浅探电气火灾监控系统于城市轨道交通之研究与运用

安科瑞鲁一扬15821697760

【摘要】本研究聚焦城市轨道交通电气火灾监控系统。在阐述其特征之后，深入剖析引发电气火灾的主要因素，进而提出该监控系统的设计思路与应用策略。通过对系统各方面的全面探讨，旨在为城市轨道交通电气火灾的预防与监控提供有效方案，保障轨道交通运营安全。

【关键词】城市轨道交通；电气火灾；电气火灾监控系统；设计应用

0引言

自改革开放以来，我国经济迅猛发展，各大城市的轨道交通建设亦呈现蓬勃之势，线路数量不断攀升。然而，现行城市轨道交通安全防范体系中，电气火灾早期预警工作的系统性制度尚存在缺失。鉴于我国城市轨道交通工程建设的现状，在工程建设进程中合理配置消防监控系统，特别是有效部署电气火灾监控系统，对于降低电气火灾事故发生的风险至关重要。基于此，本文围绕城市轨道交通电气火灾监控系统的应用展开深入讨论，期望能为相关领域学者提供有价值的理论参考与帮助。

1城市轨道交通电气火灾监控系统特征

城市轨道交通场所具有人员高度密集、人员流动快速、设施复杂多样且投资规模庞大等显著特征。一旦该场所发生火灾，或者出现停电、高温、混乱乃至爆炸等紧急情况，不仅会对轨道交通工作人员与乘客的生命财产安全构成极为严重的威胁，还将对设施安全、财产安全等诸多方面造成重大损害，甚至可能波及经济、政治与环境安全领域，对社会秩序的稳定以及社会的整体发展产生深远影响。

城市轨道交通火灾监控系统的设计与布局能够在预防、监控以及警示轨道交通火灾方面发挥关键作用。其报警功能应具备分级报警能力，并可与电力设备实现联动，甚至可设置跳闸功能。初级报警可由工作人员手动关闭，随后派遣专业人员进行检测与处理。初级报警功能实则为预警功能，与传统火灾报警（火灾发生后报警以减少损失）有所不同，其核心目的在于对火灾进行预先防范、预测或提前预警。

从应用特性的角度来看，城市轨道交通电气火灾监控系统需具备可靠性、保密性、实时监控性以及数据传输性等重要功能特点。具体表现如下：
(1) 可靠性方面，城市轨道交通电气火灾监控系统主要体现为单机运行和系统独立。单机运行意味着该系统无需联网即可正常工作，即便出现断网情况，也不会对预警系统的运行产生干扰。系统独立则表示其相对独立于其他系统，自身发生故障时不会殃及其他系统的正常运行，有效避免了因电气火灾监控系统故障而导致整个火灾报警系统全面瘫痪的局面。
(2) 保密性上，城市轨道交通电气火灾监控系统具有较高的保密等级，采用多级密码保护机制，不同管理层级的用户所拥有的权限存在差异。
(3) 实时监控性使得该系统能够对城市轨道交通的剩余电流信号、温度信号、火灾状况等进行实时且动态的检测，同时承担着对检测后信息的收集、分析、判断以及决策等一系列工作任务。
(4) 数据传输性要求系统内部数据传输顺畅无阻，以便能够对故障系统与正常设备进行分类处理，从而切实保障电气火灾监控系统能够有效达成预警与检测电气火灾的目标。

2 发生电气火灾的主要因素

2.1 超载

依据当前我国城市轨道交通建设的实际情况，电气系统超负荷是引发电气火灾的关键因素之一。过载现象是指在城市轨道交通运输过程中，线路中的电流超过了其所能承载的电流极限，进而导致线路温度急剧升高。在此情形下，线路极有可能发生着火，对城市轨道交通的运行安全形成巨大威胁。

2.2 短路

短路通常由外部绝缘材料的老化或破损所引发。一旦发生短路，线缆温度会迅速攀升至 6000 度以上的高温，这不仅会致使线缆上的绝缘材料燃烧，还可能引发周围尘埃和易燃物起火。由此可见，短路是导致电气火灾的重要诱因之一。若短路发生后未能及时察觉并切断电源，将会在短时间内造成难以挽回的损失，严重影响城市轨道交通系统的运行效率。

2.3 静电

静电积聚具备引发火灾的可能性，可能对国民生命和财产造成重大损失。一般而言，当静电荷快速累积时，会产生高电压，高电势静电荷会使所处环境的绝缘体被击穿，从而产生特殊的放电现象，此时电流会以声音、光、热等形式呈现。倘若放电区域周围存在足量的易燃物质，便极易引发火灾。

2.4 电气设备出现短路

电气设备短路多数是由于绝缘层破损脱落所致。短路发生后，线路电阻大幅降低，电流随之急剧升高。若线路多次碰撞，会进一步导致电流过大，设备温度迅速上升。当过高的温度与过大电流产生的火花相遇时，便会引发火灾事故。不过，此类由短路引发的火灾可通过实时测量剩余电流并进行预警处理加以避免。

