Acrel-6000/Q電氣火災監控系統在貴陽金融中心的應用
安科瑞 陳玉茹
江蘇安科瑞電器製造有限公司
摘要：本文簡述了電氣火災監控系統的組成原理，分析了電氣火災監控系統在應用中的設計依據和相關規範。最後通過安科瑞剩餘電流式電氣火災監控系統在貴陽金融中心5/6#樓的例項介紹，闡述了電氣火災監控系統功能的實現及其重要意義。
關鍵詞： 電氣火災；剩餘電流式電氣火災監控探測器；監控系統；Acrel-6000/Q；貴陽金融中心
0 概述
貴陽國際金融中心專案位於貴陽市金陽新區中心地段，緊鄰市行政中心、貴陽國際會展中心，與觀山湖隔路相望，佔地132公頃，總建築面積450萬平米，總投資約300億元。專案共分為兩期開發建設，由中天城投集團開發建設，預計三年內建設完工，是貴陽市嚴格規劃，定位以金融服務監管部門、金融企業、金融服務事務所等機構的專案，建成後將是貴陽第一個超高層寫字樓叢集。
貴陽國際金融中心分為東側商務區和西側金融區，其實商務區包含超高層建築 IFC- 金融中心地標建築 5棟，分別為233米，212米和3棟150米；金融區主要由主體380米高的雙塔構成，另外附屬有多棟超高層建築，東西兩區共同組成貴陽國際金融中心的超高層金融服務辦公超高層寫字樓群。
本專案就是對貴陽金融中心裡的5/6號樓內的電氣火災監控探測器進行監控。
1 參考標準
近年來，國家為了加大電氣火災監控防範的力度，相繼制訂或修改了一批相關標準規範，加強對電氣火災的預防。主要有：
(1)．GB50045-95(2005版)《高層民用建築設計防火規範》，其中在條文9.5.1裡規定:高層建築內火災危險性大、人員密集等場所宜設定漏電火災報警系統。
(2)．GB50016-2006《建築設計防火規範》，在條文11.2.7裡規定:下列場所宜設定剩餘電流動作電氣火災監控系統。這些場所包括各種型別的影劇院、館所、倉庫、住宅小區、醫院、商店、學校等等。
(3)．國家標準《建築電氣火災預防要求和檢測方法》有關條文也明確要求“應在電源進線端設定自動切斷電源或報警的剩餘電流動作保護器”。
(4)．電氣火災監控系統的產品應滿足:GB14287.1-2005《電氣火災監控裝置》、 GB14287.2-2005《剩餘電流式電氣火災監控探測器》、GB14287.3-2005《測溫式電氣火災監控探測器》
(5)．電氣火災監控系統的安裝和執行應滿足GB13955-2005《剩餘電流動作保護裝置安裝和執行》
(6)．電氣火災監控系統的供電應滿足GB50052《供配電系統設計規範》的要求
(7)．電氣火災監控系統的設計應滿足《電氣火災監控系統的設計方法》的要求(暫行規定)
2 系統組成
根據國家標準GB14287-2005《電氣火災監控系統》以及相關規範《電氣火災監控系統的設計方法》(暫行規定)，則電氣火災監控系統的基本組成應包括：電氣火災監控裝置、剩餘電流式電氣火災監控探測器以及測溫式電氣火災監控探測器等三個最基本產品種類所組成。
剩餘電流式電氣火災監控系統採用分層分散式結構，由站控管理層、網路通訊層和現場裝置層組成。各電氣火災監控探測器通過遮蔽雙絞線RS485介面，採用MODBUS通訊協議匯流排型連線接入壁掛式主機。
系統組網結構
1）站控管理層
站控管理層針對電氣火災監控系統的管理人員，是人機互動的直接視窗，也是系統的最上層部分。主要由系統軟體和必要的硬體裝置，如觸控式螢幕、UPS電源等組成。監測系統軟體對現場各類資料資訊計算、分析、處理，並以圖形、數顯、聲音、指示燈等方式反應現場運情況。
監控主機：用於資料採集、處理和資料轉發。為系統內或外部提供資料介面，進行系統管理、維護和分析工作。
UPS：保證計算機監測系統的正常供電，在整個系統發生供電問題時，保證站控管理層裝置的正常執行。
後臺監控裝置設定在消控中心。
2）網路通訊層
通訊介質：系統主要採用遮蔽雙絞線，以RS485介面，MODBUS通訊協議實現現場裝置與上位機的實時通訊。
3）現場裝置層
