電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通的應(yīng)用研究

林冰

（廣州紅海瀚洋人力資源有限公司佛山南海分公司，廣東 南海 528200）

當前城市化發(fā)展步伐加快，我國軌道交通事業(yè)得到長足發(fā)展，城市軌道交通總運營里程、軌道交通線路、客運量等多項指標位居世界前列。與此同時，在現(xiàn)代軌道交通工程中，搭建大量的電氣設(shè)備，受到設(shè)備老化、外部環(huán)境等因素影響，電氣設(shè)備運行期間偶爾出現(xiàn)電氣故障或電氣火災(zāi)事故，存在安全隱患，這對電氣火災(zāi)監(jiān)控能力提出了更高的要求。如何預(yù)防電氣火災(zāi)事故的出現(xiàn)，以及對電氣火災(zāi)監(jiān)控能力、應(yīng)急處置能力的強化，是關(guān)乎軌道交通行業(yè)發(fā)展的重要問題，本文就此開展研究。

1 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1 監(jiān)控原理

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用到信息傳感、自動報警與遠程控制等多項技術(shù)，在軌道交通工程中布置若干探測裝置，持續(xù)采集電流、電壓、工作溫度、煙霧濃度等參數(shù)，對比實時監(jiān)測值與預(yù)設(shè)整定值，在二者偏差超過限定范圍，或是在視頻圖像中提取到明火、有色煙霧等特征值時，由監(jiān)控主機自動發(fā)送消防報警信號，將問題反饋至運營單位與消防局等部門機構(gòu)，為消防救援、人群疏散爭取寶貴時間。此外，還可以在系統(tǒng)中增設(shè)聯(lián)動控制功能，接入通信廣播、應(yīng)急照明、閘機控制、自動噴淋滅火等子系統(tǒng)，在確定出現(xiàn)電氣火災(zāi)事故后，基于程序運行準則，向子系統(tǒng)下達控制指令，如通信廣播系統(tǒng)循環(huán)播報火情信息、啟動應(yīng)急照明燈具與地面安全指示燈、啟動消防電源、開啟閘機、啟動噴頭向火災(zāi)蔓延區(qū)域噴水來撲滅初期火勢。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要由探測器、藍牙數(shù)據(jù)集中器、通訊總線和監(jiān)控主機4部分組成。第一，探測器負責(zé)持續(xù)采集電氣設(shè)備與現(xiàn)場環(huán)境的參數(shù)值，如環(huán)境溫度、煙霧濃度、電流值、電壓值等參數(shù)，并將現(xiàn)場監(jiān)測信號向上傳輸。第二，藍牙數(shù)據(jù)集中器被布置在現(xiàn)場，負責(zé)對一定范圍內(nèi)探測器發(fā)送的監(jiān)測信號進行接收，經(jīng)過匯總整理等簡單處理后發(fā)送至通訊總線。第三，通訊總線負責(zé)在后臺監(jiān)控主機與現(xiàn)場探測設(shè)備間建立溝通橋梁，持續(xù)把現(xiàn)場檢測信號發(fā)送至監(jiān)控主機，并向數(shù)據(jù)集中器和探測器傳達控制指令。第四，監(jiān)控主機負責(zé)執(zhí)行數(shù)據(jù)篩選、圖形處理、運算分析等任務(wù)，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測信號來描述電氣設(shè)備與電氣系統(tǒng)運行狀況，判斷是否存在火災(zāi)隱患和出現(xiàn)火災(zāi)事故，確定火災(zāi)出現(xiàn)后控制報警器發(fā)送報警信號。

2 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通中的應(yīng)用必要性

在軌道交通運營期間，受到電氣設(shè)備老化、錯誤操作、外力碰撞等因素影響，偶爾出現(xiàn)電氣火災(zāi)事故，如配電系統(tǒng)漏電與短路引發(fā)的火災(zāi)、用電設(shè)備長時間過載運行引發(fā)的火災(zāi)、封閉式電纜橋架內(nèi)部溫度過高引發(fā)的火災(zāi)，這類火災(zāi)具有突發(fā)性、蔓延迅速、易形成大面積燃燒的特征。與此同時，早期軌道交通工程中采取人工巡查方式，由工作人員定期對電氣設(shè)備狀況進行檢查，測量記錄運行參數(shù)，在檢查到短路、斷路等故障問題時上報至維護中心，其前往現(xiàn)場檢修故障設(shè)備，或是在發(fā)現(xiàn)火災(zāi)事故后通過按下消防報警器等方式上報問題，這一模式存在火災(zāi)事故發(fā)現(xiàn)不及時、實際巡查范圍小、難以掌握全部電氣設(shè)備實時工況的局限性。

