电气火灾监控系统在奥体中心的应用与创新

0、引言

电气火灾监控系统从投入市场的那一天起，就受到了各界的广泛关注。因为在我国电气火灾发生的数量长时间以来居高不下，已经是一个影响我国国民经济发展的一个不容忽视的严重问题。在消防监督部门的大力支持下，在科研部门和生产厂家的不懈努力下，经过近十年的发展，电气火灾监控设备已逐渐走进了用户，发挥了越来越大的作用，并逐步取得了相关部门和社会的认可。

1、项目简介

奥体中心

本项目奥体中心主要由体育场、体育馆、游泳馆、网球中心、中心商业区及地下车库组成，总建筑面积约36万m2，建成后将成为标志性建筑及新城区内大规模商业娱乐综合体。由于奥体中心内人员密集，安防、消防设备供电必须可靠，有效地防止电气火灾的发生，保证广大观众和运动员的安全。奥体中心网球中心可以容纳运动员、观众和工作人员多达3万人。场地为双路高压供电，一路高压接入华北电管局的华北电网，另一路接入北京地区高压电网，除此以外还备有自发电装置。

场地的用电包括两个方面：照明和动力。照明用电主要是场地的灯光照明，采用新一代电光源，照度高、功率大，设备的数量多。动力用电主要是冷却塔、中央空调、风机、排污泵和大型电动器具等。

网球项目是露天比赛，占地面积大，用电设备分散。总配电室位于中心赛场北侧100m处，距离最远端的配电柜有1000m。

配电系统为TN-C-S系统，为三相五线制、四级结构，用电末端安装带漏电单相双极空气开关，在二级、三级开关上均安装漏电探头，以此计算，共需要漏电探头228个，通信最远距离为1000米，是一个中等规模的电气火灾报警系统。在二级、三级空气断路器的下端安装闭合式漏电探头，没有设计安装电流探头。二级开关采用额定电流200A的空气断路器，三级开关均为额定电流100A的空气断路器。为了配合这种配置情况，在200A的下端采用的是50mm2导线，设计采用直径100mm穿线孔径的漏电探头可以保证四根导线的顺利穿过。在100A开关的下端采用25mm2导线，采用直径为48mm穿线孔径的漏电探头可以保证四根导线的顺利穿过。

二级开关处的漏电额定报警值为400mA，设定的报警延时时间为3秒；在三级开关处的漏电额定报警值设定为200mA，设定的报警延时时间为1秒。

2、电气火灾监控系统的设计

Acrel-6000电气火灾监控系统由漏电（包括电流）探头、探测控制器和监控设备三部分组成。探测控制器与漏电（电流）探头需配套使用。所有需要监控的电路分支点均安装，探测控制器均并联于二总线上，监控设备由一台工业控制用PC机及外围设备组成。

专用管理软件能实时动态地显示各个监控点的工作情况，值班人员在控制中心通过观察计算机屏幕就可以了解所有监控点的工作情况。监控设备具有庞大的数据库，能够存储配电系统产生的所有情况记录，便于有关人员查询和分析。

2.1系统组成

Acrel-6000剩余电流式电气火灾监控系统采用分层分布式结构，由站控管理层、网络通讯层和现场设备层组成。系统拓扑图如下图所示：各电气火灾监控探测器通过屏蔽双绞线RS485接口，采用MODBUS通讯协议总线型连接接入通讯服务器，然后通过五类线TCP/TP协议进入监控主机。如下图所示：

Acrel-6000剩余电流式电气火灾监控系统采用分层分布式结构图

1）现场设备层主要是连接网络中用于漏电及温度信号采集测量的各类型的仪表和保护装置等，也是构建该监控系统必要的基本组成元素。不仅肩负着采集数据的重任，同时也是执行后台控制命令的终端元件

