寧江大院電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)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(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的組成原理，分析了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在應(yīng)用中的設(shè)計(jì)依據(jù)和相關(guān)規(guī)范。通過安科瑞剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在寧江大院項(xiàng)目的實(shí)例介紹，闡述了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)及其重要意義。
 
關(guān)鍵詞： 電氣火災(zāi)；剩余電流式電氣火災(zāi)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(chǎn)。
  本項(xiàng)目就是對寧江大院項(xiàng)目內(nèi)的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器進(jìn)行監(jiān)控。

1 參考標(biāo)準(zhǔn)
   近年來，國家為了加大電氣火災(zāi)監(jiān)控防范的力度，相繼制訂或修改了一批相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，加強(qiáng)對電氣火災(zāi)的預(yù)防。主要有：
  (1)．GB50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，在條文11.2.7里規(guī)定:下列場所宜設(shè)置剩余電流動(dòng)作電氣火災(zāi)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(xué)校等等。
  (2)．國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑電氣火災(zāi)預(yù)防要求和檢測方法》有關(guān)條文也明確要求“應(yīng)在電源進(jìn)線端設(shè)置自動(dòng)切斷電源或報(bào)警的剩余電流動(dòng)作保護(hù)器”。
  (3)．電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)品應(yīng)滿足:GB14287.1-2014《電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備》、 GB14287.2-2014《剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》、GB14287.3-2014《測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》
  (4)．電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的安裝和運(yùn)行應(yīng)滿足GB13955-2005《剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置安裝和運(yùn)行》
  (5)．電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的供電應(yīng)滿足GB50052《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求
  (6)．電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法》的要求(暫行規(guī)定)
2 系統(tǒng)組成
  根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB14287-2014《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》以及相關(guān)規(guī)范《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法》(暫行規(guī)定)，則電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成應(yīng)包括：電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器以及測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器等三個(gè)基本產(chǎn)品種類所組成。
  剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場設(shè)備層組成。各電氣火災(zāi)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(jī)。
系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

1）站控管理層
  站控管理層針對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)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(shè)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(shù)據(jù)信息計(jì)算、分析、處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音、指示燈等方式反應(yīng)現(xiàn)場運(yùn)情況。
  監(jiān)控主機(jī)：用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行系統(tǒng)管理、維護(hù)和分析工作。
  UPS：保證計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的正常供電，在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生供電問題時(shí)，保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行。
  后臺(tái)監(jiān)控設(shè)備設(shè)置在消控中心。
2）網(wǎng)絡(luò)通訊層
  通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線，以RS485接口，MODBUS通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備與上位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊。
3）現(xiàn)場設(shè)備層
  現(xiàn)場設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要為ARCM300-J1剩余式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器。ARCM300型剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，通過對配電回路的剩余電流、導(dǎo)線溫度、過電流、過電壓等火災(zāi)危險(xiǎn)參數(shù)實(shí)施監(jiān)控和管理，從而預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。產(chǎn)品采用先進(jìn)的微控制器技術(shù)，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化于一身，是建筑電氣火災(zāi)預(yù)防監(jiān)控、系統(tǒng)絕緣老化預(yù)估等的理想選擇。產(chǎn)品符合 GB14287.2-2014《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng) 第2部分：剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》的標(biāo)準(zhǔn)要求。
  現(xiàn)場總線連接的分布式I/O控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳采集的數(shù)據(jù)。測量探測器擔(dān)負(fù)著基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測的數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實(shí)時(shí)傳送至監(jiān)控主機(jī)。便于運(yùn)行人員監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，故障報(bào)警等情況，有效預(yù)防火災(zāi)事故發(fā)生。