相比之下，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)有著極高的自動化水平，徹底改變了舊有的電氣火災(zāi)監(jiān)控方式，可以替代人工完成參數(shù)記錄、設(shè)備狀態(tài)檢查、火災(zāi)報警等工作，既簡化了流程步驟與減輕工作負擔(dān)，同時，也可以第一時間發(fā)現(xiàn)和上報電氣火災(zāi)事故，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果來排查是否存在電氣火災(zāi)隱患，起到?jīng)Q策支持作用，幫助管理人員采取改進措施，盡可能消除全部的火災(zāi)隱患。簡單來講，在軌道交通工程中，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)價值體現(xiàn)在快速報警、隱患排查、設(shè)備遠程監(jiān)控、統(tǒng)一管理等方面。

3 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通中的主要應(yīng)用場景

3.1 遠程控制

在軌道交通電氣系統(tǒng)運行期間，如果排查到火災(zāi)安全隱患，或是出現(xiàn)電氣參數(shù)異常波動等情況，工作人員在火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)上下達相應(yīng)控制指令，經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)或是通信線路，把指令傳達至目標設(shè)備，帶動設(shè)備機械部分開展動作，調(diào)節(jié)電氣參數(shù)或是切換設(shè)備運行模式，實現(xiàn)遠程控制目標。

從火災(zāi)防控角度來看，對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可以幫助工作人員第一時間對所發(fā)現(xiàn)安全隱患、電氣故障采取有效控制措施，如切斷故障部分和非故障部分連接、調(diào)節(jié)電壓電流值等參數(shù)，短時間內(nèi)消除隱患，或是將火災(zāi)蔓延范圍控制在一定程度內(nèi)，避免在工作人員前往現(xiàn)場期間導(dǎo)致電氣故障加劇、提前發(fā)展成火災(zāi)事故。同時，在所采取控制措施未起到預(yù)期作用、仍舊出現(xiàn)電氣故障和火災(zāi)事故的情況下，由于工作人員遠程下達控制指令，無需抵達現(xiàn)場，不會危及到工作人員的人身安全。

3.2 電氣保護

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)同時具備遠程控制、參數(shù)調(diào)節(jié)、火災(zāi)報警等使用功能，既可以幫助工作人員迅速發(fā)現(xiàn)與處理火災(zāi)事故，還可以通過參數(shù)調(diào)節(jié)，將火災(zāi)事故消弭于無形。例如，在電氣保護場景，在系統(tǒng)中增設(shè)剩余電流、過電流、溫度、超壓與欠壓的保護功能，實時對比監(jiān)測值和整定值，在二者誤差超標時判斷出現(xiàn)電氣故障，基于程序運行準則，根據(jù)故障類型與位置來下達相應(yīng)控制指令，采取保護動作，如在檢測到剩余電流值超標時切斷供電電源，在檢測到短路故障時向指定探測器發(fā)送脫扣信號，在檢測到電流值異常波動時控制電流互感器開啟常閉節(jié)點來吸合電流。

3.3 消防報警

在消防報警場景中，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)采取對比實時監(jiān)測量與整定值的判定方式，持續(xù)采集工作溫度等參數(shù)的測定值，把測定值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號發(fā)送至監(jiān)控主機，如果測定值超過或是低于整定值，且二者偏差程度超過允許區(qū)間，系統(tǒng)自動判定為出現(xiàn)電氣故障或是電氣火災(zāi)事故，根據(jù)測定值偏差程度觸發(fā)不同等級的報警程序，如單獨記錄報警信息和閃爍報警指示燈，或是額外啟動報警蜂鳴器，并在系統(tǒng)界面上以電子地圖的形式顯示報警位置，輸出報警報告。此外，在現(xiàn)場環(huán)境條件、電氣設(shè)備規(guī)格型號、設(shè)備數(shù)量等要素發(fā)生變動時，工作人員可以對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的報警整定值、響應(yīng)靈敏度進行調(diào)整。

