張釗

摘 要：隨著我國越來越多的城市地鐵建設(shè)的發(fā)展需要，對于電氣火災(zāi)的重視程度會不斷提高，對電氣火災(zāi)監(jiān)控的需求也會不斷增強(qiáng)，地鐵電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)通過對配電線路、重要用電設(shè)備的溫度以及電流變化進(jìn)行檢測，可以對故障部位或者是隱患的部位地址進(jìn)行預(yù)警，盡可能的提前消除火災(zāi)隱患，達(dá)到早期控制火災(zāi)險情的目的。

關(guān)鍵詞：電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)；地鐵供配電系統(tǒng)；應(yīng)用

1地鐵中電氣火災(zāi)發(fā)生的原因

電氣火災(zāi)的發(fā)生主要是由電氣線路故障所引起的，其次是電氣設(shè)備故障而導(dǎo)致的火災(zāi)事故，電氣火災(zāi)發(fā)生主要通有以下幾種成因形式，漏電、短路以及過載。

1.1漏電

當(dāng)線路中某處因?yàn)樽匀换蛘呷藶樵蚴箤?dǎo)線的絕緣能力下降，導(dǎo)致導(dǎo)線間或者導(dǎo)線與地之間有一部分電流通過的線路故障，稱之為漏電，發(fā)生漏電故障時，泄漏的電流流入大地途中，遇到電阻大的部位時，會產(chǎn)生局部高溫，導(dǎo)致附近可燃物著火，引起火災(zāi)。

1.2短路

電氣線路中的導(dǎo)線絕緣層破壞后，兩導(dǎo)線之間某一點(diǎn)接觸，引起電流突然增加所引發(fā)的故障，就是短路，發(fā)生短路故障時，兩導(dǎo)線間的電阻突減，電流突增，從而引起發(fā)熱量的極具升高，超過了線路正常工作時的發(fā)熱量，并在短路點(diǎn)易產(chǎn)生火花和電弧，使絕緣層發(fā)生燃燒，引燃導(dǎo)線附近可燃物，從而造成火災(zāi)。

1.3過載

當(dāng)導(dǎo)線或者是電氣設(shè)備的電流，超出了其額定值，就會使導(dǎo)線或電氣設(shè)備溫度不斷上升的故障，稱之為過負(fù)荷，當(dāng)發(fā)生過負(fù)荷故障時，導(dǎo)線或設(shè)備溫度上升，從而使絕緣老化，甚至可能達(dá)到絕緣材料的燃點(diǎn)，引燃周圍可燃物，引發(fā)電氣火災(zāi)。

2應(yīng)用電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的必要性

（1）根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，配電設(shè)備的火災(zāi)發(fā)生主要由4個方面原因引起：①線路絕緣老化、漏電火災(zāi)；②短路火災(zāi)；③長期過負(fù)荷使用；④壓接施工不規(guī)范，接觸電阻過大。對于第①、②方面，絕大部分可以通過測量剩余電流Is來獲得預(yù)警信息，及時處理，可避免出現(xiàn)火災(zāi)事故；第③、④方面可通過實(shí)時測量開關(guān)端子的溫度及時發(fā)現(xiàn)并處理，以避免事故發(fā)生。

（2）電力電纜故障絕大多數(shù)是由于施工不規(guī)范、機(jī)械損壞、電纜接頭壓接不緊、加熱不充分、絕緣受潮、環(huán)境惡劣、化學(xué)物質(zhì)侵蝕等原因引起電纜絕緣降低而被擊穿起火，此類電纜故障具有隱蔽性，不可預(yù)見。采用剩余電流監(jiān)測裝置可準(zhǔn)確判斷電纜絕緣下降情況，能夠較好地預(yù)防電力電纜起火的事故發(fā)生。

（3）部分城市地鐵的低壓配電系統(tǒng)主開關(guān)使用抽出式斷路器，在經(jīng)過多年插拔后，其插接處的接觸電阻會有所增加，使用溫升會提高，溫升值是否已達(dá)到危險狀況，需要由溫度探測器來監(jiān)測。若地鐵供配電設(shè)備發(fā)生火災(zāi)停電，車站照度將瞬間下降很大，造成乘客緊急逃生困難。因此，在地鐵低壓配電系統(tǒng)中使用質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是十分必要的。

3主要監(jiān)控裝置的設(shè)置

3.1測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器

測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的作用是探測電氣設(shè)備接頭異常發(fā)熱，探測器設(shè)置在電容器接頭、變壓器接頭、母線接頭、開關(guān)觸點(diǎn)等發(fā)熱部位，以實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備安裝工藝、產(chǎn)品質(zhì)量等異常情況的長期監(jiān)測。

根據(jù)熱平衡原理，載流導(dǎo)體的發(fā)熱過程可用公式：

（1）

公式（1）中：г為溫升；P為單位長度導(dǎo)體自身消耗功率，約等于I2R；K為導(dǎo)體周圍介質(zhì)的綜合散熱系數(shù)，空調(diào)房環(huán)境取大值；S為單位長度導(dǎo)體散熱面積；t為通電時間；T為單位長度導(dǎo)體的熱時間常數(shù)。