3系統(tǒng)特點(diǎn)和工作原理
  電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)在于剩余電流監(jiān)控方面屬于前期預(yù)報(bào)警系統(tǒng)。與傳統(tǒng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)不同，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)早期報(bào)警是為了避免損失，而傳統(tǒng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)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(xiàng)目，尤其是已經(jīng)安裝了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的單位，仍需要安裝電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的根本原因。
  電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)測量剩余電流和溫度兩個(gè)物理量。
  剩余電流測量是根據(jù)基爾霍夫電流定律：在同一時(shí)刻，電路中流入和流出一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流矢量和為零。以TN-S系統(tǒng)為例，將A/B/C/N同時(shí)穿過剩余電流互感器，當(dāng)系統(tǒng)未發(fā)生漏電時(shí)，流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和為零，此時(shí)，剩余電流互感器感應(yīng)出的二次電流也為0;當(dāng)某相對大地發(fā)生漏電，此時(shí)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(zāi)探測器，經(jīng)運(yùn)算放大、A/D轉(zhuǎn)換后送入CPU，經(jīng)過一系列算法后，對變化的幅值進(jìn)行分析、判斷，并與報(bào)警設(shè)定值進(jìn)行比較，若超出定值則發(fā)出聲光報(bào)警信號并上送至后臺(tái)電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備。
  溫度測量采用溫度傳感器，一般采用Pt100傳感器進(jìn)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(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，Pt100自身阻值發(fā)生同比例變化，將該電阻信號傳輸?shù)诫姎饣馂?zāi)探測器，經(jīng)過一系列信號轉(zhuǎn)化和運(yùn)算后，將結(jié)果同溫度報(bào)警定值進(jìn)行比較，若超出定值則發(fā)出聲光報(bào)警信號并上送至后臺(tái)電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備。