3.4 隱患排查

在隱患排查場景中，一方面，由系統(tǒng)持續(xù)對電氣設(shè)備運行參數(shù)和現(xiàn)場環(huán)境條件進行監(jiān)測，根據(jù)實時監(jiān)測結(jié)果來繪制可視化圖表，幫助工作人員直觀、全面掌握電氣系統(tǒng)運行狀況。同時，對比實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)，如果檢測到參數(shù)曲線變化趨勢與電氣故障期間數(shù)據(jù)變化曲線的相似度達到一定標準，則在監(jiān)控報告中標記可能存在的電氣火災(zāi)隱患，工作人員根據(jù)報告內(nèi)容開展進一步的排查工作，消除潛在隱患，提前預(yù)防電氣故障與電氣火災(zāi)事故的出現(xiàn)。另一方面，在系統(tǒng)中設(shè)立若干的自檢信號，定期對監(jiān)控主體、通信總線、藍牙數(shù)據(jù)集合器、探測器與報警器等硬件設(shè)備的運行狀態(tài)加以全面檢查，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，避免因此影響到電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)使用功能的正常發(fā)揮。

4 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通中的應(yīng)用建議

4.1 監(jiān)控主機選型

要求所選用監(jiān)控主機具備完善的使用功能，可以滿足不同場景下的操作需求和電氣火災(zāi)監(jiān)控要求，一般情況下，監(jiān)控主機具備實時報警、分區(qū)監(jiān)控、故障自動巡檢、優(yōu)先報警、圖形顯示、在線干預(yù)6項基本功能。（1）實時報警是在出現(xiàn)電氣故障或電氣火災(zāi)后的15s以內(nèi)發(fā)出聲光報警，提醒工作人員，必要時引導(dǎo)車站內(nèi)滯留乘客安全疏散，如果火災(zāi)報警時間超過這一標準，容易造成火災(zāi)迅速蔓延、電氣設(shè)備大面積燒損、出現(xiàn)人員傷亡的嚴重后果。（2）分區(qū)監(jiān)控是在軌道交通工程中劃分若干監(jiān)控區(qū)域或等級，分別制定各區(qū)域/等級的火災(zāi)報警整定值，充分兼顧不同區(qū)域環(huán)境條件與電氣設(shè)備規(guī)格型號。（3）故障自動巡檢是對探測器、報警器與監(jiān)控主機自身等系統(tǒng)設(shè)備的運行工況進行檢查，判斷是否存在故障問題，或是探測器探測精度不達標。（4）優(yōu)先報警是在主機接收到多個監(jiān)控節(jié)點出現(xiàn)異常狀況時，進行邏輯分析，根據(jù)問題嚴重程度、事件發(fā)生時間等信息來排序，優(yōu)先提交重大事件的報警信號。（5）圖形顯示功能是把所采集監(jiān)測信號、下達控制指令與監(jiān)控結(jié)果以可視化圖形方式在系統(tǒng)界面顯示，幫助工作人員直觀了解電氣系統(tǒng)運行狀態(tài)和火災(zāi)情況。（6）在線干預(yù)是在監(jiān)測到電氣設(shè)備異常運行時，工作人員可以通過監(jiān)控主機對電氣設(shè)備進行聯(lián)動控制，遠程下達參數(shù)調(diào)節(jié)等控制指令，迅速恢復(fù)電氣設(shè)備的正常運行工況，避免電氣故障發(fā)展為電氣火災(zāi)事故。

4.2 探測器選型設(shè)計

首先，綜合分析監(jiān)控參數(shù)種類、探測器安裝區(qū)域、電氣設(shè)備種類等因素，合理選擇探測器型號款式。例如，以母聯(lián)柜、饋線回路斷路器接頭作為探測對象時，優(yōu)先配置測溫型探測器，搭載6個以內(nèi)的測溫探頭，通過等電位方式探測接頭工作溫度。在以低壓饋線回路作為探測對象時，配置剩余電流型探測器，持續(xù)監(jiān)測回路中的剩余電流值。而在以母線電纜或是電纜夾層作為探測對象時，則配置感溫光纖型探測器，持續(xù)向外發(fā)射脈沖激光束，根據(jù)光子散射情況與熱運動特征值來判斷工作溫度。

