電氣火災監控系統及消防設備電源監控系統在南禪寺地鐵項目的應用

 安科瑞 周菁
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰

摘要

    本文簡述了電氣火災監控系統及消防設備電源監控系統的組成原理，分析了電氣火災監控系統及消防設備電源監控系統在應用中的設計依據和相關規范。后通過安科瑞剩余電流式電氣火災監控系統及消防設備電源監控系統在南禪寺地鐵上蓋物業項目的實例介紹，闡述了電氣火災監控系統及消防設備電源監控系統功能的實現及其重要意義。

關鍵詞： 電氣火災；消防設備電源；監控系統；Acrel-6000/B；AFPM100;南禪寺地鐵； 

0 概述

    本項目為南禪寺站1號出入口上蓋配套設施，面積1329.65平方，高度17.6米。本工程屬多層建筑，消防及地下二層用電負荷等級為一級，其余用電負荷等級為三級，采用380V低壓供電。

    本項目電氣火災監控系統監控范圍為南禪寺地鐵上蓋物業樓層配電箱內的6只ARCM200系列儀表。本項目主要負責監控現場分布于配電箱中低壓出線的漏電狀況，及時提醒消控室值班人員，以防止電氣火災的發生。現場儀表采用總線方式連接至消控中心Acrel-6000/B壁掛式電氣火災監控系統。

    本項目消防設備電源監控系統設計范圍為南禪寺地鐵上蓋物業消防設備電源回路，共9臺三相雙電源配電箱。本項目在消防負荷配電箱內安裝消防設備電源電壓信號傳感器，消防設備電源狀態監控器設置于消防控制室內，系統采用總線形式組網。

1 參考標準

1.1電氣火災監控系統的設計應滿足以下所列制造和試驗標準：

1) GB50045-95(2005版)《高層民用建筑設計防火規范》

2) GB50016-2006《建筑設計防火規范》

3) GB14287.1-2005《電氣火災監控設備》

4) GB14287.2-2005《剩余電流式電氣火災監控探測器》

5) GB14287.3-2005《測溫式電氣火災監控探測器》

6) GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》

7) GB50052《供配電系統設計規范》

1.2消防設備電源監控系統的設計應滿足以下所列制造和試驗標準：

1) GB/50198《監控系統工程技術規范》

2) GB28184-2011《消防設備電源監控系》

3) GB25506-2010《消防控制室通用技術要求》

4) GB50016-2006《建筑設計防火規范》        

5) GB50303-2002《建筑電氣裝置工程施工質量驗收規范》  

6) JGJ 16-2008 《民用建筑電氣設計規范》           

2 系統組成

2.1電氣火災監控系統組成

    南禪寺地鐵上蓋物業電氣火災監控系統項目由電氣火災監測后臺，電氣火災探測器以及漏電流互感器組成。本項目通訊采用1條RS485通訊總線接入壁掛式后臺。箱體中漏電流互感器通過電流線接入漏電探測器，漏電探測器實時顯示漏電情況。以上所述組成一套信號穩定，精度可靠的電氣火災監測系統。本系統組網共分為三層：

1）站控管理層

  站控管理層針對電氣火災監控系統的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統的上層部分。主要由系統軟件和必要的硬件設備，如觸摸屏、UPS電源等組成。監測系統軟件對現場各類數據信息計算、分析、處理，并以圖形、數顯、聲音、指示燈等方式反應現場運情況。

  監控主機：用于數據采集、處理和數據轉發。為系統內或外部提供數據接口，進行系統管理、維護和分析工作。

  UPS：保證計算機監測系統的正常供電，在整個系統發生供電問題時，保證站控管理層設備的正常運行。

后臺監控設備設置在消控室中。
2）網絡通訊層

  通訊介質：系統主要采用屏蔽雙絞線，以RS485接口，MODBUS通訊協議實現現場設備與上位機的實時通訊。

3）現場設備層

  現場設備層是數據采集終端，主要為ARCM200系列剩余式電氣火災監控探測器。

系統結構拓撲圖如下：   

2.2消防設備電源監控系統組成

    南禪寺地鐵上蓋物業項目消防設備電源監控系統采用消防設備電源狀態監控器+電壓傳感器的二層結構組網模式。根據項目實際要求，為該項目配置消防設備電源監控系統的電壓傳感器型號為：AFPM3-2AV，消防設備電源狀態監控器型號為：AFPM100/B；AFPM100/B設置在消防控制室內，引出1根RS485總線及DC24V電源線與現場配電箱內的傳感器相連。系統拓撲結構如下圖：

