電氣火災監控系統在大型機場(chǎng)航站樓的應用及建議

摘要：電氣火災監控系統是電氣火災隱患的預警系統。從規范支撐、設置位置、監控負荷、探測器的選擇、閾值的設定等幾個(gè)反面，實(shí)例分析了電氣火災監控系統在重慶江北國際機場(chǎng)T3A航站樓的應用，并設計、施工、產(chǎn)品等角度，給出了一定建議。

1 背景

國家發(fā)改委、民航局印發(fā)的《全國民用運輸機場(chǎng)布局規劃》提出，到2020年，運輸機場(chǎng)數量達260個(gè)左右，到2025年，在現有（含在建）機場(chǎng)基礎上，新增布局機場(chǎng)136個(gè)，全國民用運輸機場(chǎng)規劃布局370個(gè)（規劃建成約320個(gè)）^[1]?？梢?jiàn)，未來(lái)幾年，各地將會(huì )有大量的運輸機場(chǎng)陸續開(kāi)工建設。

機場(chǎng)航站樓作為重要的公共交通建筑，人員密集，安全運行顯得尤為重要。同時(shí)，航站樓內各用電設備和系統種類(lèi)非常多，除了常規的照明、空調、廣告、電扶梯等設備外，還包括行李系統、安檢設備、登機橋、高桿燈、機務(wù)用電、飛機空調、靜變電源、標識、弱電系統等民航專(zhuān)業(yè)設備。面對如此數量龐大種類(lèi)繁多的用電設備，對線(xiàn)路和設備的消防安全提出了更高的要求。

因此，機場(chǎng)建設方在航站樓的規劃、設計、建設過(guò)程中，除了需進(jìn)一步提高火災處置的速度和效率外，還應從預防的角度，加強對電氣火災隱患的提前預警和研判，消除隱患于未然，最大限度的保障人民生命和財產(chǎn)安全。

2 電氣火災監控系統

電氣火災監控系統是電氣火災隱患的預警系統。通過(guò)對電力線(xiàn)路和設備的日常使用進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，一旦發(fā)生電氣火災隱患，提前發(fā)出預警信息，運維人員根據預警信息，及時(shí)對線(xiàn)路和設備進(jìn)行排查和甄別，排除電氣火災隱患，實(shí)現電氣火災的早期預防。

電氣火災監控系統一般由電氣火災監控設備和電氣火災監控探測器組成。電氣火災監控設備主要接受電氣火災監控探測器的實(shí)時(shí)監測數據，及時(shí)發(fā)出報警信息。電氣火災監控探測器主要實(shí)時(shí)監測電氣線(xiàn)路中的剩余電流、溫度等參數，并及時(shí)將監測數據上傳給電氣火災監控設備。

電氣火災監控探測器主要分為剩余電流式和測溫式。

剩余電流式火災探測器主要利用感應線(xiàn)圈監測電氣線(xiàn)路的剩余電流，其工作原理就是基爾霍夫定律，即回路中任一點(diǎn)的電流矢量和為零。監測時(shí)，相線(xiàn)和N線(xiàn)穿過(guò)探測器感應線(xiàn)圈。正常情況下，相線(xiàn)和N線(xiàn)的電流矢量和為零，探測器中的感應線(xiàn)圈沒(méi)有信號輸出。當發(fā)生接地故障、線(xiàn)路或設備漏電時(shí)，部分電流通過(guò)PE線(xiàn)或大地流走，相線(xiàn)和N線(xiàn)中的電流矢量和不為零，即產(chǎn)生剩余電流。此時(shí)探測器中的感應線(xiàn)圈就會(huì )有信號輸出，達到閾值時(shí)就會(huì )發(fā)出報警信號。測試原理圖如圖1所示。

圖1 測試原理

測溫式火災探測器主要是利用溫度探頭，實(shí)施檢測箱柜內或線(xiàn)纜的溫度，當當發(fā)生線(xiàn)路短路、過(guò)載、故障電弧等故障時(shí)，溫度會(huì )迅速上升，溫度探頭會(huì )檢測到這種溫度變化，達到預設值時(shí)就會(huì )發(fā)出報警信號。