其次，合理選擇探測器安裝位置，優(yōu)先在室內(nèi)頂棚等空曠、開闊部位安裝探測器，根據(jù)實際探測范圍來設(shè)定探測器數(shù)量、臨近探測器間隔距離，確保探測器可以有效感知探測范圍內(nèi)的現(xiàn)場環(huán)境，避免因視線遮擋而形成探測盲區(qū)。而對于開關(guān)柜、環(huán)控柜等柜體內(nèi)部安裝的探測器，則根據(jù)柜內(nèi)設(shè)備、線路分布情況來選擇合理的安裝位置，必須在柜內(nèi)預(yù)留出充足的安裝空間。

最后，考慮到軌道交通火災(zāi)監(jiān)控參數(shù)種類較多，包括工作溫度、電流、電壓、電阻等數(shù)十種參數(shù)，如果在軌道交通現(xiàn)場同時布置單一參數(shù)種類的探測器，不但會增加系統(tǒng)建設(shè)成本，布置過多的探測器，同時還面臨著探測器安裝空間有限、各類探測器與電氣設(shè)備相互干擾、形成復(fù)雜電磁環(huán)境等問題。對此，需要優(yōu)先選用一體式監(jiān)控探測器，這類探測器可以同時對若干參數(shù)進行監(jiān)測采集，還具備火災(zāi)報警功能，在探測到明火、煙霧或是采集異常監(jiān)測信號后自動發(fā)送報警信號，無需在現(xiàn)場額外加裝火災(zāi)報警器，有利于簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低系統(tǒng)建設(shè)成本。

4.3 整定值設(shè)置

如何保證電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時、準確的匯報電氣火災(zāi)事故，同時，避免出現(xiàn)火災(zāi)誤報、漏報問題，是決定系統(tǒng)應(yīng)用價值能否得以完全發(fā)揮的關(guān)鍵。對此，工作人員可以從整定值設(shè)置角度著手，對軌道交通電氣設(shè)備數(shù)量、種類、現(xiàn)場環(huán)境條件、短路等電氣故障表現(xiàn)形式等因素加以綜合分析，借鑒同類項目監(jiān)控案例，嚴格遵循《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50116-2013）規(guī)定，準確計算電流、電壓、接頭溫度等監(jiān)控指標的最佳整定值。例如，在某軌道交通工程中，把泄漏電流整定值設(shè)定為300mA與500mA，如果泄漏電流超過300mA，系統(tǒng)將記錄報警信息和閃爍報警信號燈，直至電流值低于300mA后恢復(fù)預(yù)警回路。同時，在泄漏電流值超過500mA時，額外啟動報警蜂鳴器，在故障解除或電流值低于300mA時自動關(guān)閉蜂鳴器，也可由工作人員手動關(guān)閉。

4.4 應(yīng)用人工智能技術(shù)

目前來看，在軌道交通工程中，所構(gòu)建電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)普遍存在自動化程度有余、智能化程度不足的問題，主要負責(zé)完成參數(shù)測量、火災(zāi)報警、設(shè)備參數(shù)調(diào)節(jié)等基礎(chǔ)性任務(wù)，仍舊需要工作人員深度參與到火災(zāi)監(jiān)控工作當中，完成一些決策型工作，如判斷火災(zāi)等級、預(yù)測火勢蔓延情況等。對此，需要在電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用到人工智能技術(shù)，使系統(tǒng)具備強大的決策分析能力，面對突發(fā)狀況時，可以模擬人類思維方式進行決策判斷。例如，在出現(xiàn)電氣火災(zāi)事故后，系統(tǒng)根據(jù)各監(jiān)控節(jié)點上報數(shù)據(jù)，預(yù)測未來一段時間火勢的蔓延擴散區(qū)域、蔓延速度。

5 結(jié)語

綜上所述，為迅速撲滅初期火勢，減少電氣火災(zāi)事故出現(xiàn)的次數(shù)，保證城市軌道交通運營安全。運營主管部門必須在軌道交通工程中搭建電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，重點考慮監(jiān)控主機選型、探測器選型、整定值設(shè)置等系統(tǒng)應(yīng)用問題，搭配使用人工智能技術(shù)，在遠程控制、電氣保護、消防報警、隱患排查等場景中做到對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的落地應(yīng)用，

為軌道交通事業(yè)的發(fā)展保駕護航。