電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在特斯拉超級工廠（2期）的設計與應用

摘要：本文簡述了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的組成原理，分析了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在應用中的設計依據(jù)和相關規(guī)范。后通過安科瑞剩余電流式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在特斯拉超級工廠（2期）項目的實例介紹，闡述了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)功能的實現(xiàn)及其重要意義。

關鍵詞： 電氣火災；剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器；Acrel-6000/B；特斯拉超級工廠（2期）。

0 概述

    特斯拉超級工廠（2期）項目，位于上海市浦東新區(qū)臨港產業(yè)區(qū)江山路5000號。

特斯拉超級工廠（2期）項目共有ARCM300-J1、ARCM200L-J8T8剩余電流式火災探測器340只，安裝于聯(lián)合廠房3A-GA配電室、聯(lián)合廠房3A-BIW配電室和聯(lián)合廠房3B配電室?，F(xiàn)場火災探測器采用總線方式接至消控中心的Acrel-6000/B壁掛式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有安裝運輸方便、性價比高、維護方便等點。

1 參考標準

 近年來，為了加大電氣火災監(jiān)控防范的力度，相繼制訂或修改了一批相關標準規(guī)范，加強對電氣火災的預防。主要有：

(1)．GB50045-95(2005版)《高層民用建筑設計防火規(guī)范》，其中在條文9.5.1里規(guī)定:影劇院、館所、住宅小區(qū)、商店、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)》以及相關規(guī)范《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法》(暫行規(guī)定)，則電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成應包括：電氣火災監(jiān)控設備、剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器以及測溫式電氣火災監(jiān)控探測器等三個基本產品種類所組成。

剩余電流式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結構，由站控管理層、網絡通訊層和現(xiàn)場設備層組成。各電氣火災監(jiān)控探測器通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線型連接接入壁掛式主機。

系統(tǒng)組網結構

1）站控管理層

站控管理層針對電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口，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備，如觸摸屏、UPS電源等組成。監(jiān)測系統(tǒng)軟件對現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計算、分析、處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音、指示燈等方式反應現(xiàn)場運情況。

監(jiān)控主機：用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉發(fā)。為系統(tǒng)內或外部提供數(shù)據(jù)接口，進行系統(tǒng)管理、維護和分析工作。

UPS：保證計算機監(jiān)測系統(tǒng)的正常供電，在整個系統(tǒng)發(fā)生供電問題時，保證站控管理層設備的正常運行。

后臺監(jiān)控設備設置在消控中心。
2）網絡通訊層

        通訊介質：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線，以RS485接口，MODBUS通訊協(xié)議實現(xiàn)現(xiàn)場設備與上位機的實時通訊。

3）現(xiàn)場設備層

 現(xiàn)場設備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要為ARCM200BL-J1剩余式電氣火災監(jiān)控探測器。ARCM200型剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器，是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統(tǒng)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(shù)實施監(jiān)控和管理，從而預防電氣火災的發(fā)生。產品采用先進的微控制器技術，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數(shù)字化，網絡化于一身，是建筑電氣火災預防監(jiān)控、系統(tǒng)絕緣老化預估等的理想選擇。產品符合 GB14287.2-2005《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng) 第2部分：剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》的標準要求。

現(xiàn)場總線連接的分布式I/O控制器構成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳采集的數(shù)據(jù)。測量探測器擔負著基層的數(shù)據(jù)采集任務，其監(jiān)測的數(shù)據(jù)完整、準確并實時傳送至監(jiān)控主機。便于運行人員監(jiān)控現(xiàn)場設備運行狀態(tài)，故障報警等情況，預防火災事故發(fā)生。

3系統(tǒng)特點和工作原理

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的特點在于剩余電流監(jiān)控方面屬于前期預報警系統(tǒng)。與傳統(tǒng)火災自動報警系統(tǒng)不同，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)早期報警是為了避免損失，而傳統(tǒng)火災自動報警系統(tǒng)是為了減少損失。所以，這就是說為什么不管是新建或是改建工程項目，尤其是已經安裝了火災自動報警系統(tǒng)的單位，仍需要安裝電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的根本原因。

