周菁

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰

摘要

   本文簡(jiǎn)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。后通過(guò)安科瑞剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在無(wú)錫中航雷電613所項(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(cè)器；監(jiān)控系統(tǒng)；Acrel-6000/B；無(wú)錫中航雷電613所。

0 概述

    雷電院隸屬于中航航空電子系統(tǒng)有限責(zé)任公司，是中航工業(yè)集團(tuán)公司成員單位，是我國(guó)從事機(jī)載/彈載雷達(dá)研制的*科研院所，承擔(dān)著陸、海、空各軍兵種多型重大軍事裝備的研制任務(wù)，在國(guó)內(nèi)機(jī)載雷達(dá)領(lǐng)域占據(jù)了重要地位。

    雷電院研發(fā)中心現(xiàn)址占地37畝，隨著雷電院物資任務(wù)的增多和發(fā)展規(guī)模的不斷擴(kuò)大，現(xiàn)有科研場(chǎng)地已無(wú)法滿(mǎn)足院戰(zhàn)略發(fā)展需求。因此，雷電院按照中航航空電子系統(tǒng)有限責(zé)任公司與無(wú)錫市政府簽訂的合作備忘錄內(nèi)容要求，決定在無(wú)錫市濱湖區(qū)山水城科教產(chǎn)業(yè)園建設(shè)新研發(fā)中心。

    新研發(fā)中心共投資10億元，購(gòu)地115畝地，總建筑面積約為12萬(wàn)平方米。

    新研發(fā)中心定位于高科技研發(fā)中心，采用一次規(guī)劃、分兩個(gè)階段實(shí)施原則，先期啟動(dòng)射頻仿真和天線綜合測(cè)試兩大國(guó)家實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目，滿(mǎn)足新一代航空武器研制的迫切需要；后續(xù)開(kāi)展辦公、試驗(yàn)和試制場(chǎng)地建設(shè)。

    在建設(shè)規(guī)劃方面，新研發(fā)中心采用通用化設(shè)計(jì)理念，充分適應(yīng)了產(chǎn)品研制發(fā)展變化的需求；建筑與規(guī)劃設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)內(nèi)涵與區(qū)域山水環(huán)境、地區(qū)風(fēng)格創(chuàng)新相結(jié)合；特別考慮“低消耗、低污染、低排放”的要求，采用新建筑節(jié)能結(jié)構(gòu)和節(jié)能環(huán)保技術(shù)，將研發(fā)中心努力建設(shè)成為綠色建筑群體。

    本項(xiàng)目為無(wú)錫中航雷電613所新研發(fā)中心電氣火災(zāi)系統(tǒng)，無(wú)錫中航雷電613所新研發(fā)中心現(xiàn)場(chǎng)共有ARCM200L-剩余電流式火災(zāi)探測(cè)器24只、ARCM200BL-J1剩余電流式火災(zāi)探測(cè)器2只、ARCM200BL-J4剩余電流式火災(zāi)探測(cè)器6只，安裝于樓層及地下室配電箱進(jìn)線處?，F(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)探測(cè)器采用總線方式接至消控中心的Acrel-6000/B壁掛式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有安裝運(yùn)輸方便、性?xún)r(jià)比高、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

1 參考標(biāo)準(zhǔn)

     近年來(lái)，國(guó)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(duì)電氣火災(zāi)的預(yù)防。主要有：

    (1)．是GB50045-95(2005版)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，其中在條文9.5.1里規(guī)定:高層建筑內(nèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性大、人員密集等場(chǎng)所宜設(shè)置漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。

    (2)．是GB50016-2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，在條文11.2.7里規(guī)定:下列場(chǎng)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(chǎng)所包括各種類(lèi)型的影劇院、館所、倉(cāng)庫(kù)、住宅小區(qū)、醫(yī)院、商店、學(xué)校等等。

    (3)．國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑電氣火災(zāi)預(yù)防要求和檢測(cè)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”。

    (4)．電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)品應(yīng)滿(mǎn)足:GB14287.1-2005《電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備》、 GB14287.2-2005《剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器》、GB14287.3-2005《測(cè)溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器》

    (5)．電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的安裝和運(yùn)行應(yīng)滿(mǎn)足GB13955-2005《剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置安裝和運(yùn)行》

    (6)．電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的供電應(yīng)滿(mǎn)足GB50052《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求

    (7)．電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB14287-2005《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(cè)器以及測(cè)溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器等三個(gè)基本產(chǎn)品種類(lèi)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(chǎng)設(shè)備層組成。各電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器通過(guò)屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線型連接接入通訊服務(wù)器，然后通過(guò)五類(lèi)線TCP/TP協(xié)議進(jìn)入工業(yè)交換機(jī)，然后通過(guò)光纜到達(dá)監(jiān)控主機(jī)。

系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

1）站控管理層

    站控管理層針對(duì)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(cè)系統(tǒng)軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)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(chǎng)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(cè)系統(tǒng)的正常供電，在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生供電問(wèn)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(chǎng)設(shè)備與上位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊。