2.5 电流负荷长期过载

电流负载长期过载引发火灾的根源在于电气设备和相关线路的电流数值过载，致使温度升高并超出规范值。当温度超过设备或绝缘材料的燃点，且遇到明火时，就会引发火灾甚至爆炸。针对这种情况，可通过对开关端子温度进行实时监控，并及时发出预警和采取处理措施来预防。

2.6 线路接触不良

线路接触不良引发火灾的根本原因是线路和设备温度过高。接触不良的线路极有可能出现电阻过大的现象，当电流流经该电路时，因电阻过大而产生大量热量，从而导致温度升高，甚至可能产生火花，进而引发火灾事故。此类事故同样可通过实时检测开关端子温度，并及时进行预警处理来避免。

2.7 电力电缆出现故障

电力电缆出现故障是引发火灾的另一常见原因。在施工过程中，电缆接头压接不紧等不规范操作是造成电力电缆故障的重要因素。此外，电力电缆也可能因环境因素而出现故障，例如偶然的物理或机械损坏、环境过于潮湿导致绝缘层受潮损坏、化学或微生物侵蚀线路等。一旦电力电缆的绝缘层受损，其绝缘效果通常会变差，在遭遇雷电等突发情况时，就有可能出现电力电缆被击穿并着火的现象。由于电缆长度较长、线路偏僻且隐蔽，电缆故障引发的火情难以预测，而采用残余电流探测器对电缆绝缘状态进行实时监测，对于预防电缆故障引发火情具有极为关键的作用。

2.8断路器老化

在一些采用抽出式断路器控制低压配电系统主开关的较为古老的城市轨道交通站中，断路器老化引发火灾的情况较为常见。长时间插拔抽出式断路器可能导致断路器插接处接触电阻增大，当电流流过此处时，温度升高幅度会显著增大。当温度超过断路器规范值且遇到明火时，极易引发火灾。

3城市轨道交通电气火灾监控系统设计与应用

3.1 总体设计

城市轨道交通电气火灾监控系统的设计遵循预防为主、消防结合的基本准则，借助电气火灾监控系统精准地检测线路中的异常情况与温度变化。特别是当线路出现故障时，能够及时发出报警信号，并准确报告故障点。在设计电气火灾监控系统时，应综合考量以下原则：

3.2 功能要求

功能需求根据城市轨道交通电气火灾监控系统具体情况进行设置，在系统设计时应围绕以下几点：

3.3 系统设计

3.3.1分级分布式体系结构

城市轨道交通电气火灾监控系统的层次分布架构在电气监控系统应用中展现出显著优势。该系统不仅能够满足城市轨道交通的供电需求，还可为未来的一体化应用奠定坚实基础。电网监控系统设计采用二级管理、三级控制模式，并在三级管理中额外添加了 “现场” 管理层级。其中，集中式管理的主要功能是收集、处理和分析在线监控对象的状态与性能实时数据，并通过调度员工作站以图像、文本或表格形式进行监控。站级监控系统负责监控站内电气设备，构建多层次冗余结构。现场层、中层与站层之间具备接口，可实现数据交换与共享。

3.3.2 资料库系统

资料数据库是支撑城市轨道交通电气火灾监控系统数据运行的关键所在。该数据库设计应具备多网络访问、数据库冗余以及数据库中 SOL 语言限制等特性。为更好地契合城轨交通监控需求，应从城轨交通监控实时数据库、通讯及实时信息中间进行设计，并在系统开发过程中提供实时应用总线。总线能够为环境监控、设备监控、功率传输等方面提供支持，实现数据传输的扩展功能。

3.3.3 通用程序模型支援

在城市轨道交通电气火灾监控系统设计中，基于开放性要求，采用更为灵活、适用范围更广的插件策略。其中，电气火灾监控系统由通讯平台 + SCADA、人机交互平台三部分构成。同时，该平台还为开发人员提供相应应用范本，对支持系统进行充实与验证。

3.4 网络传输

当前，城市轨道交通电气火灾监控系统的网络传送布线方式主要分为有线布线与无线布线两种。在选择有线传输或无线传输时，投资收益率是最为关键的影响因素，即需要在硬件成本与费用之间寻求平衡。此外，相关部门还需充分考量当地消防机构针对此措施提出的相关要求，以确保网络传输能够顺利实施，有效提升城市轨道交通电气火灾监控系统的整体安全性。

3.5 设备选择

3.5.1 测温式电气火灾探测器

测温传感器通常安装于城市轨道交通电气设备上易于发热的位置。其位置选择范围较为广泛且具有特定特征，该位置的选定与温度或过热现象的检测及分析密切相关，因此需谨慎抉择。为确保残存测温型电器能够科学有效地发挥监控与预警作用，可在低压配电室内的配电箱及配电柜中进行添加安装，此外，也可在进线柜断路器上安装，以此实现监控与预警功能。

