电气火灾监控系统在奥运场馆中的应用

    【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

    引言

    电气火灾监控系统从投入市场的那一天起，就受到了各界的广泛关注。因为在我国电气火灾发生的数量长时间以来居高不下，已经是一个影响我国国民经济发展的一个不容忽视的严重问题。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，经过近十年的发展，电气火灾监控设备已逐渐走进了用户，发挥了越来越大的作用，并逐步取得了相关部门和社会的认可。

    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，保障奥运会的安全是成功举办奥运会的首要问题。有效地防止电气火灾的发生，保证广大观众和运动员的安全，维护我国的国家利益，是我们消防科技人员义不容辞的责任。

    本届奥运会共有5个场馆和国家会议中心采用了HBZH-1000电气火灾监控设备，为了保证监控产品的可靠性和安全性，使设备真正发挥应有的作用，我们进行了精心准备、精心设计、精心制造，下面把电气防火监控系统在奥运场馆的应用情况做一个简单介绍。

    1、电气火灾监控系统简介

    1.1电气火灾监控系统的组成

    HBZH-1000型电气火灾监控系统由漏电（包括电流）探头、探测控制器和监控设备三部分组成。探测控制器与漏电（电流）探头需配套使用。所有需要监控的电路分支点均安装，探测控制器均并联于二总线上，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通过观察计算机屏幕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，能够存储配电系统产生的所有情况记录，便于有关人员查询和分析。

    1.2电气火灾监控系统技术参数及特点

    1.主机工作电源：220V50Hz

    2.备用电源：断电无缝接续，不小于8小时（进口免维护长寿命松下电池，并具有短路、开路、过/欠电压、过充电/过放电保护）

    3.具有开机自检功能和随机自检功能及手动检查功能

    4.海量存储数据库，可以在频繁的报警和操作情况下，保持三年内的所有数据，任何人不能进行修改的”黑匣子“功能。

    5.大屏幕17”CRT（或11"LCD）显示器，全汉字显示，操作简单

    6.具有声音报警和报警指示灯

    7.三级密码不同级别的操作（可以简化）

    8.剩余电流值的设定，可以在现场迭加正常剩余电流值后进行现场的设定（配合本公司生产的剩余电流发生器）0-2000mA设定

[NextPage]    1.3分布智能的监控方式

    每个探测控制器均采用单片机控制，是一种具有自主判断能力的智能型设备，其根据工作电流和漏电情况自动决定是否预警、报警等，并通过通信二总线把报警情况上报监控设备。

    1.4二总线通信

    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，使通信距离成倍增加，但是通信时间要延长，一般以不超过4000米为合适。

    1.5安装与调试

    安装简单是一个产品是否成熟的标志，在不断的安装与探索中，HBZH-1000系统的漏电（电流）探头产品形成了两大系列，即闭环式和开环式。闭环式的漏电（电流）探头的磁路不断开，探测精度高（误差：±0.5%)、线性好且漏磁小但不便于安装；开环漏电（电流）探头的磁路是断开的，有一定的漏磁，且精度比闭环式的低（误差：±1.0%)，但是便于安装，因此应针对不同的使用情况选择采用。对于改造建筑，由于供配电系统已投入使用，如果采用闭环电流探头，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。

    2、使用电气火灾监控系统时常见问题的解决方法

    2.1正常漏电和故障漏电

    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、电容时就会形成漏电电流，但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火线和地（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，即使不能避免也应迅速报警以便及时进行处理，这样才能减少或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，因为分布电感、分布电容是基本不变的。故障漏电是因绝缘损坏而造成的，随着时间的推移绝缘损坏将进一步严重，绝缘电阻逐渐下降，故障漏电电流会逐渐加大，这是正常漏电和故障漏电的最大区别。

    根据这两种电流变化的区别，在大量测得数据的基础上建立了电流变化的数学模型，根据这种数学模型进行控制软件的编制，并在实际应用中取得较好的效果，使误报警数量得以减少。

