周菁
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰
摘要
本文簡述了電氣火災監控系統的組成原理，分析了電氣火災監控系統在應用中的設計依據和相關規范。后通過安科瑞剩余電流式電氣火災監控系統在海底撈實業有限公司（練塘廠房）的實例介紹，闡述了電氣火災監控系統功能的實現及其重要意義。
關鍵詞： 電氣火災；剩余電流式電氣火災監控探測器；監控系統；Acrel-6000/B；海底撈實業有限公司。
0 概述
海底撈餐飲股份有限公司成立于1994年，是一家以經營川味火鍋為主，融會各地火鍋特色于一體的大型跨省直營餐飲民營企業。經十九年，公司已發展成為在北京、上海、西安、鄭州、天津、南京、杭州、深圳等全國16個城市擁有75家直營店。現擁有員工15000余人。海底撈的六大配送中心以規模化的生產能力和成本管理提供了獲取大程度 營業額和利潤的可能。
海底撈實業有限公司（練塘廠房）項目為一項工業項目，建筑面積為34,572平方米，包括：3棟2層高的局部鋼結構的廠房及1棟3層高的無裝修的宿舍樓。本電氣火災監控系統作為一種預報警系統，可提前對漏電流進行報警，避免由于漏電引發的電氣火災。一旦投入使用將保障該廠房的用電安全，減少電氣安全事故的發生。
海底撈實業有限公司（練塘廠房）現場共有ARCM200L-J8剩余電流式火災探測器8只，安裝于變電所饋線柜出線處。現場火災探測器采用總線方式接至廠房內消控中心的Acrel-6000/B壁掛式電氣火災監控系統，距離有400米。
1 參考標準
近年來，國家為了加大電氣火災監控防范的力度，相繼制訂或修改了一批相關標準規范，加強對電氣火災的預防。主要有：
(1)．是GB50045-95(2005版)《高層民用建筑設計防火規范》，其中在條文9.5.1里規定:高層建筑內火災危險性大、人員密集等場所宜設置漏電火災報警系統。
(2)．是GB50016-2006《建筑設計防火規范》，在條文11.2.7里規定:下列場所宜設置剩余電流動作電氣火災監控系統。這些場所包括各種類型的影劇院、館所、倉庫、住宅小區、醫院、商店、學校等等。
(3)．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"。
(4)．電氣火災監控系統的產品應滿足:GB14287.1-2005《電氣火災監控設備》、 GB14287.2-2005《剩余電流式電氣火災監控探測器》、GB14287.3-2005《測溫式電氣火災監控探測器》
(5)．電氣火災監控系統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》
(6)．電氣火災監控系統的供電應滿足GB50052《供配電系統設計規范》的要求
(7)．電氣火災監控系統的設計應滿足《電氣火災監控系統的設計方法》的要求(暫行規定)
2 系統組成
根據國家標準GB14287-2005《電氣火災監控系統》以及相關規范《電氣火災監控系統的設計方法》(暫行規定)，則電氣火災監控系統的基本組成應包括：電氣火災監控設備、剩余電流式電氣火災監控探測器以及測溫式電氣火災監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控系統采用分層分布式結構，由站控管理層、網絡通訊層和現場設備層組成。各電氣火災監控探測器通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協議總線型連接接入通訊服務器，然后通過五類線TCP/TP協議進入工業交換機，然后通過光纜到達監控主機。
系統組網結構
1）站控管理層
站控管理層針對電氣火災監控系統的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統的上層部分。主要由系統軟件和必要的硬件設備，如觸摸屏、UPS電源等組成。監測系統軟件對現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場運情況。
監控主機：用于數據采集、處理和數據轉發。為系統內或外部提供數據接口，進行系統管理、維護和分析工作。
UPS：保證計算機監測系統的正常供電，在整個系統發生供電問題時，保證站控管理層設備的正常運行。
后臺監控設備設置在消控中心，由于監控點位小于48個，選用Acrel-6000/B。
2）網絡通訊層
通訊介質：系統主要采用屏蔽雙絞線，以RS485接口，MODBUS通訊協議實現現場設備與上位機的實時通訊。
3）現場設備層
現場設備層是數據采集終端，主要為ARCM200剩余式電氣火災監控探測器。
ARCM200型剩余電流式電氣火災監控探測器，是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統設計的，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控和管理，從而預防電氣火災的發生。產品采用的微控制器技術，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控、系統絕緣老化預估等的理想選擇。產品符合 GB14287.2-2005《電氣火災監控系統 第2部分：剩余電流式電氣火災監控探測器》的標準要求。
現場監控設備設置在變電所的低壓配電柜中，由于單個柜體內的監控回路大于4個，小于或等于8個，選用ARCM200-J8。
現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，其監測的數據完整、準確并實時傳送至監控主機。便于運行人員監控現場設備運行狀態，故障報警等情況，預防火災事故發生。
3系統特點和工作原理
電氣火災監控系統的特點在于剩余電流電監控方面屬于先期預報警系統。與傳統火災自動報警系統不同，電氣火災監控系統早期報警是為了避免損失，而傳統火災自動報警系統是為了減少損失。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的單位，仍需要安裝電氣火災監控系統的根本原因。