3.5.2 剩余电流式电气火灾探测器

剩余电流式电气火灾监控探测器能够实时、动态地监控电缆导线中的剩余电流值是否超出标准限值。若城市轨道交通电气设备在运行过程中发生电气故障，致使剩余电流值超过限制，探测器便会发出报警。同时，工作人员还需精心挑选剩余电流式电气监控设备的安装位置，以保障其能够高效发挥作用。

在安装剩余电流式电气火灾探测器时，工作人员务必特别关注实际回路位置。为确保其正常、稳定运行，需严格遵循安装方法要求，防止因接头安装不当或绝缘效果不佳等问题引发误报或漏报现象。

在城市轨道交通隧道水泵供电回路中可安装剩余电流式电气火灾探测器。由于隧道中水泵电缆和线路所处环境恶劣且需长期通电，恶劣环境和高通电率容易致使水泵供电回路绝缘状况受损或变差，从而增大电缆击穿、电气火灾等高危事故发生的概率。

3.5.3 探测器

为实现城市轨道交通电气火灾监控系统的有效运转，探测器安装位置的合理规划至关重要。探测器的正确安装涵盖信息探测收集的全面性以及有线或无线传输的通畅性。探测器在探测并搜集到与高温、剩余电流值异常等危险事故相关的信息后，应迅速将其传递至处理设备及报警设备。探测器探测到的危险信号将传输至监控主机，从而实现电气火灾监控系统的检测与预警功能。在电气火灾监控系统中，较为常见的探测器类型通常可分为测温式探测器及剩余电流式探测器，具体如下：

3.5.4 监控主机

作为电气火灾监测系统监控主机应该具有如下几个方面功能。

 

3.6 具体应用场景

3.6.1 遥控防护

在城市轨道交通电气系统运行过程中，若存在安全隐患或周期性参数异常，为保障电气系统运行的稳定性，应借助监控系统进行相应检测，以便及时开展检修工作。从防火角度而言，消防工作人员应及时察觉安全隐患和近期发生的故障，并运用科学方法消除电气火灾隐患，防止重大电气火灾安全事故的发生。若工作人员采取的控制措施效果不佳，则应及时切断监控回路电源，待故障排除后方可恢复设备运行。

3.6.2 电气保护

城市轨道交通电气火灾监控系统具备自动监控、自动报警等多种功能。该系统不仅有助于工作人员更好地发现和预防电气火灾，还能推动城市轨道交通系统更加稳定地运行。在电气保护情境下，工作人员应对监控系统的相关数据进行对比分析，当数据出现异常时，可据此判断电气火灾监控系统是否存在故障，并采取相应的维修措施，以此维护城市轨道交通系统的运行状态。

4安科瑞电气火灾监控系统介绍

4.1概述

Acrel - 6000 电气火灾监控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，且均顺利通过严格的 EMC 电磁兼容试验，有力地保障了该系列产品在低压配电系统中的安全、稳定运行。目前，该系统已实现批量生产，并在全国范围内得到广泛应用。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与报警。必要时，还可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。并且，依据用户需求，该系统还能够与 AcrelEMS 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与共享。

4.2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、*家*点消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等领域。

4.3系统结构

4.4系统功能

监控设备能够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，同时设备上的红色 “报警” 指示灯亮起，显示屏指示报警部位及报警类型，记录报警时间，声光报警持续保持，直至按下设备的 “复位” 按钮或触摸屏的 “复位” 按键，方可远程对探测器实现复位。对于声音报警信号，也可使用触摸屏 “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，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自身发生故障时，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” 指示灯亮起，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，监控设备也会发出声光报警信号并显示故障信息，可进入相应界面查看详细信息并解除报警声响。

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

4.5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-Z 2		三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvar h、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RS 485/Modbus通讯
ARCM200L-J 8	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RS 485/Modbus通讯
ARCM 300-J 1		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RS 485/Modbus通讯
AAFD-□		检测末端线路的故障电弧，485通讯，导轨式安装。
ASCP 200-□		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RS 485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

 

5结语

综上所述，在现有城市轨道交通防范措施中，缺少对于电气火灾监控系统的重视。从目前我国城市轨道交通发展趋势来看，通过科学、合理的布置电气火灾监控系统，可实现减少电气火灾事故风险。因此，在未来城市地铁建设中，积*加强电气火灾监控设备布置及运用以成为城市轨道交通中的*点。有关人员应就城市轨道交通电气火灾监控系统的应用展开探究，以此保障城市轨道交通电气火灾监控系统高质量发展。

参考文献：

俞洁辉.城市轨道交通电气火灾监控系统的应用.

郑聪,程畅.城市轨道交通电力监控系统独立组网方案与集成方案的对比分析[J].城市轨道交通研究,2022,25(07):244-247.

吕康健. 地铁电力监控SCADA系统的分布式共识状态估计子系统设计及实现[D].电子科技大学,2021.

安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版.

审核编辑 黄宇