存在安全隐患，这对电气火灾监控能力提出了更高的要求。如何预防电气火灾事故的出现，以及对电气火灾监控能力、应急处置能力的强化，是关乎轨道交通行业发展的重要问题，本文就此开展研究。
1电气火灾监控系统概述
(1)监控原理
     电气火灾监控系统中应用到信息传感、自动报警与远程控制等多项技术，在轨道交通工程中布置若干探测装置，持续采集电流、电压、工作温度、烟雾浓度等参数，对比实时监测值与预设整定值，在二者偏差超过限定范围，或是在视频图像中提取到明火、有色烟雾等特征值时，由监控主机自动发送消防报警信号，将问题反馈至运营单位与消防局等部门机构，为消防救援、人群疏散争取宝贵时间。此外，还可以在系统中增设联动控制功能，接入通信广播、应急照明、闸机控制、自动喷淋灭火等子系统，在确定出现电气火灾事故后，基于程序运行准则，向子系统下达控制指令，如通信广播系统循环播报火情信息、启动应急照明灯具与地面安全指示灯、启动消防电源、开启闸机、启动喷头向火灾蔓延区域喷水来扑灭初期火势。
(2)系统构成
     系统主要由探测器、蓝牙数据集中器、通讯总线和监控主机 4 部分组成。探测器负责持续采集电气设备与现场环境的参数值，如环境温度、烟雾浓度、电流值、电压值等参数，并将现场监测信号向上传输。第二，蓝牙数据集中器被布置在现场，负责对一定范围内探测器发送的监测信号进行接收，经过汇总整理等简单处理后发送至通讯总线。第三，通讯总线负责在后台监控主机与现场探测设备间建立沟通桥梁，持续把现场检测信号发送至监控主机，并向数据集中器和探测器传达控制指令。第四，监控主机负责执行数据筛选、图形处理、运算分析等任务，根据现场监测信号来描述电气设备与电气系统运行状况，判断是否存在火灾隐患和出现火灾事故，确定火灾出现后控制报警器发送报警信号。
2 电气火灾监控系统在轨道交通中的应用必要性
     在轨道交通运营期间，受到电气设备老化、错误操作、外力碰撞等因素影响，偶尔出现电气火灾事故，如配电系统漏电与短路引发的火灾、用电设备长时间过载运行引发的火灾、封闭式电缆桥架内部温度过高引发的火灾，这类火灾具有突发性、蔓延迅速、易形成大面积燃烧的特征。与此同时，早期轨道交通工程中采取人工巡查方式，由工作人员定期对电气设备状况进行检查，测量记录运行参数，在检查到短路、断路等故障问题时上报至维护中心，其前往现场检修故障设备，或是在发现火灾事故后通过按下消防报警器等方式上报问题，这一模式存在火灾事故发现不及时、实际巡查范围小、难以掌握全部电气设备实时工况的局限性。相比之下，电气火灾监控系统有着很高的自动化水平，改变了旧有的电气火灾监控方式，可以替代人工完成参数记录、设备状态检查、火灾报警等工作，既简化了流程步骤与减轻工作负担，同时，也可以时间发现和上报电气火灾事故，并根据监测结果来排查是否存在电气火灾隐患，起到决策支持作用，帮助管理人员采取改进措施，尽可能消除全部的火灾隐患。简单来讲，在轨道交通工程中，电气火灾监控系统价值体现在快速报警、隐患排查、设备远程监控、统一管理等方面。
3 电气火灾监控系统在轨道交通中的主要应用场景
(1)远程控制
     在轨道交通电气系统运行期间，如果排查到火灾安全隐患，或是出现电气参数异常波动等情况，工作人员在火灾监控系统上下达相应控制指令，经由通信网络或是通信线路，把指令传达至目标设备，带动设备机械部分开展动作，调节电气参数或是切换设备运行模式，实现远程控制目标。从火灾防控角度来看，对电气火灾监控系统的应用，可以帮助工作人员时间对所发现安全隐患、电气故障采取有效控制措施，如切断故障部分和非故障部分连接、调节电压电流值等参数，短时间内消除隐患，或是将火灾蔓延范围控制在一定程度内，避免在工作人员前往现场期间导致电气故障加剧、提前发展成火灾事故。同时，在所采取控制措施未起到预期作用、仍旧出现电气故障和火灾事故的情况下，由于工作人员远程下达控制指令，无需抵达现场，不会危及到工作人员的人身安全。
