安科瑞魯一揚15821697760

【摘要】本研究聚焦城市軌道交通電氣火災監控系統。在闡述其特征之后，深入剖析引發電氣火災的主要因素，進而提出該監控系統的設計思路與應用策略。通過對系統各方面的全面探討，旨在為城市軌道交通電氣火災的預防與監控提供有效方案，保障軌道交通運營安全。

【關鍵詞】城市軌道交通；電氣火災；電氣火災監控系統；設計應用

0引言

自改革開放以來，我國經濟迅猛發展，各大城市的軌道交通建設亦呈現蓬勃之勢，線路數量不斷攀升。然而，現行城市軌道交通安全防范體系中，電氣火災早期預警工作的系統性制度尚存在缺失。鑒于我國城市軌道交通工程建設的現狀，在工程建設進程中合理配置消防監控系統，特別是有效部署電氣火災監控系統，對于降低電氣火災事故發生的風險至關重要。基于此，本文圍繞城市軌道交通電氣火災監控系統的應用展開深入討論，期望能為相關領域學者提供有價值的理論參考與幫助。

1城市軌道交通電氣火災監控系統特征

城市軌道交通場所具有人員高度密集、人員流動快速、設施復雜多樣且投資規模龐大等顯著特征。一旦該場所發生火災，或者出現停電、高溫、混亂乃至爆炸等緊急情況，不僅會對軌道交通工作人員與乘客的生命財產安全構成極為嚴重的威脅，還將對設施安全、財產安全等諸多方面造成重大損害，甚至可能波及經濟、政治與環境安全領域，對社會秩序的穩定以及社會的整體發展產生深遠影響。

城市軌道交通火災監控系統的設計與布局能夠在預防、監控以及警示軌道交通火災方面發揮關鍵作用。其報警功能應具備分級報警能力，并可與電力設備實現聯動，甚至可設置跳閘功能。初級報警可由工作人員手動關閉，隨后派遣專業人員進行檢測與處理。初級報警功能實則為預警功能，與傳統火災報警（火災發生后報警以減少損失）有所不同，其核心目的在于對火災進行預先防范、預測或提前預警。

從應用特性的角度來看，城市軌道交通電氣火災監控系統需具備可靠性、保密性、實時監控性以及數據傳輸性等重要功能特點。具體表現如下：
(1) 可靠性方面，城市軌道交通電氣火災監控系統主要體現為單機運行和系統獨立。單機運行意味著該系統無需聯網即可正常工作，即便出現斷網情況，也不會對預警系統的運行產生干擾。系統獨立則表示其相對獨立于其他系統，自身發生故障時不會殃及其他系統的正常運行，有效避免了因電氣火災監控系統故障而導致整個火災報警系統全面癱瘓的局面。
(2) 保密性上，城市軌道交通電氣火災監控系統具有較高的保密等級，采用多級密碼保護機制，不同管理層級的用戶所擁有的權限存在差異。
(3) 實時監控性使得該系統能夠對城市軌道交通的剩余電流信號、溫度信號、火災狀況等進行實時且動態的檢測，同時承擔著對檢測后信息的收集、分析、判斷以及決策等一系列工作任務。
(4) 數據傳輸性要求系統內部數據傳輸順暢無阻，以便能夠對故障系統與正常設備進行分類處理，從而切實保障電氣火災監控系統能夠有效達成預警與檢測電氣火災的目標。

2 發生電氣火災的主要因素

2.1 超載

依據當前我國城市軌道交通建設的實際情況，電氣系統超負荷是引發電氣火災的關鍵因素之一。過載現象是指在城市軌道交通運輸過程中，線路中的電流超過了其所能承載的電流極限，進而導致線路溫度急劇升高。在此情形下，線路極有可能發生著火，對城市軌道交通的運行安全形成巨大威脅。

2.2 短路

短路通常由外部絕緣材料的老化或破損所引發。一旦發生短路，線纜溫度會迅速攀升至 6000 度以上的高溫，這不僅會致使線纜上的絕緣材料燃燒，還可能引發周圍塵埃和易燃物起火。由此可見，短路是導致電氣火災的重要誘因之一。若短路發生后未能及時察覺并切斷電源，將會在短時間內造成難以挽回的損失，嚴重影響城市軌道交通系統的運行效率。