3應用案例

重慶江北國際機場(chǎng)T3A航站樓，建筑面積約53.7萬(wàn)平方米，由中央大廳和四個(gè)指廊構成。建筑高度48m，南北長(cháng)約1060米，東西寬約750米。地上4層，地下2層。遵循現行國家規范，T3A航站樓火災自動(dòng)報警及消防聯(lián)動(dòng)控制系統按一類(lèi)多層建筑一級保護對象設防，室外消火栓用水量為30L/S。在設計和建設過(guò)程中，T3A航站樓設置了電氣火災監控系統。

3.1 規范支撐

《火災自動(dòng)報警系統設計規范（GB50116-2013）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)火規）第9.1.3條規定：“電氣火災監控系統應根據建筑物的性質(zhì)及電氣火災危險性設置”?！睹裼媒ㄖ姎庠O計規范（JGJ16-2008）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)民規）第13.12.1規定：“除住宅外，火災自動(dòng)報警系統保護對象為一級的建筑物配電線(xiàn)路，宜設置防火剩余電流動(dòng)作報警系統”?！督ㄖO計防火規范（GB50016-2014）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)建規）第10.2.7條規定：“室外消防用水量大于25L/S的其他公共建筑...宜設置電氣火災監控系統”?！督煌ńㄖ姎庠O計規范（JGJ243-2011）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)交規）第14.3.2規定：“火災自動(dòng)報警系統保護對象為一級的交通建筑配電線(xiàn)路，應設置電氣火災監控系統”。

重慶江北國際機場(chǎng)T3A航站樓火災自動(dòng)報警系統保護對象為一級，室外消火栓用水量為30L/S，因此，均滿(mǎn)足民規和建規宜設置的要求。同時(shí)，也滿(mǎn)足交規中應設置的要求。按一般對規范的理解，“宜”表示允許稍有選擇，在條件許可時(shí)首先應該這樣做；“應”表示嚴格，在正常情況下均應這樣做。故T3A航站樓按規范應該設置電氣火災監控系統。

3.2 設置位置

民規第13.12.5條規定：“剩余電流檢測點(diǎn)宜設置在樓層配電箱（配電系統第二級開(kāi)關(guān)）進(jìn)線(xiàn)處，當回路容量較小線(xiàn)路較短時(shí)，宜設在變電所低壓柜的出線(xiàn)端。交規第14.3.2條規定：“...樓層配電箱電源進(jìn)線(xiàn)處應設置防火電氣火災的剩余電流動(dòng)作報警器”?；鹨幍?.2.1條規定：“剩余電流式電氣火災監控探測器應以設置在低壓配電系統首端為基本原則，宜設置在第一級配電柜（箱）的出線(xiàn)端。在供電線(xiàn)路泄漏電流大于500mA時(shí)，宜在下一級配電柜”。

可見(jiàn)，根據線(xiàn)路容量，一般設置在配電系統首端或配電系統第二級開(kāi)關(guān)進(jìn)線(xiàn)處。重慶江北國際機場(chǎng)T3A航站樓建筑規模大，用電負荷重，因此，監測點(diǎn)主要設置的第二級開(kāi)關(guān)進(jìn)線(xiàn)處，個(gè)別線(xiàn)路長(cháng)、回路容量大的地方，還設置在了第三級開(kāi)關(guān)進(jìn)線(xiàn)處。

3.3 監控負荷

交規第14.3.2條規定：“除消防動(dòng)力配電回路外，其他電力、照明區域...應設置防電氣火災的剩余電流動(dòng)作報警器”。這一條規范明確表明，照明負荷、非消動(dòng)力負荷，均在電氣火災監測范圍內。其他規范均無(wú)明確表述，似乎所有負荷都應在監測范圍內。重慶江北國際機場(chǎng)T3A航站樓電氣火災監控系統，主要對照明、空調、電扶梯、標識燈箱、靜變電源、飛機空調等負荷，進(jìn)行了監測。

3.4探測器的選擇

重慶江北國際機場(chǎng)T3A航站樓電氣火災監控系統，在每個(gè)監測點(diǎn)處，選用了一個(gè)剩余電流式火災探測器、兩個(gè)測溫式火災探測器、三相過(guò)流探測器。剩余電流式火災探測器安裝在配電主開(kāi)關(guān)的下端，主要監測剩余電流。兩個(gè)測溫式火災探測器，一個(gè)監測箱柜內的溫度，一個(gè)監測線(xiàn)纜溫度。三相過(guò)流探測器主要監測配電箱主開(kāi)關(guān)三相電流。探測器如圖2所示。

