电气火灾监控系统及其在奥运场馆中的应用

1、北京海博智恒电气防火科技有限公司

2、中国建筑科学研究院建筑防火研究所

张燕杰¹ 沈金波²

【摘要】本文对HBZH-1000型电气火灾监控系统的基本特点进行了介绍，分析了电气火灾监控系统使用中的常见问题，最后以奥运网球中心为例，简单分析了电气火灾监控系统的实际应用情况。

【关键词】奥运场馆 电气火灾监控系统

电气火灾监控系统作为一个新生的火灾监控系统，从诞生的那一天起，就受到了广泛的关注。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，随着社会大众对防范电气火灾重要性认识的逐步增强，经过近十年的发展，电气火灾监控系统现已走向了用户，并逐步取得了社会的认可。

2008年北京第二十九届奥运会将是一次规模空前的体育盛会，为了更好地为奥运会保驾护航，本届奥运会共有5个场馆和1个会议中心使用了我们的产品，为了保证产品的可靠性，并保证电气火灾监控系统发挥最大的作用，我们进行了精心准备。

我们生产的HBZH-1000型电气火灾监控系统由电流（包括漏电）探头、探测控制器和监控设备三部分组成，探测控制器和电流（漏电）探头配套使用。在每个需要监控的电路分支点均可以安装，各个监控点用二总线连接起来，所有探测控制器均并联在二总线上，二总线把所有探测控制器连接后最终连接到监控设备，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，可以把安装电气火灾监控系统以来三年的所有情况均记录在数据库中，便于查询和分析。

    每个探测控制器均采用单片机控制，是具有自主判断能力的智能型设备，可以根据电流和漏电情况自动决定是否预警、报警等，并把报警情况上报监控设备。

二总线通信是现场总线的一种形式，通信协议可以公开，以便与其他通信系统联网。二总线的通信距离一般为2000米，需要更长距离时可以增加通信模快，通信距离可以成倍增加，但是通信时间要延长，一般以不超过4000米为合适。

    安装简单是一个产品是否成熟的标志，在不断的安装探索中，我们的电流（漏电）探头产品形成了两大系列，即闭环和开环两大类。闭环和开环电流（漏电）探测器分别针对不同的使用情况。对于改造建筑，由于供配电系统已投入使用，如果使用闭环电流探头，则安装时必须断电，而且费工费时，因此更适合采用开环探头。对于新建建筑，则更适合采用闭环探头。

为了使设备安装在现场后的调试更加方便，我们还研发了便携式漏电电流发生器。该发生器的漏电电流可以在0－2000mA之间任意调节，大大缩短了设备的调试时间，增加了设备的可靠性和使用的灵活性。

    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、电容会形成漏电电流，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相线和地（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，假如不能避免也要马上报警以便及时进行处理，这样才能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，这是因为分布电感、分布电容是基本不变的，所以正常漏电电流也应该基本不变。但是故障漏电是由于绝缘的损坏造成的，随着时间的延长绝缘将进一步损坏，绝缘电阻也逐渐下降，所以故障的漏电电流是变化的，而且变化趋势是逐渐加大，这也是正常漏电和故障漏电的最大区别。

在双路供电系统里，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。当被监控的一个回路已经停止供电时，漏电监控还是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，是因为双路供电的两条N线是直接连接在一起的，一路停电，但是另一路还在供电，当N线中存在电流时，会流入另一路的N 线中，导致一路停电后另一路N线还有电流。

以上现象会对电气火灾监控系统造成什么影响呢？分析如下：如果A回路N线有电流，B回路实际没有故障漏电，但是由于A回路N线电流的窜入B回路，使B回路的N线叠加了A回路的N线电流，导致B回路漏电电流超过报警设定值，使电气火灾监控系统报警，实际上这个报警是误报警。

    在大型建筑物或露天体育场内安装电气火灾监控系统，通信距离是必须考虑的问题。通信距离超过2000m的情况非常普遍，如何实现2000m以上距离的稳定通信就成了一个重要问题。通过反复实验，增加接力通信模块的方法可以实现超过更长距离的稳定通信，增加一个通信模块可以增加通信距离约2000m，但是由于通信距离增加会带来通信时间上的一定延时，所以不主张无限制增加通信距离。