    2.2双路电源供电中PE线共接和N线共接造成的漏电误报警

    在双路电源供电系统里，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。当其中的一个回路已经停止供电时，其漏电监控设备会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，发现确有电流存在。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，是因为双路电源供电的两条N线是直接连接在一起的，即使一路电源停电，但是另一路还在供电，其N线中存在电流时，会流入另一路的N线中，导致停电回路N线还有电流存在，它将导致停电回路漏电流值超过报警设定值，使电气火灾监控设备报警，但实际上这是个误报警。

    在没有安装电气火灾监控设备的供电系统中是没有任何问题的,但是在安装了电气火灾监控设备的供电系统中这个问题就会很突出,为了解决这个问题我们提出以下办法:

    因为两路供电的N线必须要接在一起，所以切换开关一定要采用4极开关，在切换时要使N线与A、B、C三相火线同时切换，可以保证备用供电系统中的N线与另一路正在使用的供电系统的N线完全分离，这个问题也就迎刃而解了。

[NextPage]    2.3电磁干扰

    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，部分场合还有谐波及高频电磁波的干扰，是供电系统中的非线性设备和附近的手机转发器等高频设备产生的。

    采取把信号悬浮的方法，双端输入、双端输出，传输信号用的二总线采用双绞线，可以有效避免50Hz交流电磁场的干扰。

    对于谐波和高频电磁波的干扰，采用的是“屏蔽”加“滤波”的方法。因为高频干扰是外部干扰，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谐波干扰，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。

    3、电气火灾监控系统在奥运场馆中的应用

    本届奥运会，共有5个场馆和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（漏电） 228 奥运会曲棍球球场 HBZH-1000（电流/漏电） 46 奥运会沙滩排球球场 HBZH-1000（漏电） 38 奥运会小轮车赛场 HBZH-1000（电流/漏电） 56 奥运会射箭赛场 HBZH-1000（电流/漏电） 45 国家会议中心 HBZH-1000（电流/漏电） 68

    3.1针对性考虑

    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。

    3.1.1加强防潮措施

    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，室内外的湿度都很大，再加上高温潮湿天气很容易造成电子设备的失效。因此，我们在监控设备、探测器的电路板怕潮湿的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，保证在高温、高湿的工作环境下能连续稳定正常工作。

    3.1.2提高探头耐压等级

    电流和漏电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，因此要特别重视电流和漏电电流探头的耐压的问题。为了提高电流和漏电电流探头的耐高电压性能，对紧密接触三相高压火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，电流和漏电电流探头的耐压性和可靠性得到了明显提高。

    3.1.3提高抗干扰能力

    为了提高监控设备的抗干扰性能，不但在硬件上从监控设备内部加强了屏蔽并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，而且还在软件上采取了许多行之有效的抗干扰措施。通过以上的几项切实有效的技术改进，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。

[NextPage]    3.2应用实例

    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简单介绍：

    3.2.1基本情况

    奥运网球中心可以容纳运动员、观众和工作人员多达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，除此以外还备有自发电装置。

    场地的用电包括两个方面：照明和动力。照明用电主要是场地的灯光照明，采用新一代电光源，照度高、功率大，设备的数量多。动力用电主要是冷却塔、中央空调、风机、排污泵和大型电动器具等。

    3.2.2应用分析

    网球项目是露天比赛，占地面积大，用电设备分散。总配电室位于中心赛场北侧100m处，距离最远端的配电柜有1000m。

    配电系统为TN-C-S系统，为三相五线制、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228个，通信最远距离为1000米，是一个中等规模的电气火灾报警系统。在二级、三级空气断路器的下端安装闭合式漏电探头，没有设计安装电流探头。二级开关采用额定电流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，设计采用直径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，采用直径为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。

    4、结束语

    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。

    （注：作者，张燕杰：北京海博智恒电气防火科技有限公司总工；沈金波：中国建筑科学研究院建筑防火研究所博士、电气工程师）