圖2 探測器

3.5報警閾值

民規第13.12.6條規定：“防火剩余電流動(dòng)作報警值宜為500mA”?；鹨幍?.2.1條規定：“探測器報警值宜為300mA-500mA”?！兜蛪号潆娫O計規范（GB 50054-2011）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)低規）第6.4.3節規定：“...其動(dòng)作電流不應大于300mA...”?！峨姎饣馂谋O控系統（GB14287.2-2005）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)電控）第4.2.2條規定：“探測器的報警值不應小于20mA，不應大于1000mA...”?！睹裼媒ㄖ姎庠O計手冊》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)民設）第10.2.3節：“選用漏電電流報警方式時(shí)，其保護電器的報警動(dòng)作電流可以按其被保護回路最大電流1/1000～1/3000選取...通常分支路漏電報警動(dòng)作電流可取1000 mA”。

可見(jiàn)，對于報警閾值的設定，沒(méi)有統一的規范，這很大一部分原因是由于自然泄漏電流的存在。供電線(xiàn)路和用電設備，在正常使用過(guò)程中都有一定程度的泄漏電流。例如，截面積為10mm的聚氯乙烯絕緣線(xiàn)，其每公里的泄漏電流可以達到56mA；額定功率為18.5kW的電機，啟動(dòng)時(shí)泄漏電流為3.03mA；一臺組合式計算機的泄漏電流為15mA。電線(xiàn)、電動(dòng)機、家用電器泄露電流如表1、表2、表3所示^[7]。因此，閾值的設定，理論上應該剔除自然泄漏電流的影響。但是，每個(gè)監測點(diǎn)下面監測回路數量不同，每個(gè)回路長(cháng)短不一，而且每個(gè)回路下面的用電設備也是千差萬(wàn)別，這給閾值的設定帶來(lái)非常大的困擾。但因低規中關(guān)于報警值的描述用了應字，屬于需嚴格執行，并且該規范為國家標準，因此報警數值一般設計給定值均為300mA。

重慶江北國際機場(chǎng)電氣火災監控系統漏電報警閾值設計初始值為300mA，實(shí)際運行過(guò)程中，在200 mA 到500 mA范圍內，根據線(xiàn)路和用電設備的實(shí)際情況，做了一定調整；溫度探測器設定在90℃；過(guò)流探測器按主開(kāi)關(guān)額定電流1.25倍進(jìn)行設定。

表1 220/380V單相及三相線(xiàn)路埋地、沿墻敷設穿管電線(xiàn)每公里泄漏電流（mA/km）

 表2 電動(dòng)機泄露電流（mA）

表3 熒光燈、家用電器、計算機及住宅配電回路泄露電流（mA）

3.5 應用情況

重慶江北國際機場(chǎng)T3A航站樓電氣火災監控系統，監控主機設在航站樓一樓消防控制室，如圖3所示。并在四個(gè)指廊、主樓等區域設有區域分機，各分機按手拉手的方式，分別連接末端的監控探測器。整個(gè)系統監控配電箱約2100個(gè)，探測器約12600個(gè)。系統投用初期，部分回路出現頻繁報警情況,這一點(diǎn)和某地鐵電氣火災監控系統應用情況類(lèi)似^[8]。經(jīng)過(guò)反復排查，頻繁報警原因主要有以下幾個(gè)方面：1、設計方面。部分容量較大的回路監測點(diǎn)設置在了二級配電箱進(jìn)線(xiàn)處，由于下端供電線(xiàn)路較長(cháng)，三級配電箱及分箱較多，末端用電設備多，線(xiàn)路和設備的自然漏電值經(jīng)過(guò)多次累加后超過(guò)報警閾值（如某照明總箱容量為165KW，出線(xiàn)分箱多達12個(gè)）。2、施工方面。照明回路的N線(xiàn)和PE線(xiàn)接反，施工放線(xiàn)時(shí)線(xiàn)路在接線(xiàn)盒處有磨損。所以，應特別注意末端電線(xiàn)放線(xiàn)和接線(xiàn)的規范性。3、運行方面。配電箱內探測器灰塵較大，造成誤報警。因此，運行部門(mén)應該定期做好維保工作。

