電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在大型機場航站樓的應(yīng)用及建議

摘要：電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是電氣火災(zāi)隱患的預(yù)警系統(tǒng)。從規(guī)范支撐、設(shè)置位置、監(jiān)控負荷、探測器的選擇、閾值的設(shè)定等幾個反面，實例分析了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在重慶江北國際機場T3A航站樓的應(yīng)用，并設(shè)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《全國民用運輸機場布局規(guī)劃》提出，到2020年，運輸機場數(shù)量達260個左右，到2025年，在現(xiàn)有（含在建）機場基礎(chǔ)上，新增布局機場136個，全國民用運輸機場規(guī)劃布局370個（規(guī)劃建成約320個）^[1]?？梢?，未來幾年，各地將會有大量的運輸機場陸續(xù)開工建設(shè)。

機場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，航站樓內(nèi)各用電設(shè)備和系統(tǒng)種類非常多，除了常規(guī)的照明、空調(diào)、廣告、電扶梯等設(shè)備外，還包括行李系統(tǒng)、安檢設(shè)備、登機橋、高桿燈、機務(wù)用電、飛機空調(diào)、靜變電源、標識、弱電系統(tǒng)等民航專業(yè)設(shè)備。面對如此數(shù)量龐大種類繁多的用電設(shè)備，對線路和設(shè)備的消防安全提出了更高的要求。

因此，機場建設(shè)方在航站樓的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)過程中，除了需進一步提高火災(zāi)處置的速度和效率外，還應(yīng)從預(yù)防的角度，加強對電氣火災(zāi)隱患的提前預(yù)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(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是電氣火災(zāi)隱患的預(yù)警系統(tǒng)。通過對電力線路和設(shè)備的日常使用進行實時監(jiān)測，一旦發(fā)生電氣火災(zāi)隱患，提前發(fā)出預(yù)警信息，運維人員根據(jù)預(yù)警信息，及時對線路和設(shè)備進行排查和甄別，排除電氣火災(zāi)隱患，實現(xiàn)電氣火災(zāi)的早期預(yù)防。

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)一般由電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備和電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器組成。電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備主要接受電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時發(fā)出報警信息。電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器主要實時監(jiān)測電氣線路中的剩余電流、溫度等參數(shù)，并及時將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳給電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備。

電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器主要分為剩余電流式和測溫式。

剩余電流式火災(zāi)探測器主要利用感應(yīng)線圈監(jiān)測電氣線路的剩余電流，其工作原理就是基爾霍夫定律，即回路中任一點的電流矢量和為零。監(jiān)測時，相線和N線穿過探測器感應(yīng)線圈。正常情況下，相線和N線的電流矢量和為零，探測器中的感應(yīng)線圈沒有信號輸出。當(dāng)發(fā)生接地故障、線路或設(shè)備漏電時，部分電流通過PE線或大地流走，相線和N線中的電流矢量和不為零，即產(chǎn)生剩余電流。此時探測器中的感應(yīng)線圈就會有信號輸出，達到閾值時就會發(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(zāi)探測器主要是利用溫度探頭，實施檢測箱柜內(nèi)或線纜的溫度，當(dāng)當(dāng)發(fā)生線路短路、過載、故障電弧等故障時，溫度會迅速上升，溫度探頭會檢測到這種溫度變化，達到預(yù)設(shè)值時就會發(fā)出報警信號。

3應(yīng)用案例

重慶江北國際機場T3A航站樓，建筑面積約53.7萬平方米，由中央大廳和四個指廊構(gòu)成。建筑高度48m，南北長約1060米，東西寬約750米。地上4層，地下2層。遵循現(xiàn)行國家規(guī)范，T3A航站樓火災(zāi)自動報警及消防聯(lián)動控制系統(tǒng)按一類多層建筑一級保護對象設(shè)防，室外消火栓用水量為30L/S。在設(shè)計和建設(shè)過程中，T3A航站樓設(shè)置了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。

3.1 規(guī)范支撐

《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范（GB50116-2013）》（以下簡稱火規(guī)）第9.1.3條規(guī)定：“電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)建筑物的性質(zhì)及電氣火災(zāi)危險性設(shè)置”?！睹裼媒ㄖ姎庠O(shè)計規(guī)范（JGJ16-2008）》（以下簡稱民規(guī)）第13.12.1規(guī)定：“除住宅外，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)保護對象為一級的建筑物配電線路，宜設(shè)置防火剩余電流動作報警系統(tǒng)”?！督ㄖO(shè)計防火規(guī)范（GB50016-2014）》（以下簡稱建規(guī)）第10.2.7條規(guī)定：“室外消防用水量大于25L/S的其他公共建筑...宜設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)”?！督煌ńㄖ姎庠O(shè)計規(guī)范（JGJ243-2011）》（以下簡稱交規(guī)）第14.3.2規(guī)定：“火災(zāi)自動報警系統(tǒng)保護對象為一級的交通建筑配電線路，應(yīng)設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)”。