3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層

    現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要為ARCM200L-、ARCM200BL-J1、ARCM200BL-J4、剩余式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器。ARCM200型剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器，是針對(duì) 0.4kV 以下的TT、TN 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，通過(guò)對(duì)配電回路的剩余電流、導(dǎo)線溫度、過(guò)電流、過(guò)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 GB14287.2-2005《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(cè)器》的標(biāo)準(zhǔn)要求。

    現(xiàn)場(chǎng)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(cè)量探測(cè)器擔(dān)負(fù)著基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)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(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，故障報(bào)警等情況，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)在于剩余電流電監(jiān)控方面屬于先期預(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(shuō)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(cè)量剩余電流和溫度兩個(gè)物理量。

    剩余電流測(cè)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(guò)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(duì)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(hào)通過(guò)剩余電流互感器的二次接線傳輸至電氣火災(zāi)探測(cè)器，經(jīng)運(yùn)算放大、A/D轉(zhuǎn)換后送入CPU，經(jīng)過(guò)一系列算法后，對(duì)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(hào)并上送至后臺(tái)電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備。

    溫度測(cè)量采用溫度傳感器，一般采用Pt100傳感器進(jìn)行測(cè)量。該種類(lèi)型的溫度傳感器測(cè)溫穩(wěn)定、量程范圍大，適合在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)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(hào)傳輸?shù)诫姎饣馂?zāi)探測(cè)器，經(jīng)過(guò)一系列信號(hào)轉(zhuǎn)化和運(yùn)算后，將終結(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(hào)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(cè)器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jí)硬件/軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)應(yīng)用于大型商場(chǎng)、生活小區(qū)、生產(chǎn)基礎(chǔ)、辦公大樓、商場(chǎng)等區(qū)域的消防控制中心，對(duì)分散在建筑內(nèi)的探測(cè)器進(jìn)行遙測(cè)、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(chǎng)總線將具有通信功能的探測(cè)器相互連接起來(lái)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)線路中的被探測(cè)參數(shù)超過(guò)報(bào)警設(shè)定值時(shí)，能發(fā)出報(bào)警信號(hào)、控制信號(hào)，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(guò)中繼器延長(zhǎng)通訊傳輸距離

(4).監(jiān)控容量：

① 監(jiān)控設(shè)備高可監(jiān)控200個(gè)監(jiān)控單元（探測(cè)器）

② 可配接ARCM系列監(jiān)控探測(cè)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(lèi)型）

② 溫度報(bào)警（超溫）： 故障單元屬性（部位、類(lèi)型）

③ 電流故障（過(guò)流）： 故障單元屬性（部位、類(lèi)型）

監(jiān)控報(bào)警響應(yīng)時(shí)間： ≤30s

監(jiān)控報(bào)警聲壓級(jí)（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(hào)應(yīng)保持，直至手動(dòng)復(fù)位

監(jiān)控報(bào)警聲信號(hào)：可手動(dòng)消除，當(dāng)再次有報(bào)警信號(hào)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(cè)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(jí)（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(hào)應(yīng)保持至故障排除

故障報(bào)警聲信號(hào)：可手動(dòng)消除，當(dāng)再次有報(bào)警信號(hào)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(kāi)無(wú)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(lèi)型、發(fā)生時(shí)間、探測(cè)器編號(hào)、區(qū)域、故障描述，可存儲(chǔ)記錄不少于2萬(wàn)條

② 記錄查詢(xún)：根據(jù)記錄的日期、類(lèi)型等條件查詢(xún)

(10).操作分級(jí)：

① 日常值班級(jí)：實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢(xún)

② 監(jiān)控操作級(jí)：實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢(xún)、探測(cè)器遠(yuǎn)程復(fù)位、設(shè)備自檢

③ 系統(tǒng)管理級(jí)：實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢(xún)、探測(cè)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(xún)、監(jiān)控設(shè)備各模塊單獨(dú)檢測(cè)、操作員添加與刪除

(11).使用環(huán)境條件：

① 工作場(chǎng)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(duì)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(cè)器的漏電、溫度信息，報(bào)警時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，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(lèi)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(duì)探測(cè)器實(shí)現(xiàn)復(fù)位。對(duì)于聲音報(bào)警信號(hào)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(cè)器之間發(fā)生通訊故障時(shí)，監(jiān)控畫(huà)面中相應(yīng)的探測(cè)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(hào)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(xún)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(kù)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(xún)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(guò)程中保證監(jiān)控設(shè)備連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。

(6).對(duì)探測(cè)器控制功能：

    通過(guò)監(jiān)控軟件操作，可對(duì)連接到本設(shè)備的所有探測(cè)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(jí)，不同級(jí)別的操作員具有不同的操作權(quán)限。

    該系統(tǒng)自投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行良好，在預(yù)防電氣火災(zāi)方面發(fā)揮了重要作用，獲得了客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品和公司的認(rèn)可與信賴(lài)。

參考文獻(xiàn)

[1].任致程 周中. 電力電測(cè)數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M]. 北京. 中國(guó)電力出版社. 2007. 4

[2].周中.電力儀表在大型公共建筑電能分項(xiàng)計(jì)量中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代建筑電氣 2010. 6