2.3 靜電

靜電積聚具備引發火災的可能性，可能對國民生命和財產造成重大損失。一般而言，當靜電荷快速累積時，會產生高電壓，高電勢靜電荷會使所處環境的絕緣體被擊穿，從而產生特殊的放電現象，此時電流會以聲音、光、熱等形式呈現。倘若放電區域周圍存在足量的易燃物質，便極易引發火災。

2.4 電氣設備出現短路

電氣設備短路多數是由于絕緣層破損脫落所致。短路發生后，線路電阻大幅降低，電流隨之急劇升高。若線路多次碰撞，會進一步導致電流過大，設備溫度迅速上升。當過高的溫度與過大電流產生的火花相遇時，便會引發火災事故。不過，此類由短路引發的火災可通過實時測量剩余電流并進行預警處理加以避免。

2.5 電流負荷長期過載

電流負載長期過載引發火災的根源在于電氣設備和相關線路的電流數值過載，致使溫度升高并超出規范值。當溫度超過設備或絕緣材料的燃點，且遇到明火時，就會引發火災甚至爆炸。針對這種情況，可通過對開關端子溫度進行實時監控，并及時發出預警和采取處理措施來預防。

2.6 線路接觸不良

線路接觸不良引發火災的根本原因是線路和設備溫度過高。接觸不良的線路極有可能出現電阻過大的現象，當電流流經該電路時，因電阻過大而產生大量熱量，從而導致溫度升高，甚至可能產生火花，進而引發火災事故。此類事故同樣可通過實時檢測開關端子溫度，并及時進行預警處理來避免。

2.7 電力電纜出現故障

電力電纜出現故障是引發火災的另一常見原因。在施工過程中，電纜接頭壓接不緊等不規范操作是造成電力電纜故障的重要因素。此外，電力電纜也可能因環境因素而出現故障，例如偶然的物理或機械損壞、環境過于潮濕導致絕緣層受潮損壞、化學或微生物侵蝕線路等。一旦電力電纜的絕緣層受損，其絕緣效果通常會變差，在遭遇雷電等突發情況時，就有可能出現電力電纜被擊穿并著火的現象。由于電纜長度較長、線路偏僻且隱蔽，電纜故障引發的火情難以預測，而采用殘余電流探測器對電纜絕緣狀態進行實時監測，對于預防電纜故障引發火情具有極為關鍵的作用。

2.8斷路器老化

在一些采用抽出式斷路器控制低壓配電系統主開關的較為古老的城市軌道交通站中，斷路器老化引發火災的情況較為常見。長時間插拔抽出式斷路器可能導致斷路器插接處接觸電阻增大，當電流流過此處時，溫度升高幅度會顯著增大。當溫度超過斷路器規范值且遇到明火時，極易引發火災。

3城市軌道交通電氣火災監控系統設計與應用

3.1 總體設計

城市軌道交通電氣火災監控系統的設計遵循預防為主、消防結合的基本準則，借助電氣火災監控系統精準地檢測線路中的異常情況與溫度變化。特別是當線路出現故障時，能夠及時發出報警信號，并準確報告故障點。在設計電氣火災監控系統時，應綜合考量以下原則：

3.2 功能要求

功能需求根據城市軌道交通電氣火災監控系統具體情況進行設置，在系統設計時應圍繞以下幾點：

3.3 系統設計

3.3.1分級分布式體系結構

城市軌道交通電氣火災監控系統的層次分布架構在電氣監控系統應用中展現出顯著優勢。該系統不僅能夠滿足城市軌道交通的供電需求，還可為未來的一體化應用奠定堅實基礎。電網監控系統設計采用二級管理、三級控制模式，并在三級管理中額外添加了 “現場” 管理層級。其中，集中式管理的主要功能是收集、處理和分析在線監控對象的狀態與性能實時數據，并通過調度員工作站以圖像、文本或表格形式進行監控。站級監控系統負責監控站內電氣設備，構建多層次冗余結構。現場層、中層與站層之間具備接口，可實現數據交換與共享。