圖3 監控設備

4  經(jīng)驗及建議

4.1 設計方面

現有設計規范低，監測點(diǎn)一般設置在第一級配電柜（箱）的出線(xiàn)端或第二級配電箱的進(jìn)線(xiàn)端。這樣設計具有監測范圍大，監測點(diǎn)位相對集中，系統架構相對簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。但針對大型機場(chǎng)航站樓負荷而言，帶來(lái)的困難也顯而易見(jiàn)。

首先，大型機場(chǎng)航站樓用電負荷大，負荷種類(lèi)多，即使是二級配電箱下端帶幾個(gè)甚至十幾個(gè)分箱也是常有的事情。如果將檢測點(diǎn)設置在第一級配電柜（箱）的出線(xiàn)端或第二級配電箱的進(jìn)線(xiàn)端，過(guò)長(cháng)的線(xiàn)路，過(guò)多的負荷，線(xiàn)路和設備正常泄漏電流會(huì )逐級不斷累加，匯聚到監測點(diǎn)時(shí)造成累加值大于監測設定閾值的情況，將會(huì )給頻繁報警帶來(lái)非常大的隱患。

其次，這種設置的還存在一個(gè)隱患，就是漏電報警后核查原因非常困難。因為一旦發(fā)生漏電報警，理論上需要核查監測點(diǎn)下端所有供電線(xiàn)路及用電設備。由于監測點(diǎn)設置在第二級配電箱甚至第一級配電箱柜進(jìn)線(xiàn)處，監測點(diǎn)下方從一級配電到二級配電、三級配電甚至分箱，線(xiàn)路非常長(cháng)、負荷非常多。對大型機場(chǎng)航站樓而言，航班密集排布。航站樓正常運行過(guò)程中，涉及運行的用電負荷，斷電操作受到嚴格限制，部分弱電負荷甚至全天二十四小時(shí)運行。如此大規模核查本身就困難重重，加之停電操作受到限制，因此報警核查實(shí)際操作起來(lái)困難可想而知。

因此，針對大型機場(chǎng)航站樓而言，可以考慮將檢測點(diǎn)設置在第三級配電箱進(jìn)線(xiàn)處，一方面可以有效剔除自然泄漏電流的累加效應，降低誤報率，提高報警的準確性。另一方面監測點(diǎn)下端回路少，一旦報警，核查起來(lái)范圍小、重點(diǎn)突出、操作性強。另外，考慮到末端線(xiàn)路一般而言為小規格的電線(xiàn)，不管是施工還是運行過(guò)程中，損壞的概率較大，而第三級配電箱上端各級配電系統之間的線(xiàn)路，大多為規格較大的電纜，有的還是鎧裝電纜，損壞的概率較小。而且，從電氣火災發(fā)生的部位來(lái)看，負荷側發(fā)生火災的概率遠大于電源側 ^[9]。

當然，監測點(diǎn)設置在第三級配電箱進(jìn)線(xiàn)處，勢必帶來(lái)監測點(diǎn)位過(guò)多，投資加大、沒(méi)有對主干電纜進(jìn)行監測等問(wèn)題，這就需要設計綜合考慮一下，有所側重。

4.2 工程管理方面

施工前期重視技術(shù)交底。電氣火災監控系統一般由消防工程總包，品牌制造商具體實(shí)施，但電氣火災監控探測器需要安裝在強電配電箱內。而強電配電箱一般由安裝工程總包，配電箱盤(pán)柜廠(chǎng)家實(shí)施。針對大型機場(chǎng)航站樓而言，消防工程、安裝工程通常會(huì )分別單獨招標。因此，僅僅探測器的安裝，就涉及兩家總包單位，兩家設備制造商。因此，項目管理方在前期，多方的技術(shù)交底尤為重要，尤其是探測器穿線(xiàn)方式有特殊要求，必須重點(diǎn)交底，從源頭上確保質(zhì)量。

