摘要：本文以電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)作為切入點，簡要敘述電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理與系統(tǒng)構成，論證系統(tǒng)在軌道交通工程中的應用必要性。隨后，探討電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在具體場景中的實際應用情況，提出電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的應用建議。旨在加大電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代軌道交通工程中的應用推廣力度，打破系統(tǒng)應用期間遇到的阻力，確保系統(tǒng)功能效用得以充分發(fā)揮。
關鍵詞：電氣火災；監(jiān)控系統(tǒng)；軌道交通
0 前 言
當前城市化發(fā)展步伐加快，我國軌道交通事業(yè)得到長足發(fā)展，城市軌道交通總運營里程、軌道交通線路、客運量等多項指標位居世界前列。與此同時，在現(xiàn)代軌道交通工程中，搭建大量的電氣設備，受到設備老化、外部環(huán)境等因素影響，電氣設備運行期間偶爾出現(xiàn)電氣故障或電氣 火災事故，存在安全隱患，這對電氣火災監(jiān)控能力提出了更高的要求。如何預防電氣火災事故的出現(xiàn)，以及對電氣火災監(jiān)控能力、應急處置能力的強化，是關乎軌道交通行業(yè)發(fā)展的重要問題，本文就此開展研究。
1 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)概述
(1)監(jiān)控原理
電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)中應用到信息傳感、自動報警與遠程控制等多項技術，在軌道交通工程中布置若干探測裝置，持續(xù)采集電流、電壓、工作溫度、煙霧濃度等參數，對比實時監(jiān)測值與預設整定值，在二者偏差超過限定范圍，或是在視頻圖像中提取到明火、有色煙霧等特征值時，由監(jiān)控主機自動發(fā)送消防報警信號，將問題反饋至運營單位與消防局等部門機構，為消防救援、人群疏散爭取寶貴時間。此外，還可以在系統(tǒng)中增設聯(lián)動控制功能，接入通信廣播、應急照明、閘機控制、自動噴淋滅火等子系統(tǒng)，在確定出現(xiàn)電氣火災事故后，基于程序運行準則，向子系統(tǒng)下達控制指令，如通信廣播系統(tǒng)循環(huán)播報火情信息、啟動應急照明燈具與地面安全指示燈、啟動消防電源、開啟閘機、啟動噴頭向火災蔓延區(qū)域噴水來撲滅初期火勢。
(2)系統(tǒng)構成
系統(tǒng)主要由探測器、藍牙數據集中器、通訊總線和監(jiān)控主機 4 部分組成。，探測器負責持續(xù)采集電氣設備與現(xiàn)場環(huán)境的參數值，如環(huán)境溫度、煙霧濃度、電流值、電壓值等參數，并將現(xiàn)場監(jiān)測信號向上傳輸。第二，藍牙數據集中器被布置在現(xiàn)場，負責對一定范圍內探測器發(fā)送的監(jiān)測信號進行接收，經過匯總整理等簡單處理后發(fā)送至通訊總線。第三，通訊總線負責在后臺監(jiān)控主機與現(xiàn)場探測設備間建立溝通橋梁，持續(xù)把現(xiàn)場檢測信號發(fā)送至監(jiān)控主機，并向數據集中器和探測器傳達控制指令。第四，監(jiān)控主機負責執(zhí)行數據篩選、圖形處理、運算分析等任務，根據現(xiàn)場監(jiān)測信號來描述電氣設備與電氣系統(tǒng)運行狀況，判斷是否存在火災隱患和出現(xiàn)火災事故，確定火災出現(xiàn)后控制報警器發(fā)送報警信號。
2 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通中的應用必要性
在軌道交通運營期間，受到電氣設備老化、錯誤操作、外力碰撞等因素影響，偶爾出現(xiàn)電氣火災事故，如配電系統(tǒng)漏電與短路引發(fā)的火災、用電設備長時間過載運行引發(fā)的火災、封閉式電纜橋架內部溫度過高引發(fā)的火災，這類火災具有突發(fā)性、蔓延迅速、易形成大面積燃燒的特征。與此同時，早期軌道交通工程中采取人工巡查方式，由工作人員定期對電氣設備狀況進行檢查，測量記錄運行參數，在檢查到短路、斷路等故障問題時上報至維護中心，其前往現(xiàn)場檢修故障設備，或是在發(fā)現(xiàn)火災事故后通過按下消防報警器等方式上報問題，這一模式存在火災事故發(fā)現(xiàn)不及時、實際巡查范圍小、難以掌握全部電氣設備實時工況的局限性。