    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，部分场合还有高频电磁波的干扰，主要是手机转发器等高频设备产生的。

    对于工频强磁场的干扰，我们采取把信号悬浮的方法，双端输入、双端输出。

对于高频电磁波的干扰，我们采用的是“屏蔽”加“滤波”的方法。因为高频干扰都是外部干扰，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。

    本届奥运会，共有5个场馆和1个会议中心使用了我们生产的HBZH-1000型电气防火监控系统，如下表所示。

场馆名称	系统型号	系统容量
奥运会网球中心	HBZH-1000（剩余电流）	220
奥运会曲棍球球场	HBZH-1000（电流/剩余电流）	46
奥运会沙滩排球球场	HBZH-1000（剩余电流）	38
奥运会小轮车赛场	HBZH-1000（电流/剩余电流）	56
奥运会射箭赛场	HBZH-1000（电流/剩余电流）	45
奥运会会议中心	HBZH-1000（电流/剩余电流）	68

为了使安装在奥运场馆的电气火灾监控系统能够万无一失地可靠工作，我们从以下3个方面做了精心的改进。

考虑到奥运会在夏季召开，而北京的8月又是一个高温多雨的季节，室内外的湿度很大，再加上高温天气很容易造成电子设备的失效。为此，我们在监控设备、探测器的电路板和怕潮湿等薄弱环节上加强了防潮措施，在电路板的易发热部位采用了能耐受更高温度的元器件，可以保证在高温、高湿的工作环境情况下连续稳定正常的工作。

电流和剩余电流探头与带有高电压的导线或铜排紧密接触，这些探头的绝缘假如稍有缺陷，就会在高温、潮湿等恶劣条件暴露其弱点，造成电压击穿损坏，因此要重视电流和剩余电流探头的耐压的问题。为了提高电流和剩余电流探头的耐高电压性能，我们对紧密接触三相高压相线的探头采用灌注环氧树脂的方式，把探头全部密封，使探头的耐压等级从国家标准规定的2000V提高至5000V，这样一来，电流和剩余电流探头的耐压性和可靠性得到了明显提高。

　　为了提高监控设备的抗干扰性能，不但从监控设备内部加强了屏蔽措施，而且在电路上增加了多种滤波器，提高了对外界的电磁场干扰和广谱甚高频、特高频干扰的滤除性能。通过以上的几项切实有效的改进措施，保证了奥运场馆的电气火灾监控设备以更高的安全等级运行。

    下面以奥运网球中心为例，对电气火灾监控系统在奥运场馆的应用情况做一个简单介绍：

    奥运网球中心可以容纳游客和观众最多达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，除此以外还有自发电装置。

场地的用电包括两个方面：照明和动力。照明主要是指场地的灯光照明，采用新一代电光源，照度强、功率大，设备的数量多，是用电大户。动力主要是指冷却塔、中央空调和大型电动器具等。

　  网球项目是露天比赛，占地面积大，用电设备分散。总配电室位于南门入口处100m。配电系统为TN-C-S系统，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220个，是一个中等规模的电气火灾监控系统。

二级、三级空气断路器的下端安装闭合式漏电探头。二级开关使用的为额定电流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，设计使用直径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，使用直径为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设定为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，超过报警值不脱扣。

    经过多年的努力，我们终于使电气火灾监控设备推向了用户和消防领域。我们相信，随着社会大众对防范电气火灾重要性认识的逐步增强，随着众多电气火灾监控设备的生产厂家不断改善设备性能，广大用户必将从安装电气火灾监控系统中受益更多。

 

张燕杰：男，教授级高工，北京海博智恒电气防火科技有限公司，

北京市朝阳区科学园南里服务楼，100101，

     

沈金波：男，工程师，中国建筑科学研究院建筑防火研究所，

北京市北三环东路30＃，100013，