施工過(guò)程中重點(diǎn)把控末端線(xiàn)路布線(xiàn)接線(xiàn)質(zhì)量。從現有的經(jīng)驗來(lái)看，末端線(xiàn)路的布線(xiàn)、接線(xiàn)質(zhì)量，直接決定系統早期運行效果。一方面，末端線(xiàn)纜規格小，施工放線(xiàn)容易磨損。另一方面，對于大型機場(chǎng)航站樓而言，主干線(xiàn)路一般由綜合安裝單位實(shí)施，而末端線(xiàn)路一般由裝飾單位實(shí)施。裝飾單位水電專(zhuān)業(yè)的技術(shù)力量普遍沒(méi)有其裝飾主業(yè)強。因此，需重點(diǎn)管控。

施工后期預備充足的系統調試時(shí)間。電氣火災監控系統自身調試完成后，需要各監測點(diǎn)所有供電線(xiàn)路施工完畢，所有用電設備調試完畢，并且正常使用后才能發(fā)揮作用。設備正在調試或未投入使用，臨時(shí)施工用電的接入等等，報警信息都不可靠。因此，所有設備調試就位并且正常使用后，報警信息才相對準確可信，此時(shí)需要投入大量時(shí)間和精力，從系統、線(xiàn)路、末端設備三個(gè)方面，對報警信息進(jìn)行一一甄別和排查。然而現實(shí)情況是，設備調試完成后，很快就進(jìn)入了試運行甚至正式使用，留給系統甄別和排查的時(shí)間非常有限。因此，項目管理方應該預備充足調試時(shí)間。

4.3產(chǎn)品方面

電氣火災監控系統廠(chǎng)家可探索開(kāi)發(fā)剩余電流閾值可根據負荷動(dòng)態(tài)自動(dòng)調整的探測器?，F有電氣火災監控探測器的報警閾值一旦設定好，都是固定不變的。因為自然泄漏電流的存在，而且各用電負荷也在不斷變化過(guò)程中。因此，理論上自然泄漏電流在不斷變化中。因此，為了更準確監測和判斷，報警閾值應該也隨負荷電流的不斷變化，做出智能的某種動(dòng)態(tài)調整，以剔除自然泄漏電流的影響，進(jìn)一步提高報警的準確性。

同時(shí)，報警信息可考慮做一定延時(shí)，剔除剩余電流波動(dòng)的影響?，F有的電氣火災探測器，一旦監測回路剩余電流達到報警值，會(huì )立即發(fā)出報警信息。然而在實(shí)踐中經(jīng)常發(fā)現，剩余電流在某個(gè)瞬間達到了閾值后，隨即又恢復了正常值。然而此時(shí)，不管是系統主機，還是火災探測器，都會(huì )發(fā)出報警信息。這就需運維人員對系統主機和末端探測器進(jìn)行手動(dòng)復位。大型機場(chǎng)航站樓面積較大，監測點(diǎn)位多，頻繁由于波動(dòng)報警，給運行也帶來(lái)極大的困擾。為了避免這種現像，可考慮對報警信息加一定延時(shí)判斷，同時(shí)引入溫度、過(guò)流等信息，進(jìn)行綜合判斷后發(fā)出報警信息。

5 結束語(yǔ)

民用運輸機場(chǎng)作為國家重要公共交通基礎設施，是民航業(yè)發(fā)展的基礎，在綜合交通運輸體系中發(fā)揮著(zhù)重要作用^[1]。因此，其安全運行尤其是消防安全，顯得尤為重要。而建設方更應從設計、施工、運行等全生命周期的視角，統籌規劃消防系統的實(shí)施，最大限度的機場(chǎng)安全運行。

參考文獻：

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[5]《交通建筑電氣設計規范（JGJ 243-2011）》

[6]《低壓配電設計規范（GB 50054-2011）》

[7]戴瑜興主編.民用建筑電氣設計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社.2007.3.

[8]卓珊, 吳火軍. 地鐵電氣火災監控系統頻繁報警原因分析[J]. 建筑電氣, 2018.

[9]郭文榮. 防火剩余電流動(dòng)作報警系統設計[J]. 建筑安全, 2010(7).

作者簡(jiǎn)介

宋勝利，重慶機場(chǎng)集團擴建指揮部高級工程師，機電工程專(zhuān)業(yè)一級建造師，主要研究方向為機械工程、電氣工程。