2）通讯控制层主要是由通讯服务器、接口转换器件及总线网络等组成。该层是数据信息交换的桥梁，不同的接口转换器件提供了RS232、RS422、RS485、SPABUS等及以太网等各种接口，组网方式灵活，支持点对点的通讯、现场总线网络、以太网等类型的组态网络。通讯服务器主要用于直接对现场仪器仪表转达上位机的各种控制命令，并负责对现场仪器仪表回送的数据信息进行采集、分类和存储等工作；接口转换器件则是由于现场仪表或其它系列的装置与上位机的通讯接口存在差异，需要进行转换方可进行数据交换。

3）管理测控层是针对监控网络的管理人员。该层直接面向用户。该层也是系统的最上层部分，主要是由电气火灾监控系统软件和必要的硬件设备如计算机、人机界面、打印机、UPS等。其中软件部分具有良好的人机交互界面，通过数据传输协议读取前置机采集的现场各类数据信息，自动经过计算处理，以图形、数显、声音等方式反映现场的运行状况，并可接受管理人员的操作命令，实时发送并检测操作的执行状况，以保证供用电单位的正常工作。

2.2工作原理

其基本原理是，当电气设备中的漏电流、温度等参数发生异常或突变时，终端探测头(如剩余电流互感器、温度传感器等)利用电磁场感应原理、温度效应的变化对该信息进行采集，并输送到监控探测器里，经放大、A/D转换、CPU对变化的幅值进行分析、判断，并与报警设定值进行比较，一旦超出设定值则发出报警信号，同时也输送到监控设备中，再经监控设备进一步识别、判定，当确认可能会发生火灾时，监控主机发出火灾报警信号，点亮报警指示灯，发出报警音响，同时在液晶显示屏上显示火灾报警等信息。值班人员则根据以上显示的信息，迅速到事故现场进行检查处理，并将报警信息发送到集中控制台。

3、典型组网方案

（a）大型建筑群组网方案

大型建筑群，楼层高，多栋楼体分散。采用Acrel-6000/Q电气火灾监控设备+ACREL6000/B电气火灾监控设备+电气火灾监控探测器三层结构组网模式，便于区域化管理，采用RS-485网络通信，以太网通信，以太网通信，满足了通信实时性高的要求。

太网通信

（b）大型单体建筑组网方案

大型单体建筑，采用Acrel-6000/Q电气火灾监控设备+电气火灾监控探测器两层建构组网模式，检测管理功能全面，性价比高，采用RS-485网络，通信介质采用屏蔽双绞线，满足了通信实时性高的要求。

采用RS-485网络

（c）中型建筑组网方案

中型单体建筑，采用Acrel-6000/B电气火灾监控设备+电气火灾监控探测器两层结构组网模式，造价经济，性价比高，采用RS-485网络，满足了通信实时性高的要求。