重慶江北國際機場T3A航站樓火災(zāi)自動報警系統(tǒng)保護對象為一級，室外消火栓用水量為30L/S，因此，均滿足民規(guī)和建規(guī)宜設(shè)置的要求。同時，也滿足交規(guī)中應(yīng)設(shè)置的要求。按一般對規(guī)范的理解，“宜”表示允許稍有選擇，在條件許可時首先應(yīng)該這樣做；“應(yīng)”表示嚴格，在正常情況下均應(yīng)這樣做。故T3A航站樓按規(guī)范應(yīng)該設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2 設(shè)置位置

民規(guī)第13.12.5條規(guī)定：“剩余電流檢測點宜設(shè)置在樓層配電箱（配電系統(tǒng)第二級開關(guān)）進線處，當(dāng)回路容量較小線路較短時，宜設(shè)在變電所低壓柜的出線端。交規(guī)第14.3.2條規(guī)定：“...樓層配電箱電源進線處應(yīng)設(shè)置防火電氣火災(zāi)的剩余電流動作報警器”。火規(guī)第9.2.1條規(guī)定：“剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器應(yīng)以設(shè)置在低壓配電系統(tǒng)首端為基本原則，宜設(shè)置在第一級配電柜（箱）的出線端。在供電線路泄漏電流大于500mA時，宜在下一級配電柜”。

可見，根據(jù)線路容量，一般設(shè)置在配電系統(tǒng)首端或配電系統(tǒng)第二級開關(guān)進線處。重慶江北國際機場T3A航站樓建筑規(guī)模大，用電負荷重，因此，監(jiān)測點主要設(shè)置的第二級開關(guān)進線處，個別線路長、回路容量大的地方，還設(shè)置在了第三級開關(guān)進線處。

3.3 監(jiān)控負荷

交規(guī)第14.3.2條規(guī)定：“除消防動力配電回路外，其他電力、照明區(qū)域...應(yīng)設(shè)置防電氣火災(zāi)的剩余電流動作報警器”。這一條規(guī)范明確表明，照明負荷、非消動力負荷，均在電氣火災(zāi)監(jiān)測范圍內(nèi)。其他規(guī)范均無明確表述，似乎所有負荷都應(yīng)在監(jiān)測范圍內(nèi)。重慶江北國際機場T3A航站樓電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，主要對照明、空調(diào)、電扶梯、標識燈箱、靜變電源、飛機空調(diào)等負荷，進行了監(jiān)測。

3.4探測器的選擇

重慶江北國際機場T3A航站樓電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，在每個監(jiān)測點處，選用了一個剩余電流式火災(zāi)探測器、兩個測溫式火災(zāi)探測器、三相過流探測器。剩余電流式火災(zāi)探測器安裝在配電主開關(guān)的下端，主要監(jiān)測剩余電流。兩個測溫式火災(zāi)探測器，一個監(jiān)測箱柜內(nèi)的溫度，一個監(jiān)測線纜溫度。三相過流探測器主要監(jiān)測配電箱主開關(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(guī)第13.12.6條規(guī)定：“防火剩余電流動作報警值宜為500mA”?；鹨?guī)第9.2.1條規(guī)定：“探測器報警值宜為300mA-500mA”?！兜蛪号潆娫O(shè)計規(guī)范（GB 50054-2011）》（以下簡稱低規(guī)）第6.4.3節(jié)規(guī)定：“...其動作電流不應(yīng)大于300mA...”?！峨姎饣馂?zāi)監(jiān)控系統(tǒng)（GB14287.2-2005）》（以下簡稱電控）第4.2.2條規(guī)定：“探測器的報警值不應(yīng)小于20mA，不應(yīng)大于1000mA...”?！睹裼媒ㄖ姎庠O(shè)計手冊》（以下簡稱民設(shè)）第10.2.3節(jié)：“選用漏電電流報警方式時，其保護電器的報警動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作電流可取1000 mA”。

