轨道交通电气火灾监控系统分析措施

徐悦

安科瑞电气股份有限公司  上海嘉定 201801

1电气火灾监控系统概述

电气火灾监控系统由电气火灾监控主机、剩余电流式电气火灾监控探测器、数据传输总线及系统软件等组成。剩余电流式电气火灾监控探测器通常设置在400V低压开关柜内各分回路馈线侧、大容量通风空调设备分回路馈线侧、照明配电箱总进线侧及EPS进线侧等，用以监视负载漏电情况。监控探测器将探测到的剩余电流经过数据传输总线（RS485CAN）上传到位于照明配电及控制室的监控主机；监控主机实现对其各种信号的处理、报警、控制、显示、统计、管理、通信等功能，并将数据信息、报警信息等通过继电器端子与FAS的输入模块连接，再通过FAS系统形成环网。

图1 电气火灾监控系统图

2漏电故障检查

（1）漏电报警现象

沿线车站1和车站2曾出现FAS系统频繁报警的情况，FAS系统显示报警信号由位于照明配电及控制室内的电气火灾监控主机传来。经查阅电气火灾监控主机报警信息，是由于400V馈线柜上剩余电流式电气火灾监控探测器探测到照明总箱馈线回路存在较多剩余电流，且剩余电流值远超预设报警值500mA，从而触发监控探测器声光报警动作。监控探测器再将探测到的信号上传电气火灾监控主机和FAS主机。

（2）漏电检查

为查清漏电流来源，排除漏电监测系统质量或安装问题。现场对400V开关柜内照明总箱分开关（以下简称400V照明总箱分开关）和照明总箱负载开关进行检测。使钳形万用表圈住火线、零线，测量电流情况，测量数据如表1所示。

由表1数据可知：断开400V开关柜照明总箱分开关和照明电箱负载开关前，其漏电流值较大，均超过了报警值500mA。断开400V开关柜照明总箱分开关和照明电箱负载开关后，其漏电流值则很小，几乎为零。且400V开关柜照明总箱分开关和照明电箱负载开关下的漏电流值几乎相同。故可以说明漏电流是由照明电箱负载开关所带设备或线路产生的，而非漏电监测系统质量或安装问题。

3剩余电流产生原因分析

针对上述案例，下面从剩余式电流互感器工作的原理，深入剖析剩余电流产生的原因。通常，当运行中的线路发生电击事故、设备漏电、接地故障现象或者其他三相对地电流不平衡的情况时，会产生剩余电流。剩余式电流互感器的工作原理正是通过检测运行线路中LA、LB、LC、N电流的矢量和，以此作为依据，预判电气火灾隐患情况，从而提醒维护人员及时采取措施，防止电气火灾的发生。其原理如图2所示：负载情况下，各相线电流由电源侧流出，经过电流互感器的测量，再流经负载，穿过电流互感器由零线全部返回电源侧，从而形成回路。

图2 剩余式电流互感器原理图

(1)正常情况下，各相电流平衡，通过互感器一次侧电流相量和等于零。由基尔霍夫电流定律可知：

ΣI=ILA+ILB+ILC+IN=0

由于电缆自身存在泄露电流，所以线路剩余电流为ΣI=ILA+ILB+ILC+IN=I泄参考《全国民用建筑工程设计技术措施》及实测数据可知，电缆泄露电流通常很小，且远远小于预设阀值，未达到系统报警条件。

（2）故障情况下，如线路电缆绝缘受损时，造成接地短路，若短路电流为ID，则线路剩余电流为：ΣI=ILA+ILB+ILC+IN=I泄+ID。

通常情况下ID较大，当I泄+ID大于预设阀值，则系统报警。根据剩余式电流互感器的工作原理可知，出现剩余电流继而触发报警的原因除了线路本身存在故障外，还有可能是施工不当造成的。下面通过原理图，并结合实际案例，详细分析产生剩余电流而触发报警的真实原因，以便有针对性的采取措施。