3 監控系統設備

3.1、 Acrel-6000電氣火災監控后臺：

主要技術參數

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，維持監控設備工作時間 ≥4小時

工作制：

24小時工作制

通訊方式：

RS485總線通訊，Modbus-RTU通信協議，傳輸距離1km，可通過中繼器延長通訊傳輸距離

監控容量：

① 監控設備高可監控200個監控單元（探測器）

② 可配接ARCM系列監控探測器

監控報警項目：

① 剩余電流故障（漏電）：故障單元屬性（部位、類型）

② 溫度報警（超溫）： 故障單元屬性（部位、類型）

③ 電流故障（過流）： 故障單元屬性（部位、類型）

監控報警響應時間： ≤30s 

監控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m

監控報警光顯示：紅色LED指示燈，紅色光報警信號應保持，直至手動復位 

監控報警聲信號：可手動消除，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動

故障報警項目：

① 監控設備與探測器之間的通訊連接線發生斷路或短路

② 監控設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生斷路或短路

故障報警響應時間：≤100s 

監控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m

監控報警光顯示：黃色LED指示燈，黃色光報警信號應保持至故障排除

故障報警聲信號：可手動消除，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動

故障期間，非故障回路的正常工作不受影響

控制輸出：

報警控制輸出：1組常開無源觸點，容量：AC250V 3A或DC30V 3A

自檢項目：

① 指示燈檢查：報警、故障、運行、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 ≤60s 

事件記錄：

① 記錄內容：記錄類型、發生時間、探測器編號、區域、故障描述，可存儲記錄不少于2萬條

② 記錄查詢：根據記錄的日期、類型等條件查詢

操作分級：

① 日常值班級：實時狀態監視、事件記錄查詢

② 監控操作級：實時狀態監視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢

③ 系統管理級：實時狀態監視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢，監控設備系統參數查詢、監控設備各模塊單獨檢測、操作員添加與刪除

使用環境條件：

① 工作場所：消防控制室內、有人值班的變配電所（配電室）、有人值班的房間內墻壁上

② 工作環境溫度：0℃～40℃

③ 工作環境相對濕度：5%～95%RH

④ 海拔高度：≤2500m

3.2、ARCM200系列儀表

    ARCM200型剩余電流式電氣火災監控探測器，是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統設計的，通過對配電回路的剩余電流、導線溫度、過電流、過電壓等火災危險參數實施監控和管理，從而預防電氣火災的發生，并實現了對多種電力參數的實時監測,為能耗管理提供的數據。產品采用的微控制器技術，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數字化，網絡化于一身，是建筑電氣火災預防監控、系統絕緣老化預估等的理想選擇。產品符合 GB14287.2-2005《電氣火災監控系統 第2部分：剩余電流式電氣火災監控探測器》的標準要求。

3.3、 Acrel-6000電氣火災監控后臺：

主要技術參數

電源：

①主電源：AC220V 50Hz（允許85%－110%范圍內變化）

②備用電源：主電源低電壓或停電時，維持監控設備工作時間≥8h

③監控器為連接的模塊（電壓/電流信號傳感器）提供DC24V電源

工作制：24小時工作制

通訊方式：Modbus-RTU通信協議，RS485半雙工總線方式，傳輸距離500m（若超過可通過中繼器延長通訊傳輸距離）。

監控容量：≤128點

操作分級

① 日常值班級：實時狀態監視、歷史記錄查詢。

② 監控操作級：實時狀態監視、歷史記錄查詢、探測器遠程復位。

③ 系統管理級：實時狀態監視、歷史記錄查詢、探測器遠程復位、探測器參數遠程修改、監控設備系統參數設定與修改、操作員添加與刪除。

使用環境條件

① 工作場所：消防控制室內，或與消防控制臺并列安裝

② 工作環境溫度：-10℃～+55℃

③ 工作環境相對濕度：≤95%不結露

④ 海拔高度：≤2500m

⑤ 污染等級：Ⅲ級，安裝類別：Ⅲ級

主要組成部件

① 顯示方式：320*240點陣液晶；

② 輸入輸出模塊：內置遠程智能I/O模塊；

③ 聲光報警模塊：內置喇叭、蜂鳴器和LED指示燈；

④ 備用電源：DC24V，10Ah(可選配你更大容量電池)

3.4、AFPM3系列儀表

    實時監測一路三相交流電壓/電流、或兩路三相電壓；具有過壓、欠壓、缺相、錯相、過流（具有電流檢測產品）報警；提供一路或兩路（監控兩路三相交流電壓產品）開關量輸入功能，可監測開關狀態；提供一路繼電器輸出，可連接報警控制回路；具有事件存儲功能，報警器能夠記錄報警發生的時間、類型、參數，根據報警記錄可以分析現場情況，為消除故障提供依據；采用現場總線通信技術，上位機管理軟件可以時刻監控現場的運行情況，及時發現報警信息。通過RS485接口，標準MODBUS協議可以與各種標準系統相連；集成度高，網絡化，智能化程度高，動作特性合理；