電氣火災監控系統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點的電流矢量和為零。以TN-S系統為例，將A/B/C/N同時穿過剩余電流互感器，當系統未發生漏電時，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，若超出定值則發出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災監控設備。
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定、量程范圍大，適合在現場監測線纜溫度和環境溫度使用。當溫度發生變化時，Pt100自身阻值發生同比例變化，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，將終結果同溫度報警定值進行比較，若超出定值則發出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災監控設備。
4 系統參數的配置
4.1 報警值設置范圍
依據國家標準GB14287.2-2005中的規定，剩余電流式電氣火災監控探測器的報警值設置范圍在20~1000mA之間。按此要求，一般把電源總進線處的剩余電流動作值定為400~800mA，電源分支線路上的剩余電流動作值定為100~400mA.一般在實際現場，設置剩余電流式電氣火災監控探測器的報警值，具體地說應不小于被保護電氣線路和設備的正常運行時泄漏電流大值的2倍，且不大于1000mA。電氣火災探測器的報警設定值應考慮配電系統及用電設備的正常泄漏電流。
4.2 關于電纜溫升報警設定參考，根據《電力電纜設計規范》對電纜有關溫度的規定
(1)60℃以上高溫場所應按經受高溫及其持續時間和絕緣類型要求，選用耐熱聚氯乙烯、交聯聚乙烯或乙丙橡皮絕緣等耐熱型電纜100℃以上高溫環境宜選用礦物絕緣電纜。高溫場所不宜選用普通聚氯乙烯絕緣電纜。
(2)電纜持續允許載流量的環境溫度應按使用地區的氣象溫度多年平均值確定，并應符合規定。在戶內電纜溝敷設時，環境溫度為場所熱月的日高溫度平均值另加5℃.
(3)電纜所承受溫升與敷設及散熱條件有關。
5 系統介紹
Acrel-6000電氣火災監控系統是本公司自主研發的用于接收剩余電流式電氣火災探測器等現場設備信號，以實現對被保護電氣線路的報警、監視、控制、管理的運行于計算機的工業級硬件/軟件系統。本系統應用于大型商場、生活小區、生產基礎、辦公大樓、商場等區域的消防控制中心，對分散在建筑內的探測器進行遙測、遙調、遙控、遙信，方便實現監控與管理。本系統采用標準的Modbus現場總線將具有通信功能的探測器相互連接起來，當現場保護線路中的被探測參數超過報警設定值時，能發出報警信號、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通信協議，傳輸距離1km，可通過中繼器延長通訊傳輸距離
(4).監控容量：
① 監控設備高可監控200個監控單元（探測器）
② 可配接ARCM系列監控探測器
(5).監控報警項目：
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）
監控報警響應時間： ≤30s
監控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m
監控報警光顯示：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 監控設備與探測器之間的通訊連接線發生斷路或短路
② 監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生斷路或短路
故障報警響應時間：≤100s
監控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m
監控報警光顯示：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、發生時間、探測器編號、區域、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：實時狀態監視、事件記錄查詢
② 監控操作級：實時狀態監視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢
③ 系統管理級：實時狀態監視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢，監控設備系統參數查詢、監控設備各模塊單獨檢測、操作員添加與刪除
(11).使用環境條件：
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 工作環境溫度：0℃～40℃
③ 工作環境相對濕度：5%～95%RH
④ 海拔高度：≤2500m
基本功能
(1).監控報警功能：
監控設備能接收多臺探測器的漏電、溫度信息，報警時發出聲光報警信號，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：當監控設備與所接的任一臺探測器之間發生通訊故障時，監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，并發出故障報警聲音。
電源故障報警：當主電源或備用電源發生故障時，監控設備也發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：
當主電源發生停電、欠壓等故障時，監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，切換過程中保證監控設備連續平穩運行。
(6).對探測器控制功能：
通過監控軟件操作，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：
為確保監控系統的安全運行，監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。
該系統自投運以來，運行良好，在預防電氣火災方面發揮了重要作用，獲得了客戶對產品和公司的認可與信賴。
參考文獻
[1].任致程 周中. 電力電測數字儀表原理與應用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4
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