現場裝置層是資料採集終端，主要為ARCM300-J1剩餘式電氣火災監控探測器。ARCM200型剩餘電流式電氣火災監控探測器，是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統設計的，通過對配電迴路的剩餘電流、導線溫度、過電流、過電壓等火災危險引數實施監控和管理，從而預防電氣火災的發生。產品採用先進的微控制器技術，整合度高，體積小巧，安裝方便，集智慧化，數字化，網路化於一身，是建築電氣火災預防監控、系統絕緣老化預估等的理想選擇。產品符合 GB14287.2-2005《電氣火災監控系統 第2部分：剩餘電流式電氣火災監控探測器》的標準要求。
現場匯流排連線的分散式I/O控制器構成資料採集終端，向資料中心上傳採集的資料。測量探測器擔負著最基層的資料採集任務，其監測的資料必須完整、準確並實時傳送至監控主機。便於執行人員監控現場裝置執行狀態，故障報警等情況，有效預防火災事故發生。
3系統特點和工作原理
電氣火災監控系統的特點在於剩餘電流監控方面屬於前期預報警系統。與傳統火災自動報警系統不同，電氣火災監控系統早期報警是為了避免損失，而傳統火災自動報警系統是為了減少損失。所以，這就是說為什麼不管是新建或是改建工程專案，尤其是已經安裝了火災自動報警系統的單位，仍需要安裝電氣火災監控系統的根本原因。
電氣火災監控系統測量剩餘電流和溫度兩個物理量。
剩餘電流測量是根據基爾霍夫電流定律：在同一時刻，電路中流入和流出一個節點的電流向量和為零。以TN-S系統為例，將A/B/C/N同時穿過剩餘電流互感器，當系統未發生漏電時，流入和流出剩餘電流互感器的電流向量和為零，此時，剩餘電流互感器感應出的二次電流也為0;當某相對大地發生漏電，此時流入和流出剩餘電流互感器的電流向量和不再為零，其大小等於從大地流走的電流即漏電流。此漏電訊號通過剩餘電流互感器的二次接線傳輸至電氣火災探測器，經運算放大、A/D轉換後送入CPU，經過一系列演算法後，對變化的幅值進行分析、判斷，並與報警設定值進行比較，若超出定值則發出聲光報警訊號並上送至後臺電氣火災監控裝置。
溫度測量採用溫度感測器，一般採用Pt100感測器進行測量。該種類型的溫度感測器測溫穩定、量程範圍大，適合在現場監測線纜溫度和環境溫度使用。當溫度發生變化時，Pt100自身阻值發生同比例變化，將該電阻訊號傳輸到電氣火災探測器，經過一系列訊號轉化和運算後，將最終結果同溫度報警定值進行比較，若超出定值則發出聲光報警訊號並上送至後臺電氣火災監控裝置。
4 系統介紹
Acrel-6000電氣火災監控系統是本公司自主研發的用於接收剩餘電流式電氣火災探測器等現場裝置訊號，以實現對被保護電氣線路的報警、監視、控制、管理的運行於計算機的工業級硬體/軟體系統。本系統應用於大型商場、生活小區、生產基礎、辦公大樓、商場酒店等區域的消防控制中心，對分散在建築內的探測器進行遙測、遙調、遙控、遙信，方便實現監控與管理。本系統採用標準的Modbus現場匯流排將具有通訊功能的探測器相互連線起來，當現場保護線路中的被探測引數超過報警設定值時，能發出報警訊號、控制訊號，能指示報警部位並儲存報警資訊。
主要技術引數
(1).電源：
① 額定工作電壓AC220V（-15% ～ +10%）
② 備用電源：主電源欠壓或停電時，維持監控裝置工作時間 ≥4小時
(2).工作制：
24小時工作
(3).通訊方式：
RS485匯流排通訊，Modbus-RTU通訊協議，傳輸距離1km，可通過中繼器延長通訊傳輸距離
(4).監控容量：
① 監控裝置最高可監控200個監控單元（探測器）
② 可配接ARCM系列監控探測器
(5).監控報警專案：
① 剩餘電流故障（漏電）：故障單元屬性（部位、型別）
② 溫度報警（超溫）： 故障單元屬性（部位、型別）
③ 電流故障（過流）： 故障單元屬性（部位、型別）
監控報警響應時間： ≤30s
