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,當當發(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ㄖO(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)”。《交通建筑電氣設(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)
絕緣材質(zhì) | 截面 mm2 | ||||||||
4 | 6 | 10 | 16 | 25 | 35 | 50 | 70 | 95 | |
聚氯乙烯 | 52 | 52 | 56 | 62 | 70 | 70 | 79 | 89 | 99 |
橡皮 | 27 | 32 | 39 | 40 | 45 | 49 | 49 | 55 | 55 |
聚乙烯 | 17 | 20 | 25 | 26 | 29 | 33 | 33 | 33 | 33 |
表2 電動機泄露電流(mA)
運行方式 | 額定功率(kW) | ||||||||
1.5 | 2.2 | 5.5 | 7.5 | 11 | 15 | 18.5 | 22 | 30 | |
正常運行 | 0.15 | 0.18 | 0.29 | 0.38 | 0.50 | 0.57 | 0.65 | 0.72 | 0.87 |
電動機啟動 | 0.58 | 0.79 | 1.57 | 2.05 | 2.39 | 2.63 | 3.03 | 3.48 | 4.58 |
表3 熒光燈、家用電器、計算機及住宅配電回路泄露電流(mA)
設(shè)備名稱 | 形式 | 泄露電流(mA) |
熒光燈 | 安裝在金屬構(gòu)件上 | 0.1 |
安裝在木質(zhì)或混凝土構(gòu)件上 | 0.02 | |
家用電器 | 手握式I級設(shè)備 | ≤0.75 |
固定式I級設(shè)備 | ≤3.5 | |
II級設(shè)備 | ≤0.25 | |
I級電熱設(shè)備 | ≤0.75~5 | |
計算機 | 移動式 | 1.0 |
固定式 | 3.5 | |
組合式 | 15.0 | |
住宅配電回路 | 一般為2~8 |
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:
[1]《全國民用運輸機場布局規(guī)劃》
[2]《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范(GB 50116-2013)》
[3]《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范(JGJ 16-2008)》
[4]《建筑設(shè)計防火規(guī)范(GB50016-2014)》
[5]《交通建筑電氣設(shè)計規(guī)范(JGJ 243-2011)》
[6]《低壓配電設(shè)計規(guī)范(GB 50054-2011)》
[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.
[8]卓珊, 吳火軍. 地鐵電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)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。
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