對其安裝位置的選擇，建議如下。

（1）從使用負(fù)荷方面考慮，建議在每日有效工作時間超過4h、實(shí)際運(yùn)行電流大于100A的負(fù)載開關(guān)上安裝藍(lán)牙溫度探測器。

根據(jù)公式（1）計算可知，運(yùn)行電流小于100A的開關(guān)在28℃環(huán)境內(nèi)正常安裝時，其溫升是很小的。從深圳地鐵的實(shí)際運(yùn)行情況看，正常安裝的冷水機(jī)組回路（額定功率210kW）長期運(yùn)行，其負(fù)荷開關(guān)端子溫度顯示為50℃左右，需重點(diǎn)監(jiān)控；其他設(shè)備，如綜合監(jiān)控回路（額定容量120kVA）、應(yīng)急電源（EPS）照明回路（額定容量80kVA）開關(guān)端子運(yùn)行溫度（30℃）和室溫相近。

（2）從安裝位置方面考慮，測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器宜安裝在靠近開關(guān)與底座插接處的位置。根據(jù)載流導(dǎo)體的熱平衡原理可知，載流導(dǎo)體的溫升與接觸電阻有很大關(guān)系，接觸電阻又與接觸壓力有關(guān)。接觸電阻的經(jīng)驗(yàn)公式是：

（2）

公式（2）中：Rj為接觸電阻；F為接觸壓力；Kj為材質(zhì)系數(shù)，一般取0.7～1；n：點(diǎn)接觸取0.5，線接觸取0.7，面接觸取1.0。

開關(guān)和底座端子的插接是多段線接觸，正常安裝情況下，螺栓的緊固力要遠(yuǎn)大于開關(guān)和底座端子的插接力。

（3）在負(fù)載開關(guān)的一側(cè)（如輸出側(cè)或輸入側(cè)）安裝測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，而無需在負(fù)載開關(guān)上下兩側(cè)都安裝。

負(fù)載開關(guān)輸入端子與輸出端子間的距離不足1m，銅的熱導(dǎo)率較高，達(dá)到393.6W/（m？K），當(dāng)銅材某處異常高溫時，能迅速將熱量傳導(dǎo)至周圍，達(dá)到熱平衡。從成本考慮，在負(fù)載開關(guān)的一側(cè)（如輸出側(cè)或輸入側(cè)）安裝測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，而無需在負(fù)載開關(guān)上下兩側(cè)都安裝。

綜上所述，建議在以下低壓配電設(shè)備處使用測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器：

（1）低壓配電室內(nèi)的低壓進(jìn)線柜斷路器上接口處，3級負(fù)荷總開關(guān)斷路器下接口處，環(huán)控1級、2級負(fù)荷饋出回路斷路器下接口處，以及冷水機(jī)組回路斷路器下接口處；

（2）環(huán)控電控室的進(jìn)線柜斷路器上接口處，3級負(fù)荷進(jìn)線開關(guān)斷路器下接口處，以及隧道風(fēng)機(jī)（TVF風(fēng)機(jī)）低速回路斷路器下接口處。

3.2剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器

剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的主要作用是監(jiān)測電線、電纜的泄漏電流是否有增大趨勢，以判斷其絕緣狀況是否良好。因此，對其安裝位置的選擇，建議如下。

（1）在密集母線回路，建議安裝剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器。長距離輸送電力的密集母線槽由于是非標(biāo)組裝件，其絕緣材料和組裝工藝無法全面保證質(zhì)量，尤其在接頭處的絕緣處理上。多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，大多數(shù)密集母線槽的故障都是由于接頭處絕緣下降引起，而密集母線槽的接頭數(shù)量又多，因此，可安裝剩余電流監(jiān)測裝置以監(jiān)測整段密集母線槽絕緣狀況，達(dá)到對可能出現(xiàn)的故障預(yù)警目的。

（2）進(jìn)線回路和母聯(lián)回路可不安裝剩余電流檢測裝置。剩余電流檢測裝置一般是監(jiān)控饋出電纜的剩余電流狀況，總進(jìn)線開關(guān)處可不安裝；母聯(lián)回路一般處于備用狀態(tài)，也不用安裝。

（3）區(qū)間隧道水泵供電回路應(yīng)增加剩余電流檢測裝置。地鐵區(qū)間隧道水泵電纜長期通電，且安裝環(huán)境惡劣，溫度高，還存在受化學(xué)物侵蝕的可能，其絕緣水平下降快，容易出現(xiàn)絕緣受損、擊穿故障，引起火災(zāi)。因此，需在區(qū)間隧道水泵輸出電纜上安裝剩余電流檢測裝置。

綜上所述，可在以下范圍使用剩余電流檢測裝置：低壓配電室的3級負(fù)荷總開關(guān)回路，環(huán)控1級、2級、3級負(fù)荷饋出密集母線回路，區(qū)間水泵供電回路，站廳總照明回路，站臺總照明回路，冷水機(jī)組回路。

結(jié)束語

在地鐵車站供配電系統(tǒng)中使用電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)對監(jiān)控設(shè)備工況、預(yù)防電氣火災(zāi)十分重要，地鐵公司作為企業(yè)，還需充分考慮前期建設(shè)成本的投入及今后運(yùn)營費(fèi)用高低。因此，認(rèn)真分析電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在地鐵供配電系統(tǒng)中的使用顯得十分必要。

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