監控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m
監控報警光顯示：紅色LED指示燈，紅色光報警訊號應保持，直至手動復位
監控報警聲訊號：可手動消除，當再次有報警訊號輸入時，能再次啟動
(6).故障報警專案：
① 監控裝置與探測器之間的通訊連線線發生斷路或短路
② 監控裝置主電源欠壓或斷電
③ 給電池充電的充電器與電池之間的連線線發生斷路或短路
故障報警響應時間：≤100s
監控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m
監控報警光顯示：黃色LED指示燈，黃色光報警訊號應保持至故障排除
故障報警聲訊號：可手動消除，當再次有報警訊號輸入時，能再次啟動
故障期間，非故障迴路的正常工作不受影響
(7).控制輸出：
報警控制輸出：1組常開無源觸點，容量：AC250V 3A或DC30V 3A
(8).自檢專案：
① 指示燈檢查：報警、故障、執行、主電源、備用電源指示燈
② 顯示屏檢查
③ 音響器件檢查
自檢耗時 ≤60s
(9).事件記錄：
① 記錄內容：記錄型別、發生時間、探測器編號、區域、故障描述，可儲存記錄不少於2萬條
② 記錄查詢：根據記錄的日期、型別等條件查詢
(10).操作分級：
① 日常值班級：實時狀態監視、事件記錄查詢
② 監控操作級：實時狀態監視、事件記錄查詢、探測器遠端復位、裝置自檢
③ 系統管理級：實時狀態監視、事件記錄查詢、探測器遠端復位、裝置自檢，監控裝置系統引數查詢、監控裝置各模組單獨檢測、操作員新增與刪除
(11).使用環境條件：
① 工作場所：消防控制室內、有人值班的變配電所（配電室）、有人值班的房間內牆壁上
② 工作環境溫度：0℃～40℃
③ 工作環境相對溼度：5%～95%RH
④ 海拔高度：≤2500m
基本功能
(1).監控報警功能：
監控裝置能接收多臺探測器的漏電、溫度資訊，報警時發出聲光報警訊號，同時裝置上紅色“報警”指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警型別，記錄報警時間，聲光報警一直保持，直至按顯示屏“復位”按鈕遠端對探測器實現復位。對於聲音報警訊號也可以使用顯示屏“消聲”按鈕手動消除。
(2).故障報警功能：
通訊故障報警：當監控裝置與所接的任一臺探測器之間發生通訊故障時，監控畫面中相應的探測器顯示故障提示，同時裝置上的黃色“故障”指示燈亮，併發出故障報警聲音。
電源故障報警：當主電源或備用電源發生故障時，監控裝置也發出聲光報警訊號並顯示故障資訊，可進入相應的介面檢視詳細資訊並可解除報警聲響。
(3).自檢功能：
檢查裝置中所有狀態指示燈、顯示屏、喇叭是否正常。
(4).報警記錄儲存查詢功能：
當發生漏電、超溫報警或通訊、電源故障時，將報警部位、故障資訊、報警時間等資訊儲存在資料庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史資料提供多種便捷、快速的查詢方法。
(5).電源功能：
當主電源發生停電、欠壓等故障時，監控裝置可自動切換到備用電源工作，當主電源恢復正常供電時，自動切回到主電源，切換過程中保證監控裝置連續平穩執行。
(6).對探測器控制功能：
通過監控軟體操作，可對連線到本裝置的所有探測器進行遠端復位控制。
(7).許可權控制功能：
為確保監控系統的安全執行，監控裝置軟體操作許可權分為三級，不同級別的操作員具有不同的操作許可權。
該系統自投運以來，執行良好，在預防電氣火災方面發揮了重要作用，獲得了客戶對產品和公司的認可與信賴。
參考文獻
[1].任致程 週中. 電力電測數字儀表原理與應用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4
[2].公安部瀋陽消防研究所. GB 50116 - 2013 火災自動報警系統設計規範 ［S］. 北京： 中國計劃出版社， 2014