3.3.2 資料庫系統

資料數據庫是支撐城市軌道交通電氣火災監控系統數據運行的關鍵所在。該數據庫設計應具備多網絡訪問、數據庫冗余以及數據庫中 SOL 語言限制等特性。為更好地契合城軌交通監控需求，應從城軌交通監控實時數據庫、通訊及實時信息中間進行設計，并在系統開發過程中提供實時應用總線。總線能夠為環境監控、設備監控、功率傳輸等方面提供支持，實現數據傳輸的擴展功能。

3.3.3 通用程序模型支援

在城市軌道交通電氣火災監控系統設計中，基于開放性要求，采用更為靈活、適用范圍更廣的插件策略。其中，電氣火災監控系統由通訊平臺 + SCADA、人機交互平臺三部分構成。同時，該平臺還為開發人員提供相應應用范本，對支持系統進行充實與驗證。

3.4 網絡傳輸

當前，城市軌道交通電氣火災監控系統的網絡傳送布線方式主要分為有線布線與無線布線兩種。在選擇有線傳輸或無線傳輸時，投資收益率是最為關鍵的影響因素，即需要在硬件成本與費用之間尋求平衡。此外，相關部門還需充分考量當地消防機構針對此措施提出的相關要求，以確保網絡傳輸能夠順利實施，有效提升城市軌道交通電氣火災監控系統的整體安全性。

3.5 設備選擇

3.5.1 測溫式電氣火災探測器

測溫傳感器通常安裝于城市軌道交通電氣設備上易于發熱的位置。其位置選擇范圍較為廣泛且具有特定特征，該位置的選定與溫度或過熱現象的檢測及分析密切相關，因此需謹慎抉擇。為確保殘存測溫型電器能夠科學有效地發揮監控與預警作用，可在低壓配電室內的配電箱及配電柜中進行添加安裝，此外，也可在進線柜斷路器上安裝，以此實現監控與預警功能。

3.5.2 剩余電流式電氣火災探測器

剩余電流式電氣火災監控探測器能夠實時、動態地監控電纜導線中的剩余電流值是否超出標準限值。若城市軌道交通電氣設備在運行過程中發生電氣故障，致使剩余電流值超過限制，探測器便會發出報警。同時，工作人員還需精心挑選剩余電流式電氣監控設備的安裝位置，以保障其能夠高效發揮作用。

在安裝剩余電流式電氣火災探測器時，工作人員務必特別關注實際回路位置。為確保其正常、穩定運行，需嚴格遵循安裝方法要求，防止因接頭安裝不當或絕緣效果不佳等問題引發誤報或漏報現象。

在城市軌道交通隧道水泵供電回路中可安裝剩余電流式電氣火災探測器。由于隧道中水泵電纜和線路所處環境惡劣且需長期通電，惡劣環境和高通電率容易致使水泵供電回路絕緣狀況受損或變差，從而增大電纜擊穿、電氣火災等高危事故發生的概率。

3.5.3 探測器

為實現城市軌道交通電氣火災監控系統的有效運轉，探測器安裝位置的合理規劃至關重要。探測器的正確安裝涵蓋信息探測收集的全面性以及有線或無線傳輸的通暢性。探測器在探測并搜集到與高溫、剩余電流值異常等危險事故相關的信息后，應迅速將其傳遞至處理設備及報警設備。探測器探測到的危險信號將傳輸至監控主機，從而實現電氣火災監控系統的檢測與預警功能。在電氣火災監控系統中，較為常見的探測器類型通常可分為測溫式探測器及剩余電流式探測器，具體如下：

3.5.4 監控主機

作為電氣火災監測系統監控主機應該具有如下幾個方面功能。

3.6 具體應用場景

3.6.1 遙控防護

在城市軌道交通電氣系統運行過程中，若存在安全隱患或周期性參數異常，為保障電氣系統運行的穩定性，應借助監控系統進行相應檢測，以便及時開展檢修工作。從防火角度而言，消防工作人員應及時察覺安全隱患和近期發生的故障，并運用科學方法消除電氣火災隱患，防止重大電氣火災安全事故的發生。若工作人員采取的控制措施效果不佳，則應及時切斷監控回路電源，待故障排除后方可恢復設備運行。