可見，對于報警閾值的設(shè)定，沒有統(tǒng)一的規(guī)范，這很大一部分原因是由于自然泄漏電流的存在。供電線路和用電設(shè)備，在正常使用過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，其每公里的泄漏電流可以達到56mA；額定功率為18.5kW的電機，啟動時泄漏電流為3.03mA；一臺組合式計算機的泄漏電流為15mA。電線、電動機、家用電器泄露電流如表1、表2、表3所示^[7]。因此，閾值的設(shè)定，理論上應(yīng)該剔除自然泄漏電流的影響。但是，每個監(jiān)測點下面監(jiān)測回路數(shù)量不同，每個回路長短不一，而且每個回路下面的用電設(shè)備也是千差萬別，這給閾值的設(shè)定帶來非常大的困擾。但因低規(guī)中關(guān)于報警值的描述用了應(yīng)字，屬于需嚴格執(zhí)行，并且該規(guī)范為國家標準，因此報警數(shù)值一般設(shè)計給定值均為300mA。

重慶江北國際機場電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)漏電報警閾值設(shè)計初始值為300mA，實際運行過程中，在200 mA 到500 mA范圍內(nèi)，根據(jù)線路和用電設(shè)備的實際情況，做了一定調(diào)整；溫度探測器設(shè)定在90℃；過流探測器按主開關(guān)額定電流1.25倍進行設(shè)定。

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

 表2 電動機泄露電流（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(yīng)用情況

重慶江北國際機場T3A航站樓電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控主機設(shè)在航站樓一樓消防控制室，如圖3所示。并在四個指廊、主樓等區(qū)域設(shè)有區(qū)域分機，各分機按手拉手的方式，分別連接末端的監(jiān)控探測器。整個系統(tǒng)監(jiān)控配電箱約2100個，探測器約12600個。系統(tǒng)投用初期，部分回路出現(xiàn)頻繁報警情況,這一點和某地鐵電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用情況類似^[8]。經(jīng)過反復(fù)排查，頻繁報警原因主要有以下幾個方面：1、設(shè)計方面。部分容量較大的回路監(jiān)測點設(shè)置在了二級配電箱進線處，由于下端供電線路較長，三級配電箱及分箱較多，末端用電設(shè)備多，線路和設(shè)備的自然漏電值經(jīng)過多次累加后超過報警閾值（如某照明總箱容量為165KW，出線分箱多達12個）。2、施工方面。照明回路的N線和PE線接反，施工放線時線路在接線盒處有磨損。所以，應(yīng)特別注意末端電線放線和接線的規(guī)范性。3、運行方面。配電箱內(nèi)探測器灰塵較大，造成誤報警。因此，運行部門應(yīng)該定期做好維保工作。

圖3 監(jiān)控設(shè)備

4  經(jīng)驗及建議

4.1 設(shè)計方面

現(xiàn)有設(shè)計規(guī)范低，監(jiān)測點一般設(shè)置在第一級配電柜（箱）的出線端或第二級配電箱的進線端。這樣設(shè)計具有監(jiān)測范圍大，監(jiān)測點位相對集中，系統(tǒng)架構(gòu)相對簡單等特點。但針對大型機場航站樓負荷而言，帶來的困難也顯而易見。

首先，大型機場航站樓用電負荷大，負荷種類多，即使是二級配電箱下端帶幾個甚至十幾個分箱也是常有的事情。如果將檢測點設(shè)置在第一級配電柜（箱）的出線端或第二級配電箱的進線端，過長的線路，過多的負荷，線路和設(shè)備正常泄漏電流會逐級不斷累加，匯聚到監(jiān)測點時造成累加值大于監(jiān)測設(shè)定閾值的情況，將會給頻繁報警帶來非常大的隱患。

其次，這種設(shè)置的還存在一個隱患，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(jiān)測點下端所有供電線路及用電設(shè)備。由于監(jiān)測點設(shè)置在第二級配電箱甚至第一級配電箱柜進線處，監(jiān)測點下方從一級配電到二級配電、三級配電甚至分箱，線路非常長、負荷非常多。對大型機場航站樓而言，航班密集排布。航站樓正常運行過程中，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運行。如此大規(guī)模核查本身就困難重重，加之停電操作受到限制，因此報警核查實際操作起來困難可想而知。

因此，針對大型機場航站樓而言，可以考慮將檢測點設(shè)置在第三級配電箱進線處，一方面可以有效剔除自然泄漏電流的累加效應(yīng)，降低誤報率，提高報警的準確性。另一方面監(jiān)測點下端回路少，一旦報警，核查起來范圍小、重點突出、操作性強。另外，考慮到末端線路一般而言為小規(guī)格的電線，不管是施工還是運行過程中，損壞的概率較大，而第三級配電箱上端各級配電系統(tǒng)之間的線路，大多為規(guī)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(zāi)發(fā)生的部位來看，負荷側(cè)發(fā)生火災(zāi)的概率遠大于電源側(cè) ^[9]。