相比之下，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)有著很高的自動化水平，改變了舊有的電氣火災監(jiān)控方式，可以替代人工完成參數記錄、設備狀態(tài)檢查、火災報警等工作，既簡化了流程步驟與減輕工作負擔，同時，也可以時間發(fā)現(xiàn)和上報電氣火災事故，并根據監(jiān)測結果來排查是否存在電氣火災隱患，起到決策支持作用，幫助管理人員采取改進措施，盡可能消除全部的火災隱患。簡單來講，在軌道交通工程中，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)價值體現(xiàn)在快速報警、隱患排查、設備遠程監(jiān)控、統(tǒng)一管理等方面。
3 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通中的主要應用場景
(1)遠程控制
在軌道交通電氣系統(tǒng)運行期間，如果排查到火災安全隱患，或是出現(xiàn)電氣參數異常波動等情況，工作人員在火災監(jiān)控系統(tǒng)上下達相應控制指令，經由通信網絡或是通信線路，把指令傳達至目標設備，帶動設備機械部分開展動作，調節(jié)電氣參數或是切換設備運行模式，實現(xiàn)遠程控制目標。從火災防控角度來看，對電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的應用，可以幫助工作人員時間對所發(fā)現(xiàn)安全隱患、電氣故障采取有效控制措施，如切斷故障部分和非故障部分連接、調節(jié)電壓電流值等參數，短時間內消除隱患，或是將火災蔓延范圍控制在一定程度內，避免在工作人員前往現(xiàn)場期間導致電氣故障加劇、提前發(fā)展成火災事故。同時，在所采取控制措施未起到預期作用、仍舊出現(xiàn)電氣故障和火災事故的情況下，由于工作人員遠程下達控制指令，無需抵達現(xiàn)場，不會危及到工作人員的人身安全。
(2) 電氣保護
電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)同時具備遠程控制、參數調節(jié)、火災報警等使用功能，既可以幫助工作人員迅速發(fā)現(xiàn)與處理火災事故，還可以通過參數調節(jié)，將火災事故消弭于無形。例如，在電氣保護場景，在系統(tǒng)中增設剩余電流、過電流、溫度、超壓與欠壓的保護功能，實時對比監(jiān)測值和整定值，在二者誤差超標時判斷出現(xiàn)電氣故障，基于程序運行準則，根據故障類型與位置來下達相應控制指令，采取保護動作，如在檢測到剩余電流值超標時切斷供電電源，在檢測到短路故障時向探測器發(fā)送脫扣信號，在檢測到電流值異常波動時控制電流互感器開啟常閉節(jié)點來吸合電流。
(3) 消防報警
在消防報警場景中，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)采取對比實時監(jiān)測量與整定值的判定方式持續(xù)采集工作溫度等參數的測定值，把測定值轉換為數字信號發(fā)送至監(jiān)控主機，如果測定值超過或是低于整定值，且二者偏差程度超過允許區(qū)間，系統(tǒng)自動判定為出現(xiàn)電氣故障或是電氣火災事故，根據測定值偏差程度觸發(fā)不同等級的報警程序，如單獨記錄報警信息和閃爍報警指示燈，或是額外啟動報警蜂鳴器，并在系統(tǒng)界面上以電子地圖的形式顯示報警位置，輸出報警報告。此外，在現(xiàn)場環(huán)境條件、電氣設備規(guī)格型號、設備數量等要素發(fā)生變動時，工作人員可以對電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的報警整定值、響應靈敏度進行調整。
(4) 隱患排查
在隱患排查場景中，一方面，由系統(tǒng)持續(xù)對電氣設備運行參數和現(xiàn)場環(huán)境條件進行監(jiān)測，根據實時監(jiān)測結果來繪制可視化圖表，幫助工作人員直觀、掌握電氣系統(tǒng)運行狀況。同時，對比實時監(jiān)測數據與歷史數據，如果檢測到參數曲線變化趨勢與電氣故障期間數據變化曲線的相似度達到一定標準，則在監(jiān)控報告中標記可能存在的電氣火災隱患，工作人員根據報告內容開展進一步的排查工作，消除潛在隱患，提前預防電氣故障與電氣火災事故的出現(xiàn)。另一方面，在系統(tǒng)中設立若干的自檢信號，定期對監(jiān)控主體、通信總線、藍牙數據集合器、探測器與報警器等硬件設備的運行狀態(tài)加以檢查，可以及時發(fā)現(xiàn)設備故障，避免因此影響到電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)使用功能的正常發(fā)揮。