3.6.2 電氣保護

城市軌道交通電氣火災監控系統具備自動監控、自動報警等多種功能。該系統不僅有助于工作人員更好地發現和預防電氣火災，還能推動城市軌道交通系統更加穩定地運行。在電氣保護情境下，工作人員應對監控系統的相關數據進行對比分析，當數據出現異常時，可據此判斷電氣火災監控系統是否存在故障，并采取相應的維修措施，以此維護城市軌道交通系統的運行狀態。

4安科瑞電氣火災監控系統介紹

4.1概述

Acrel - 6000 電氣火災監控系統已通過國家消防電子產品質量監督檢驗中心的消防電子產品試驗認證，且均順利通過嚴格的 EMC 電磁兼容試驗，有力地保障了該系列產品在低壓配電系統中的安全、穩定運行。目前，該系統已實現批量生產，并在全國范圍內得到廣泛應用。該系統通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監視，實現對電氣火災的早期預防與報警。必要時，還可聯動切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標的配電回路。并且，依據用戶需求，該系統還能夠與 AcrelEMS 企業微電網管理云平臺或火災自動報警系統等進行數據交換與共享。

4.2應用場合

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業、*家*點消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。

4.3系統結構

4.4系統功能

監控設備能夠接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發出聲、光報警信號，同時設備上的紅色 “報警” 指示燈亮起，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間，聲光報警持續保持，直至按下設備的 “復位” 按鈕或觸摸屏的 “復位” 按鍵，方可遠程對探測器實現復位。對于聲音報警信號，也可使用觸摸屏 “消聲” 按鍵手動消除。

當被監測回路報警時，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設備，報警消除后，控制輸出繼電器釋放。

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或探測器自身發生故障時，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” 指示燈亮起，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，監控設備也會發出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應界面查看詳細信息并解除報警聲響。

當發生剩余電流、超溫報警或通訊、電源故障時，系統會將報警部位、故障信息、報警時間等信息存儲在數據庫中，報警解除、故障排除時同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢方法。

4.5配置方案

應用場合	型號	產品照片	功能
消防控制室	Acrel-6000/B		適用于1~4條通信總線多可連接256個探測器，可適用于壁掛安裝的場所。
Acrel-6000/Q		適用于大型組網，壁掛式監控主機數量較多且需集中查看的場所，主要監測壁掛主機信息。
一、二級 低壓配電	ARCM200L-Z 2		三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvar h、Hz、cos中)，視在電能、四象限電能計量，單回路剩余電流監測，4路溫度監測，2路繼電器輸出，4路開關量輸入，事件記錄，內置時鐘，點陣式LCD顯示，2路獨立RS 485/Modbus通訊
ARCM200L-J 8	8路剩余電流監測，2路繼電器輸出，4路開關量輸入，事件記錄，內置時鐘，點陣式LCD顯示，1路RS 485/Modbus通訊
ARCM 300-J 1		1路剩余電流監測，4路溫度監測，1路繼電器輸出，事件記錄，LCD顯示，1路RS 485/Modbus通訊
AAFD-□		檢測末端線路的故障電弧，485通訊，導軌式安裝。
ASCP 200-□		短路限流保護、過載保護、內部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監測、線纜溫度監測，1路RS 485通訊，1路GPRS或NB無線通訊，額定電流為0-40A可設。
	短路限流保護、過載保護、內部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監測、線纜溫度監測，1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊，額定電流為0-63A可設。
配套附件	AKH-0.66		測量型互感器，采集交流電流信號
AKH-0.66/L		剩余電流互感器，采集剩余電流信號
ARCM-NTC		溫度傳感器，采集線纜或配電箱體溫度

5結語

綜上所述，在現有城市軌道交通防范措施中，缺少對于電氣火災監控系統的重視。從目前我國城市軌道交通發展趨勢來看，通過科學、合理的布置電氣火災監控系統，可實現減少電氣火災事故風險。因此，在未來城市地鐵建設中，積*加強電氣火災監控設備布置及運用以成為城市軌道交通中的*點。有關人員應就城市軌道交通電氣火災監控系統的應用展開探究，以此保障城市軌道交通電氣火災監控系統高質量發展。

參考文獻：

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呂康健. 地鐵電力監控SCADA系統的分布式共識狀態估計子系統設計及實現[D].電子科技大學,2021.

安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5版.

審核編輯 黃宇