當(dāng)然，監(jiān)測點設(shè)置在第三級配電箱進線處，勢必帶來監(jiān)測點位過多，投資加大、沒有對主干電纜進行監(jiān)測等問題，這就需要設(shè)計綜合考慮一下，有所側(cè)重。

4.2 工程管理方面

施工前期重視技術(shù)交底。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)一般由消防工程總包，品牌制造商具體實施，但電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器需要安裝在強電配電箱內(nèi)。而強電配電箱一般由安裝工程總包，配電箱盤柜廠家實施。針對大型機場航站樓而言，消防工程、安裝工程通常會分別單獨招標。因此，僅僅探測器的安裝，就涉及兩家總包單位，兩家設(shè)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，尤其是探測器穿線方式有特殊要求，必須重點交底，從源頭上確保質(zhì)量。

施工過程中重點把控末端線路布線接線質(zhì)量。從現(xiàn)有的經(jīng)驗來看，末端線路的布線、接線質(zhì)量，直接決定系統(tǒng)早期運行效果。一方面，末端線纜規(guī)格小，施工放線容易磨損。另一方面，對于大型機場航站樓而言，主干線路一般由綜合安裝單位實施，而末端線路一般由裝飾單位實施。裝飾單位水電專業(yè)的技術(shù)力量普遍沒有其裝飾主業(yè)強。因此，需重點管控。

施工后期預(yù)備充足的系統(tǒng)調(diào)試時間。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)自身調(diào)試完成后，需要各監(jiān)測點所有供電線路施工完畢，所有用電設(shè)備調(diào)試完畢，并且正常使用后才能發(fā)揮作用。設(shè)備正在調(diào)試或未投入使用，臨時施工用電的接入等等，報警信息都不可靠。因此，所有設(shè)備調(diào)試就位并且正常使用后，報警信息才相對準確可信，此時需要投入大量時間和精力，從系統(tǒng)、線路、末端設(shè)備三個方面，對報警信息進行一一甄別和排查。然而現(xiàn)實情況是，設(shè)備調(diào)試完成后，很快就進入了試運行甚至正式使用，留給系統(tǒng)甄別和排查的時間非常有限。因此，項目管理方應(yīng)該預(yù)備充足調(diào)試時間。

4.3產(chǎn)品方面

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)廠家可探索開發(fā)剩余電流閾值可根據(jù)負荷動態(tài)自動調(diào)整的探測器?，F(xiàn)有電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的報警閾值一旦設(shè)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(jiān)測和判斷，報警閾值應(yīng)該也隨負荷電流的不斷變化，做出智能的某種動態(tài)調(diào)整，以剔除自然泄漏電流的影響，進一步提高報警的準確性。

同時，報警信息可考慮做一定延時，剔除剩余電流波動的影響?，F(xiàn)有的電氣火災(zāi)探測器，一旦監(jiān)測回路剩余電流達到報警值，會立即發(fā)出報警信息。然而在實踐中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，剩余電流在某個瞬間達到了閾值后，隨即又恢復(fù)了正常值。然而此時，不管是系統(tǒng)主機，還是火災(zāi)探測器，都會發(fā)出報警信息。這就需運維人員對系統(tǒng)主機和末端探測器進行手動復(fù)位。大型機場航站樓面積較大，監(jiān)測點位多，頻繁由于波動報警，給運行也帶來極大的困擾。為了避免這種現(xiàn)像，可考慮對報警信息加一定延時判斷，同時引入溫度、過流等信息，進行綜合判斷后發(fā)出報警信息。

5 結(jié)束語

民用運輸機場作為國家重要公共交通基礎(chǔ)設(shè)施，是民航業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，在綜合交通運輸體系中發(fā)揮著重要作用^[1]。因此，其安全運行尤其是消防安全，顯得尤為重要。而建設(shè)方更應(yīng)從設(shè)計、施工、運行等全生命周期的視角，統(tǒng)籌規(guī)劃消防系統(tǒng)的實施，最大限度的機場安全運行。

參考文獻：

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

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[9]郭文榮. 防火剩余電流動作報警系統(tǒng)設(shè)計[J]. 建筑安全, 2010(7).

作者簡介

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