(2) 电气保护
     电气火灾监控系统同时具备远程控制、参数调节、火灾报警等使用功能，既可以帮助工作人员迅速发现与处理火灾事故，还可以通过参数调节，将火灾事故消弭于无形。例如，在电气保护场景，在系统中增设剩余电流、过电流、温度、超压与欠压的保护功能，实时对比监测值和整定值，在二者误差超标时判断出现电气故障，基于程序运行准则，根据故障类型与位置来下达相应控制指令，采取保护动作，如在检测到剩余电流值超标时切断供电电源，在检测到短路故障时向指定探测器发送脱扣信号，在检测到电流值异常波动时控制电流互感器开启常闭节点来吸合电流。
(3) 消防报警
     在消防报警场景中，电气火灾监控系统采取对比实时监测量与整定值的判定方式持续采集工作温度等参数的测定值，把测定值转换为数字信号发送至监控主机，如果测定值超过或是低于整定值，且二者偏差程度超过允许区间，系统自动判定为出现电气故障或是电气火灾事故，根据测定值偏差程度触发不同等级的报警程序，如单独记录报警信息和闪烁报警指示灯，或是额外启动报警蜂鸣器，并在系统界面上以电子地图的形式显示报警位置，输出报警报告。此外，在现场环境条件、电气设备规格型号、设备数量等要素发生变动时，工作人员可以对电气火灾监控系统的报警整定值、响应灵敏度进行调整。
(4) 隐患排查
     在隐患排查场景中，一方面，由系统持续对电气设备运行参数和现场环境条件进行监测，根据实时监测结果来绘制可视化图表，帮助工作人员直观、掌握电气系统运行状况。同时，对比实时监测数据与历史数据，如果检测到参数曲线变化趋势与电气故障期间数据变化曲线的相似度达到一定标准，则在监控报告中标记可能存在的电气火灾隐患，工作人员根据报告内容开展进一步的排查工作，消除潜在隐患，提前预防电气故障与电气火灾事故的出现。另一方面，在系统中设立若干的自检信号，定期对监控主体、通信总线、蓝牙数据集合器、探测器与报警器等硬件设备的运行状态加以检查，可以及时发现设备故障，避免因此影响到电气火灾监控系统使用功能的正常发挥。
4 电气火灾监控系统在轨道交通中的应用建议
(1) 监控主机选型
     要求所选用监控主机具备完善的使用功能，可以满足不同场景下的操作需求和电气火灾监控要求，一般情况下，监控主机具备实时报警、分区监控、故障自动巡检、优先报警、图形显示、在线干预 6 项基本功能。实时报警是在出现电气故障或电气火灾后的 15s 以内发出声光报警，提醒工作人员，必要时引导车站内滞留乘客安全疏散，如果火灾报警时间超过这一标准，容易造成火灾迅速蔓延、电气设备大面积烧损、出现人员伤亡的严重后果。分区监控是在轨道交通工程中划分若干监控区域或等级，分别制定各区域/等级的火灾报警整定值，充分兼顾不同区域环境条件与电气设备规格型号。故障自动巡检是对探测器、报警器与监控主机自身等系统设备的运行工况进行检查，判断是否存在故障问题，或是探测器探测精度不达标。优先报警是在主机接收到多个监控节点出现异常状况时，进行逻辑分析，根据问题严重程度、事件发生时间等信息来排序，优先提交重大事件的报警信号。图形显示功能是把所采集监测信号、下达控制指令与监控结果以可视化图形方式在系统界面显示，帮助工作人员直观了解电气系统运行状态和火灾情况。在线干预是在监测到电气设备异常运行时，工作人员可以通过监控主机对电气设备进行联动控制，远程下达参数调节等控制指令，迅速恢复电气设备的正常运行工况，避免电气故障发展为电气火灾事故。
(2)探测器选型设计