4 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通中的應用建議
(1) 監(jiān)控主機選型
要求所選用監(jiān)控主機具備完善的使用功能，可以滿足不同場景下的操作需求和電氣火災監(jiān)控要求，一般情況下，監(jiān)控主機具備實時報警、分區(qū)監(jiān)控、故障自動巡檢、優(yōu)先報警、圖形顯示、在線干預 6 項基本功能。實時報警是在出現(xiàn)電氣故障或電氣火災后的 15s 以內發(fā)出聲光報警，提醒工作人員，必要時引導車站內滯留乘客安全疏散，如果火災報警時間超過這一標準，容易造成火災迅速蔓延、電氣設備大面積燒損、出現(xiàn)人員傷亡的嚴重后果。分區(qū)監(jiān)控是在軌道交通工程中劃分若干監(jiān)控區(qū)域或等級，分別制定各區(qū)域/等級的火災報警整定值，充分兼顧不同區(qū)域環(huán)境條件與電氣設備規(guī)格型號。故障自動巡檢是對探測器、報警器與監(jiān)控主機自身等系統(tǒng)設備的運行工況進行檢查，判斷是否存在故障問題，或是探測器探測精度不達標。優(yōu)先報警是在主機接收到多個監(jiān)控節(jié)點出現(xiàn)異常狀況時，進行邏輯分析，根據問題嚴重程度、事件發(fā)生時間等信息來排序，優(yōu)先提交重大事件的報警信號。圖形顯示功能是把所采集監(jiān)測信號、下達控制指令與監(jiān)控結果以可視化圖形方式在系統(tǒng)界面顯示，幫助工作人員直觀了解電氣系統(tǒng)運行狀態(tài)和火災情況。在線干預是在監(jiān)測到電氣設備異常運行時，工作人員可以通過監(jiān)控主機對電氣設備進行聯(lián)動控制，遠程下達參數調節(jié)等控制指令，迅速恢復電氣設備的正常運行工況，避免電氣故障發(fā)展為電氣火災事故。
(2)探測器選型設計
首先，綜合分析監(jiān)控參數種類、探測器安裝區(qū)域、電氣設備種類等因素，合理選擇探測器型號款式。例如，以母聯(lián)柜、饋線回路斷路器接頭作為探測對象時，優(yōu)先配置測溫型探測器，搭載 6 個以內的測溫探頭，通過等電位方式探測接頭工作溫度。在以低壓饋線回路作為探測對象時，配置剩余電流型探測器，持續(xù)監(jiān)測回路中的剩余電流值。而在以母線電纜或是電纜夾層作為探測對象時，則配置感溫光纖型探測器，持續(xù)向外發(fā)射脈沖激光束，根據光子散射情況與熱運動特征值來判斷工作溫度。其次，合理選擇探測器安裝位置，優(yōu)先在室內頂棚等空曠、開闊部位安裝探測器，根據實際探測范圍來設定探測器數量、臨近探測器間隔距離，確保探測器可以有效感知探測范圍內的現(xiàn)場環(huán)境，避免因視線遮擋而形成探測盲區(qū)。而對于開關柜、環(huán)控柜等柜體內部安裝的探測器，則根據柜內設備、線路分布情況來選擇合理的安裝位置，在柜內預留出充足的安裝空間。后，考慮到軌道交通火災監(jiān)控參數種類較多，包括工作溫度、電流、電壓、電阻等數十種參數，如果在軌道交通現(xiàn)場同時布置單一參數種類的探測器，不但會增加系統(tǒng)建設成本，布置過多的探測器，同時還面臨著探測器安裝空間有限、各類探測器與電氣設備相互干擾、形成復雜電磁環(huán)境等問題。對此，需要優(yōu)先選用一體式監(jiān)控探測器，這類探測器可以同時對若干參數進行監(jiān)測采集，還具備火災報警功能，在探測到明火、煙霧或是采集異常監(jiān)測信號后自動發(fā)送報警信號，無需在現(xiàn)場額外加裝火災報警器，有利于簡化系統(tǒng)結構、降低系統(tǒng)建設成本。
(3) 整定值設置
如何保證電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時、準確的匯報電氣火災事故，同時，避免出現(xiàn)火災誤報、漏報問題，是決定系統(tǒng)應用價值能否得以發(fā)揮的關鍵。對此，工作人員可以從整定值設置角度著手，對軌道交通電氣設備數量、種類、現(xiàn)場環(huán)境條件、短路等電氣故障表現(xiàn)形式等因素加以綜合分析，借鑒同類項目監(jiān)控案例，嚴格遵循《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB50116-2013）規(guī)定，準確計算電流、電壓、接頭溫度等監(jiān)控指標的較好整定值。例如，在某軌道交通工程中，把泄漏電流整定值設定為 300mA 與 500mA，如果泄漏電流超過 300mA，系統(tǒng)將記錄報警信息和閃爍報警信號燈，直至電流值低于 300mA 后恢復預警回路。同時，在泄漏電流值超過500mA 時，額外啟動報警蜂鳴器，在故障解除或電流值低于 300mA 時自動關閉蜂鳴器，也可由工作人員手動關閉。