4 系統(tǒng)介紹
  Acrel-6000電氣火災(zāi)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(zāi)探測器等現(xiàn)場設(shè)備信號，以實(shí)現(xiàn)對被保護(hù)電氣線路的報(bào)警、監(jiān)視、控制、管理的運(yùn)行于計(jì)算機(jī)的工業(yè)級硬件/軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)應(yīng)用于大型商場、生活小區(qū)、生產(chǎn)基礎(chǔ)、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(nèi)的探測器進(jìn)行遙測、遙調(diào)、遙控、遙信，方便實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與管理。本系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)現(xiàn)場保護(hù)線路中的被探測參數(shù)超過報(bào)警設(shè)定值時(shí)，能發(fā)出報(bào)警信號、控制信號，能指示報(bào)警部位并保存報(bào)警信息。
主要技術(shù)參數(shù)
(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(shí)，維持監(jiān)控設(shè)備工作時(shí)間 ≥4小時(shí)
(2).工作制：
24小時(shí)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(shè)備可監(jiān)控200個(gè)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(bào)警項(xiàng)目：
① 剩余電流故障（漏電）：故障單元屬性（部位、類型）
② 溫度報(bào)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(bào)警響應(yīng)時(shí)間： ≤30s
監(jiān)控報(bào)警聲壓級（A計(jì)權(quán)）：≥70dB／1m
監(jiān)控報(bào)警光顯示：紅色LED指示燈，紅色光報(bào)警信號應(yīng)保持，直至手動(dòng)復(fù)位
監(jiān)控報(bào)警聲信號：可手動(dòng)消除，當(dāng)再次有報(bào)警信號輸入時(shí)，能再次啟動(dòng)
(6).故障報(bào)警項(xiàng)目：
① 監(jiān)控設(shè)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(shè)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(bào)警響應(yīng)時(shí)間：≤100s
監(jiān)控報(bào)警聲壓級（A計(jì)權(quán)）：≥70dB／1m
監(jiān)控報(bào)警光顯示：黃色LED指示燈，黃色光報(bào)警信號應(yīng)保持至故障排除
故障報(bào)警聲信號：可手動(dòng)消除，當(dāng)再次有報(bào)警信號輸入時(shí)，能再次啟動(dòng)
故障期間，非故障回路的正常工作不受影響
(7).控制輸出：
報(bào)警控制輸出：1組常開無源觸點(diǎn)，容量：AC250V 3A或DC30V 3A
(8).自檢項(xiàng)目：
① 指示燈檢查：報(bào)警、故障、運(yùn)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(shí) ≤60s
(9).事件記錄：
① 記錄內(nèi)容：記錄類型、發(fā)生時(shí)間、探測器編號、區(qū)域、故障描述，可存儲(chǔ)記錄不少于2萬條
② 記錄查詢：根據(jù)記錄的日期、類型等條件查詢
(10).操作分級：
① 日常值班級：實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢
② 監(jiān)控操作級：實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、探測器遠(yuǎn)程復(fù)位、設(shè)備自檢
③ 系統(tǒng)管理級：實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、探測器遠(yuǎn)程復(fù)位、設(shè)備自檢，監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)參數(shù)查詢、監(jiān)控設(shè)備各模塊單獨(dú)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(nèi)、有人值班的變配電所（配電室）、有人值班的房間內(nèi)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(bào)警功能：
  監(jiān)控設(shè)備能接收多臺(tái)探測器的漏電、溫度信息，報(bào)警時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號，同時(shí)設(shè)備上紅色“報(bào)警”指示燈亮，顯示屏指示報(bào)警部位及報(bào)警類型，記錄報(bào)警時(shí)間，聲光報(bào)警一直保持，直至按顯示屏“復(fù)位”按鈕遠(yuǎn)程對探測器實(shí)現(xiàn)復(fù)位。對于聲音報(bào)警信號也可以使用顯示屏“消聲”按鈕手動(dòng)消除。
(2).故障報(bào)警功能：
  通訊故障報(bào)警：當(dāng)監(jiān)控設(shè)備與所接的任一臺(tái)探測器之間發(fā)生通訊故障時(shí)，監(jiān)控畫面中相應(yīng)的探測器顯示故障提示，同時(shí)設(shè)備上的黃色“故障”指示燈亮，并發(fā)出故障報(bào)警聲音。
電源故障報(bào)警：當(dāng)主電源或備用電源發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報(bào)警信號并顯示故障信息，可進(jìn)入相應(yīng)的界面查看詳細(xì)信息并可解除報(bào)警聲響。
(3).自檢功能：
  檢查設(shè)備中所有狀態(tài)指示燈、顯示屏、喇叭是否正常。
(4).報(bào)警記錄存儲(chǔ)查詢功能：
  當(dāng)發(fā)生漏電、超溫報(bào)警或通訊、電源故障時(shí)，將報(bào)警部位、故障信息、報(bào)警時(shí)間等信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)報(bào)警解除、排除故障時(shí)，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法。
(5).電源功能：
  當(dāng)主電源發(fā)生停電、欠壓等故障時(shí)，監(jiān)控設(shè)備可自動(dòng)切換到備用電源工作，當(dāng)主電源恢復(fù)正常供電時(shí)，自動(dòng)切回到主電源，切換過程中保證監(jiān)控設(shè)備連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)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(shè)備的所有探測器進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)位控制。
(7).權(quán)限控制功能：
  為確保監(jiān)控系統(tǒng)的安全運(yùn)行，監(jiān)控設(shè)備軟件操作權(quán)限分為三級，不同級別的操作員具有不同的操作權(quán)限。
結(jié)束語
  綜上所述，漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)能準(zhǔn)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(zāi)的火災(zāi)隱患，及時(shí)報(bào)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(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是十分重要的內(nèi)容。從長遠(yuǎn)看漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可作為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的強(qiáng)弱電優(yōu)化結(jié)合，構(gòu)成完善的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)
[1].任致程 周中. 電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4
 [2].部沈陽消防研究所. GB 50116 - 2013 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范 ［S］. 北京： 中國計(jì)劃出版社， 2014
[3].部消防局. 消防安全技術(shù)實(shí)務(wù) ［M］. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2014.