（1）如图3一种情况，属于N线与PE线短路。当N线与PE线在M点碰接时，造成零线重复接地，部分零线电流被PE线分流，无法全部经互感器返回，由此将产生剩余电流。

（2）如图3二种情况，属于零线漏电。当零线绝缘劣化、接头包裹不严时，导致裸线碰地、碰外壳，部分零线电流直接流入大地，从而产生剩余电流。

（3）如图3三种情况，属于施工中将N线与PE线混用（或搭错母排），错误将PE线当零线接入，人为造成漏电（如图3中R负载情形），也会产生剩余电流。

图3 配电系统中不同情况下剩余电流原理图

（4）不同配电箱零线混接产生的剩余电流

①不同配电箱出线的零线跨区混用，如图4中Ra借用B区的N线，而未经A区N线和互感器返回（正常接线应为Ra虚线部分），由此产生剩余电流。

②不同配电箱的出线零线并接，如图4中H点与G点短接，或通过其他途径间接搭接，导致A、B两区的三相电流均不平衡，由此产生剩余电流。

验证方法：

将穿过互感器电缆上端开关断开，如果此时漏电流已经消除，确认负载处存在问题；如漏电流仍然存在，将穿过互感器的“N”线断开，此时如漏电流消失，则可确认是“N”线被混接；

（5）零线方向穿反产生剩余电流：

如图5所示。在剩余电流互感器中，零线方向穿反，线路的电流矢量和应为2倍的三相电流矢量和，由此产生剩余电流。

图4 不同配电箱零线混接剩余电流原理图

图5 互感器零线反穿时剩余电流原理图

4减少剩余电流的措施

通过上述分析，出现剩余电流的根本原因是从电源侧流出的电流没有按照既定的回路返回，具体表现为线路破损导致的漏电、N线和PE线混用或短路、不同配电箱零线混用等配电系统多点接地问题，以及互感器穿线错误等施工安装接线的问题。因此，针对上述情况，提出以下措施限制和降低车站配电系统的剩余电流：

（1）剩余电流互感器安装时，严格区分N线和PE线，N线为蓝色，PE线为黄色,不随意搞混和乱接。

（2）不得将N线作为PE线使用，不得重复接地。

（3）N线穿入电气火灾监控系统的电流互感器，且接线方向应与相线一致，不得反接。

（4）PE线严禁穿过电气火灾监控系统剩余电流互感器。

（5）应严格控制电缆头的制作工艺，采用绝缘良好、泄露电流小的导线连接方式，并进行检测。

（6）配电系统包括设备、管线等安装到位后，未接通电源前，应对回路绝缘性能进行测试，并核实PE、N线的接线。

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，已通过消防电子产品质量监督检验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的应用。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、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。

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

应用场合	型号	产品照片	功能
消防控制室	Acrel-6000/B		适用于1～4条通信总线多可连接256个探测器，可适用于壁挂安装的场所。
	Acrel-6000/Q		适用于大型组网，壁挂式监控主机数量较多且需集中查看的场所，主要监测壁挂主机信息。
一、二级 低压配电	ARCM200L-Z2		三相（I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos中），视在电能、四象限电能计量，单回路剩余电流监测，4路温度监测，2路继电器输出，4路开关量输入，事件记录，内置时钟，点阵式LCD显示，2路独立RS485/Modbus通讯
	ARCM200L-J8		8路剩余电流监测，2路继电器输出，4路开关量输入，事件记录，内置时钟，点阵式LCD显示，1路RS485/Modbus通讯
	ARCM300-J1		1路剩余电流监测，4路温度监测，1路继电器输出，事件记录，LCD显示，1路RS485/Modbus通讯
	AAFD-□		检测末端线路的故障电弧，485通讯，导轨式安装。
	ASCP200-□		短路限流保护、过载保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测，1路RS485通讯，1路GPRS或NB无线通讯，额定电流为0-40A可设。
			短路限流保护、过载保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测，1路RS485通讯，1路NB或4G无线通讯，额定电流为0-63A可设。
配套附件	AKH-0.66		测量型互感器，采集交流电流信号
	AKH-0.66/L		剩余电流互感器，采集剩余电流信号
	ARCM-NTC		温度传感器，采集线缆或配电箱体温度

6结论

电气火灾监控系统使电气火灾预防由被动变为主动，提高了运营维护效率。为充分发挥电气火灾监控系统在城市轨道交通配电系统中的应用效果，结合案例情况，总结以下几点注意事项：一是设施设备维护人员应熟练电气火灾监控系统原理和剩余式电流工作原理；二是安装人员需要正确安装电气火灾监控系统；三是线路施工人员需要保证线路施工的工艺质量。

参考文献

中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》

中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50054-2011《低压配电设计规范》

林楚斌.电气火灾监测系统在城市轨道交通中的应用

付朝立.基于泄露电流监测的电气火灾报警系统在地铁中的应用

韦寒苍.姚明阳.轨道交通电气火灾监控系统报警分析与处置措施

安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.06版.

作者简介：
徐悦，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司。手机：[phone]（微信同号），QQ：2885206556
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审核编辑 黄宇