(4)應用人工智能技術
目前來看，在軌道交通工程中，所構建電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)普遍存在自動化程度有余、智能化程度不足的問題，主要負責完成參數測量、火災報警、設備參數調節(jié)等基礎性任務，仍舊需要工作人員深度參與到火災監(jiān)控工作當中，完成一些決策型工作，如判斷火災等級、預測火勢蔓延情況等。對此，需要在電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)中應用到人工智能技術，使系統(tǒng)具備強大的決策分析能力，面對突發(fā)狀況時，可以模擬人類思維方式進行決策判斷。例如，在出現(xiàn)電氣火災事故后，系統(tǒng)根據各監(jiān)控節(jié)點上報數據，預測未來一段時間火勢的蔓延擴散區(qū)域、蔓延速度。
5 安科瑞電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)
（1）概述
Acre1-6000電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，是根據國家現(xiàn)行規(guī)范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數字化獨立運行的系統(tǒng)，已通過國家消防電子產品質量監(jiān)督檢驗中心的消防電子產品試驗認證，并且均通過嚴格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運行，現(xiàn)均已批量生產并在全國得到廣泛地應用。該系統(tǒng)通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監(jiān)視，實現(xiàn)對電氣火災的早期預防和報警，當必要時還能聯(lián)動切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標的配電回路;并根據用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業(yè)微電網管理云平臺或火災自動報警系統(tǒng)等進行數據交換和共享。
（2） 應用場合
適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領域。
（3 ）系統(tǒng)結構
4 ）系統(tǒng)功能
監(jiān)控設備能接收多臺探測器的剩余電流、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，直至按設備的“復位”按鈕或觸摸屏的“復位”按鍵遠程對探測器實現(xiàn)復位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲”按鍵手動消除。
當被監(jiān)測回路報警時，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設備，當報警消除后，控制輸出繼電器釋放。
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)生通訊故障或探測器本身發(fā)生故障時，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。
當發(fā)生剩余電流、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） 配置方案
6 結語
綜上所述，為迅速撲滅初期火勢，減少電氣火災事故出現(xiàn)的次數，保證城市軌道交通運營安全。運營主管部門在軌道交通工程中搭建電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，重點考慮監(jiān)控主機選型、探測器選型、整定值設置等系統(tǒng)應用問題，搭配使用人工智能技術，在遠程控制、電氣保護、消防報警、隱患排查等場景中做到對電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的落地應用，為軌道交通事業(yè)的發(fā)展保駕護航。
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作者簡介：簡婷，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)和應用。
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地址：上海市嘉定區(qū)育綠路253號