4 系統功能

4.1.電氣火災監控系統功能

4.1.1.監控報警功能：

    監控設備能接收多臺探測器的漏電、溫度信息，報警時發出聲光報警信號，同時設備上紅色“報警”指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間，聲光報警一直保持，直至按顯示屏“復位”按鈕遠程對探測器實現復位。對于聲音報警信號也可以使用顯示屏“消聲”按鈕手動消除。

4.1.2.故障報警功能

    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，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，監控設備也發出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。

4.1.3.自檢功能

    檢查設備中所有狀態指示燈、顯示屏、喇叭是否正常。

4.1.4.報警記錄存儲查詢功能

    當發生漏電、超溫報警或通訊、電源故障時，將報警部位、故障信息、報警時間等信息存儲在數據庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢方法。

4.1.5.電源功能

    當主電源發生停電、欠壓等故障時，監控設備可自動切換到備用電源工作，當主電源恢復正常供電時，自動切回到主電源，切換過程中保證監控設備連續平穩運行。

4.1.6.對探測器控制功能

    通過監控軟件操作，可對連接到本設備的所有探測器進行遠程復位控制。

4.1.7.權限控制功能

    為確保監控系統的安全運行，監控設備軟件操作權限分為三級，不同級別的操作員具有不同的操作權限。

4.2.消防設備電源監控系統功能

4.2.1.監控報警功能

被監控設備電源回路開關狀態

被監控設備電源的工作狀態（電壓、電流及報警狀態信息）

報警響應時間：≤100s

報警聲信號：可手動消除，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動

報警光信號：紅色LED指示燈常亮

4.2.2控制輸出功能

對個別或全部被監控設備的報警繼電器進行遠程遙控操作

監控器控制輸出：常開無源觸點，容量：AC250V 3A或DC30V 3A

4.2.3.故障報警功能

監控器與模塊（電壓/電流信號傳感器）之間的連接線斷路、短路

監控器主電源欠壓（≤80%主電源電壓）或過壓（≥110%主電源電壓）

監控器與其分體電源間連接線斷路、短路

當監控器出現以上故障時，能發出與監控報警信號有明顯區別的聲光故障報警信號

故障報警響應時間：≤100s

故障報警聲信號：手動消除，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動

故障報警光信號：黃色LED指示燈常亮

故障期間，非故障回路的正常工作不受影響

4.2.4.自檢功能

連接檢查：通信線路及分體電源線路的斷路、短路

設備自檢：手動檢查或系統自檢

自檢耗時：≤60s

4.2.5.報警記錄功能

記錄10000條相關故障報警信息

報警類型：故障類型、發生時間、故障描述

報警事件查詢 

報警記錄打印

4.2.6.打印功能

監控系統可漢字打印，可打印報警事件及時間、故障事件及時間。

4.2.7.消音

    在發生報警或故障等警報情況下，監控設備的揚聲器會發出相應的報警聲加以提示，按“消音”鍵揚聲器終止發出警報，報警指示燈綠燈亮。期間工作人員可以對有關故障進行處理。一切回歸正常，報警指示燈滅。如有新的故障發生時，消音指示燈滅，揚聲器將再次發出警報聲。

5 結束語

    南禪寺地鐵上蓋物業電氣火災監控系統由電氣火災監控裝置Acrel-6000/B、漏電火災探測器漏電火災探測器ARCM200組成。Acrel-6000電氣火災監控系統是本公司自主研發的用于接收剩余電流式電氣火災探測器等現場設備信號，以實現對被保護電氣線路的報警、監視、控制、管理的運行于計算機的工業級硬件/軟件系統。本系統應用于大型商場、生活小區、生產基礎、辦公大樓、商場酒店、醫院等區域的消防控制中心，對分散在建筑內的探測器進行遙測、遙調、遙控、遙信，方便實現監控與管理。本系統采用標準的Modbus現場總線將具有通信功能的探測器相互連接起來，當現場保護線路中的被探測參數超過報警設定值時，能發出報警信號、控制信號，能指示報警部位并保存報警信息。現場儀表采用總線方式接至消控中心的Acrel-6000/B壁掛式電氣火災監控系統。本系統具有安裝運輸方便、性價比高、維護方便等優點。

    南禪寺地鐵上蓋物業項目消防設備電源監控系統能夠對消防設備的電源進行實時的監控，通過檢測消防設備電源的電壓、電流、開關狀態等有關設備電源信息，從而判斷電源設備是否有斷路、短路、過壓、欠壓、缺相、錯相以及過流（過載）等故障信息并報警、記錄。此系統具有可靠性、實時性并具有數字化、智能化、網絡化、自動化和連續監控的特性。實時反映出被監控設備電源的狀況，并集中顯示，從而可以避免在火災發生時，消防設備由于電源故障而無法正常工作的危急情況，大限度的保障消防聯動系統的可靠性。

參考文獻

[1].任致程 周中. 電力電測數字儀表原理與應用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4

[2].周中.電力儀表在大型公共建筑電能分項計量中的應用[J].現代建筑電氣 2010. 6