     首先，综合分析监控参数种类、探测器安装区域、电气设备种类等因素，合理选择探测器型号款式。例如，以母联柜、馈线回路断路器接头作为探测对象时，优先配置测温型探测器，搭载 6 个以内的测温探头，通过等电位方式探测接头工作温度。在以低压馈线回路作为探测对象时，配置剩余电流型探测器，持续监测回路中的剩余电流值。而在以母线电缆或是电缆夹层作为探测对象时，则配置感温光纤型探测器，持续向外发射脉冲激光束，根据光子散射情况与热运动特征值来判断工作温度。其次，合理选择探测器安装位置，优先在室内顶棚等空旷、开阔部位安装探测器，根据实际探测范围来设定探测器数量、临近探测器间隔距离，确保探测器可以有效感知探测范围内的现场环境，避免因视线遮挡而形成探测盲区。而对于开关柜、环控柜等柜体内部安装的探测器，则根据柜内设备、线路分布情况来选择合理的安装位置，在柜内预留出充足的安装空间。*后，考虑到轨道交通火灾监控参数种类较多，包括工作温度、电流、电压、电阻等数十种参数，如果在轨道交通现场同时布置单一参数种类的探测器，不但会增加系统建设成本，布置过多的探测器，同时还面临着探测器安装空间有限、各类探测器与电气设备相互干扰、形成复杂电磁环境等问题。对此，需要优先选用一体式监控探测器，这类探测器可以同时对若干参数进行监测采集，还具备火灾报警功能，在探测到明火、烟雾或是采集异常监测信号后自动发送报警信号，无需在现场额外加装火灾报警器，有利于简化系统结构、降低系统建设成本。
(3) 整定值设置
     如何保证电气火灾监控系统能够及时、准确的汇报电气火灾事故，同时，避免出现火灾误报、漏报问题，是决定系统应用价值能否得以完全发挥的关键。对此，工作人员可以从整定值设置角度着手，对轨道交通电气设备数量、种类、现场环境条件、短路等电气故障表现形式等因素加以综合分析，借鉴同类项目监控案例，严格遵循《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-2013）规定，准确计算电流、电压、接头温度等监控指标的较好整定值。例如，在某轨道交通工程中，把泄漏电流整定值设定为 300mA 与 500mA，如果泄漏电流超过 300mA，系统将记录报警信息和闪烁报警信号灯，直至电流值低于 300mA 后恢复预警回路。同时，在泄漏电流值超过500mA 时，额外启动报警蜂鸣器，在故障解除或电流值低于 300mA 时自动关闭蜂鸣器，也可由工作人员手动关闭。
(4)应用人工智能技术
     目前来看，在轨道交通工程中，所构建电气火灾监控系统普遍存在自动化程度有余、智能化程度不足的问题，主要负责完成参数测量、火灾报警、设备参数调节等基础性任务，仍旧需要工作人员深度参与到火灾监控工作当中，完成一些决策型工作，如判断火灾等级、预测火势蔓延情况等。对此，需要在电气火灾监控系统中应用到人工智能技术，使系统具备强大的决策分析能力，面对突发状况时，可以模拟人类思维方式进行决策判断。例如，在出现电气火灾事故后，系统根据各监控节点上报数据，预测未来一段时间火势的蔓延扩散区域、蔓延速度。
5 安科瑞电气火灾监控系统
（1）概述
     Acre1-6000电气火灾监控系统，是根据国家现行规范标准由安科瑞电气股份有限公司研发的全数字化独立运行的系统，已通过国家消防电子产品质量监督检验中心的消防电子产品试验认证，并且均通过严格的EMC电磁兼容试验，保证了该系列产品在低压配电系统中的安全正常运行，现均已批量生产并在全国得到广泛地应用。该系统通过对剩余电流、过电流、过电压、温度和故障电弧等信号的采集与监视，实现对电气火灾的早期预防和报警，当必要时还能联动切除被检测到剩余电流、温度和故障电弧等超标的配电回路;并根据用户的需求，还可以满足与AcreIEMS企业微电网管理云平台或火灾自动报警系统等进行数据交换和共享。