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)測量剩余電流和溫度兩個物理量。

剩余電流測量是根據(jù)基爾霍夫電流定律：在同一時刻，電路中流入和流出一個節(jié)點的電流矢量和為零。以TN-S系統(tǒng)為例，將A/B/C/N同時穿過剩余電流互感器，當系統(tǒng)未發(fā)生漏電時，流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和為零，此時，剩余電流互感器感應出的二次電流也為0;當某相對大地發(fā)生漏電，此時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。此漏電信號通過剩余電流互感器的二次接線傳輸至電氣火災探測器，經運算放大、A/D轉換后送入CPU，經過一系列算法后，對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設定值進行比較，若超出定值則發(fā)出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災監(jiān)控設備。

溫度測量采用溫度傳感器，一般采用Pt100傳感器進行測量。該種類型的溫度傳感器測溫穩(wěn)定、量程范圍大，適合在現(xiàn)場監(jiān)測線纜溫度和環(huán)境溫度使用。當溫度發(fā)生變化時，Pt100自身阻值發(fā)生同比例變化，將該電阻信號傳輸?shù)诫姎饣馂奶綔y器，經過一系列信號轉化和運算后，將終結果同溫度報警定值進行比較，若超出定值則發(fā)出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災監(jiān)控設備。

4 系統(tǒng)介紹

        Acrel-6000電氣火災監(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探測器等現(xiàn)場設備信號，以實現(xiàn)對被保護電氣線路的報警、監(jiān)視、控制、管理的運行于計算機的工業(yè)級硬件/軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)應用于大型商場、生活小區(qū)、生產基礎、辦公大樓、商場酒店等區(qū)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(xiàn)監(jiān)控與管理。本系統(tǒng)采用標準的Modbus現(xiàn)場總線將具有通信功能的探測器相互連接起來，當現(xiàn)場保護線路中的被探測參數(shù)超過報警設定值時，能發(fā)出報警信號、控制信號，能指示報警部位并保存報警信息。

主要技術參數(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，維持監(jiān)控設備工作時間 ≥4小時

(2).工作制：

24小時工作制

(3).通訊方式：

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

(4).監(jiān)控容量：

① 監(jiān)控設備高可監(jiān)控200個監(jiān)控單元（探測器）

② 可配接ARCM系列監(jiān)控探測器

(5).監(jiān)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(jiān)控報警響應時間： ≤30s

監(jiān)控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m

監(jiān)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(jiān)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

(6).故障報警項目：

① 監(jiān)控設備與探測器之間的通訊連接線發(fā)生斷路或短路

② 監(jiān)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(fā)生斷路或短路

故障報警響應時間：≤100s

監(jiān)控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m

監(jiān)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

(7).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

(8).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

(9).事件記錄：

① 記錄內容：記錄類型、發(fā)生時間、探測器編號、區(qū)域、故障描述，可存儲記錄不少于2萬條

② 記錄查詢：根據(jù)記錄的日期、類型等條件查詢

(10).操作分級：

① 日常值班級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢

② 監(jiān)控操作級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢

③ 系統(tǒng)管理級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢，監(jiān)控設備系統(tǒng)參數(shù)查詢、監(jiān)控設備各模塊單獨檢測、操作員添加與刪除

(11).使用環(huán)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(huán)境溫度：0℃～40℃

③ 工作環(huán)境相對濕度：5%～95%RH

④ 海拔高度：≤2500m

基本功能

(1).監(jiān)控報警功能：

監(jiān)控設備能接收多臺探測器的漏電、溫度信息，報警時發(fā)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(xiàn)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。

(2).故障報警功能：

通訊故障報警：當監(jiān)控設備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障時，監(jiān)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(fā)出故障報警聲音。

電源故障報警：當主電源或備用電源發(fā)生故障時，監(jiān)控設備也發(fā)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。

(3).自檢功能：

檢查設備中所有狀態(tài)指示燈、顯示屏、喇叭是否正常。

(4).報警記錄存儲查詢功能：

當發(fā)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(shù)據(jù)庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法。

(5).電源功能：

當主電源發(fā)生停電、欠壓等故障時，監(jiān)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(jiān)控設備連續(xù)平穩(wěn)運行。

(6).對探測器控制功能：

通過監(jiān)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。

(7).權限控制功能：

為確保監(jiān)控系統(tǒng)的安全運行，監(jiān)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。

該系統(tǒng)自投運以來，運行良好，在預防電氣火災方面發(fā)揮了重要作用，獲得了客戶對產品和公司的認可與信賴。

電氣火災監(jiān)控設備Acrel-6000/B                              電氣火災數(shù)據(jù)采集箱

參考文獻

[1].任致程 周中. 電力電測數(shù)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(xiàn)代建筑電氣 2010. 6