采用RS-485网络

（d）小型建筑电气火灾监控系统

小型建筑，采用Acrel-6000/B电气火灾监控设备进行监控，造价经济，性价比高。

4、设备清单

序号

名称

型号、规格

单位

备注

1

电力仪表

剩余电流式电气火灾监控探测器

ARCM200BL

只

安科瑞

剩余电流互感器

AKH-0.66L100

只

安科瑞

合计

2

监控中心值班室

工作站主机

EVOC IPC-810B Core2 2.66G /1G/250G +键鼠等

台

研祥

系统操作台

琴台式 1174*630*950

套

定制

I/O装置

I/O 32DI 16DO

套

附件

含端子排、插座等

套

显示器

L1710A

台

联想

工业串口服务器

JetPort5604i RS485接口×4

套

Korenix

工业串口服务器

NPORT5630-16 RS485接口×16

套

MOXA

工业网络交换机

TP-LINK 8口

台

TP-LINK

漏电火灾监控软件

系统组态软件Acrel-6000

套

安科瑞

漏电火灾监控软件

数据存储软件Acrel-dbSQL

套

安科瑞

漏电火灾监控软件

火灾监控软件Acrel-Monitor

套

安科瑞

漏电火灾监控软件

设备驱动软件Acrel-Driver

套

安科瑞

UPS电源

C2K/2KVA 待机60分钟 塔式

台

SANTAK

合计

3

工程材料

通讯线缆

低烟无卤RVVSP 2*1.0

千米

工程辅材

拖线板、转换线、线管、标牌等

套

耗材

线鼻等

套

合计

4

工程施工及调试

通讯线缆铺设

米

仪表通讯线连接

只

仪表通讯调试

只

综合调试

项

按工程量计

设备运输费用

项

培训费用

项

5、使用电气火灾监控系统时常见问题的解决方法

(1)正常漏电和故障漏电

由于供电线路和用电设备中存在着分布电感和分布电容，交流电流通过这些分布电感、电容时就会形成漏电电流，但这是正常的漏电电流，无法避免。故障漏电则与正常漏电截然不同，它是由于设备中的绝缘损坏使火线和地（外壳）之间部分或全部短路造成的，是一种严重的故障现象，是可能造成电气火灾的重要原因，也是我们要竭力避免的，即使不能避免也应迅速报警以便及时进行处理，这样才能减少或防止发生电气火灾的危险。

正常漏电电流是稳定的、基本不变的，因为分布电感、分布电容是基本不变的。故障漏电是因绝缘损坏而造成的，随着时间的推移绝缘损坏将进一步严重，绝缘电阻逐渐下降，故障漏电电流会逐渐加大，这是正常漏电和故障漏电的最大区别。

根据这两种电流变化的区别，在大量测得数据的基础上建立了电流变化的数学模型，根据这种数学模型进行控制软件的编制，并在实际应用中取得较好的效果，使误报警数量得以减少。

(2)双路电源供电中PE线共接和N线共接造成的漏电误报警

在双路电源供电系统里，双路的PE线和N线都要分别接在一起，这导致双路供电的系统会发生一种特殊的漏电现象。当其中的一个回路已经停止供电时，其漏电监控设备会显示该回路有漏电电流，用钳型电流表测量该回路的N线电流时，发现确有电流存在。该回路开关已经断开，A、B、C三相没有电流，所以N线的电流会使漏电探测器误认为存在漏电流。究其原因，是因为双路电源供电的两条N线是直接连接在一起的，即使一路电源停电，但是另一路还在供电，其N线中存在电流时，会流入另一路的N线中，导致停电回路N线还有电流存在，它将导致停电回路漏电流值超过报警设定值，使电气火灾监控设备报警，但实际上这是个误报警。

在没有安装电气火灾监控设备的供电系统中是没有任何问题的,但是在安装了电气火灾监控设备的供电系统中这个问题就会很突出,为了解决这个问题我们提出以下办法:

因为两路供电的N线必须要接在一起，所以切换开关一定要采用4极开关，在切换时要使N线与A、B、C三相火线同时切换，可以保证备用供电系统中的N线与另一路正在使用的供电系统的N线完全分离，这个问题也就迎刃而解了。

(3)电磁干扰

电气火灾监控系统工作在强电系统，能否有效抵抗强电磁场的干扰是稳定可靠工作的前提。据实地测量，电气火灾监控系统安装地点具有以下特点：50Hz工频电磁场的强度很大，影响也最大，部分场合还有谐波及高频电磁波的干扰，是供电系统中的非线性设备和附近的手机转发器等高频设备产生的。

采取把信号悬浮的方法，双端输入、双端输出，传输信号用的二总线采用双绞线，可以有效避免50Hz交流电磁场的干扰。

对于谐波和高频电磁波的干扰，采用的是“屏蔽”加“滤波”的方法。因为高频干扰是外部干扰，所以首先要做好“屏蔽”，使干扰信号不能进入电路内部；对于沿供电电源线路进入内部的谐波干扰，采取在电源进线上增加多节多频谱滤波器的办法予以滤除。