（2） 应用场合
     适用于智能楼宇、高层公寓、宾馆、饭店、商厦、工矿企业、国家重点消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等领域。
（3 ）系统结构

4 ）系统功能
监控设备能接收多台探测器的剩余电流、温度信息，报警时发出声、光报警信号，同时设备上红色“报警”指示灯亮，显示屏指示报警部位及报警类型，记录报警时间，声光报警一直保持，直至按设备的“复位”按钮或触摸屏的“复位”按键远程对探测器实现复位。对于声音报警信号也可以使用触摸屏“消声”按键手动消除。
4 ）系统功能
      监控设备能接收多台探测器的剩余电流、温度信息，报警时发出声、光报警信号，同时设备上红色“报警”指示灯亮，显示屏指示报警部位及报警类型，记录报警时间，声光报警一直保持，直至按设备的“复位”按钮或触摸屏的“复位”按键远程对探测器实现复位。对于声音报警信号也可以使用触摸屏“消声”按键手动消除。

当被监测回路报警时，控制输出继电器闭合，用于控制被保护电路或其他设备，当报警消除后，控制输出继电器释放。
通讯故障报警：当监控设备与所接的任一台探测器之间发生通讯故障或探测器本身发生故障时，监控画面中相应的探测器显示故障提示，同时设备上的黄色“故障”指示灯亮，并发出故障报警声音。电源故障报警：当主电源或备用电源发生故障时，监控设备也发出声光报警信号并显示故障信息，可进入相应的界面查看详细信息并可解除报警声响。
     当被监测回路报警时，控制输出继电器闭合，用于控制被保护电路或其他设备，当报警消除后，控制输出继电器释放。
     通讯故障报警：当监控设备与所接的任一台探测器之间发生通讯故障或探测器本身发生故障时，监控画面中相应的探测器显示故障提示，同时设备上的黄色“故障”指示灯亮，并发出故障报警声音。电源故障报警：当主电源或备用电源发生故障时，监控设备也发出声光报警信号并显示故障信息，可进入相应的界面查看详细信息并可解除报警声响。

     当发生剩余电流、超温报警或通讯、电源故障时，将报警部位、故障信息、报警时间等信息存储在数据库中，当报警解除、排除故障时，同样予以记录。历史数据提供多种便捷、快速的查询方法。

（5） 配置方案


6 结语
综上所述，为迅速扑灭初期火势，减少电气火灾事故出现的次数，保证城市轨道交通运营安全。运营主管部门在轨道交通工程中搭建电气火灾监控系统，重点考虑监控主机选型、探测器选型、整定值设置等系统应用问题，搭配使用人工智能技术，在远程控制、电气保护、消防报警、隐患排查等场景中做到对电气火灾监控系统的落地应用，为轨道交通事业的发展保驾护航。
参考文献：
【1】王德发 . 城市轨道交通电气火灾监控系统应用方案 [J]. 都市快轨交通 ,2016,29(03):106-109.
【2】林楚斌 . 电气火灾监测系统在城市轨道交通中的应用 [J]. 城市轨道交通研究 ,2015,18(03):121-124.
【3】姜 筱 靥 . 电 气 火 灾 监 控 系 统 应 用 分 析 [J]. 工 程 建 设 与 设计 ,2015(S1):89-92.
【4】 王斌晓 . 电气火灾监控系统在天津西站综合交通枢纽中的应用[J]. 信息系统工程 ,2012(01):87-90.
【5】安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版
【6】罗学玲 . 电气火灾监控系统在轨道交通工程应用的分析 [J]. 铁道标准设计 ,2012(03):91-94.
【7】林冰.电气火灾监控系统在轨道交通的应用研究.