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城市轨道交通电气火灾预防浅谈

2018-05-05迟晓娟

科学与技术 2018年11期
关键词:测温轨道交通

迟晓娟

摘要:近年来,随着国内城市轨道交通的迅速发展,地铁车站作为地下人员密集场所,电气火灾防范至关重要,本文分析了电气火灾的成因,提出了预防措施,分析了多种电气火灾监控方案的特点,根据各地轨道交通电气火灾监控应用情况,提出了建议。

关键词:轨道交通;电气火灾剩余电流;测温;故障电弧

1.地铁电气火灾现状及成因

1.1地铁火灾统计

近年来,随着我国城市化的的迅猛发展,城市交通拥挤日渐明显,为缓解交通拥堵,促进城市经济发展,各地轨道交通工程迅速发展。据不完全统计,截至2017年12月31日,中国地铁建设建成投运总里程为3881.1公里,还有多个城市正在修建地铁。

地铁车站绝大部分为地下站,空间相对狭小,且经常受到用地限制,出入口数量有限,火灾一旦发生,站内人员的疏散及消防救援困难很大,地铁狭小的运行空间与有限的出入口对防火的要求极高,给人员疏散和消防抢险带来极高的挑战。

笔者通过搜集相关文献及年鉴,发现在国内外地铁火灾中,约37%是电气火灾引起的,电气火灾是地铁火灾成因的最大因素。

1.2电气火灾成因

电气火灾成因复杂,其基本原因是导体因各种特殊状况,导体发热至超温高温,破坏了阻燃材料,随着时间延长,热量积累,最终点燃附近的可燃材料,引起火灾,甚至蔓延成大面积火灾。导体发热分类有两种,一是自身的正常发热,二是异常的发热。自身正常发热通常是由于设备布置不合理,或者环境温度过高,造成自身正常热量无法散发,热量累积而引发火灾,自身正常发热可以通过运营的管理手段解决。

经分析,发生异常发热的原因主要有以下几点。

(1)金属性短路及过载

线路相间或相对地导体直接且良好接触,短路电流迅速增大,可至千安级,如果保护原件动作失败,发生短路的点的温度将明显升高,导体的绝缘层被破坏至引燃,最终发生火灾。线路长期过载,保护原件无法正常动作,引起绝缘破坏,引发火灾。

(2)泄露电流

线路及设备自身对地存在一定的泄露电流,此为正常泄露电流,当线路的绝缘能力下降甚至损坏时,泄露电流增加,达到一定值时会产生电火花,引发火灾。

(3)故障电弧

故障电弧是一种持续放电的现象,由于电气元器件两个电极之间有空气间隙,正常情况下是绝缘的,当绝缘的间隙发生故障,导通为介质,就形成故障电路,电弧的中心温度高达5000度~15000度。其发生原因主要有绝缘损坏或线路接触不良等。由于故障电弧发生时,线路及短路接触面的阻抗较大,故障电流较小,不够保护原件的动作值,保护无法启动,故障无法切除,电气火灾由此发生。

2.电气火灾预防措施

上文分析中电气火灾产生的成因。实际生产中,火灾往往是多个因素同时作用的结果,降低电气火灾的发生率应从多方面采取措施。以地铁为例,一是要规范施工,防止电缆、导线敷设时因野蛮施工发生线路绝缘损坏、零线地线接错等问题;二是加强运营管理,规范使用用电设备,严格按照操作规程,及时对电气设备及线路进行维护和保养;三是技术上采取多种保护和预防方案,如电气主回路防护,电气火灾监控系统,减少人为因素影响,提高电气系统自我保护水平。保护和预防方案主要分为两种,一种是电气主回路防护,另一种是电气火灾监控。

2.1电气主回路防护

电气主回路防护是正确选导体及用保护电器,并配置必要的线路保护。

保护电气(断路器或与熔断器组合)应设置过负荷保护、短路保护等措施,保证线路在发生过载甚至短路故障时能及时可靠动作,避免故障扩大甚至引发火灾。在保护动作值的设置上,要注意上下级之间动作值匹配,防止发生下级不跳上级动作的事故。

导体截面的选型应能够承载设备正常的工作电流,同时应满足线路保护要求,其外层防护应满足使用环境要求,根据设计规范合理选择导线类型。以地铁为例,因地下空间环境复杂,消防设计要求严格,所以线路及保护方式的选择有时存在争议,需组织审查,严谨选型。

2.2电气火灾监控系统

电气火灾监控系统主要用于电气火灾的预警,通过实时持续监视电气系统的剩余电流、温度、故障电弧等,当出现非正常值时,电气火灾监控系统监控主机能发出声、光、画图等报警信号提醒管理人员。电气火灾监控系统主要是由监控主机和各级探测器组成,目前主流监视探测器有三种:剩余电流式探测器、测温式探测器、故障电弧式探测器。

(1)剩余电流式探测器

剩余电流检测根据基尔霍夫原理设计,将线路所有的相线及N线(无PE线)同时穿过剩余电流传感器,线路正常工作时,电流从所有相线流入后全部从N线流回,即电流矢量和为零。当线路发生故障时,一部分电流未从N线返回,则电流矢量和不为零,这个电流矢量和即为剩余电流。剩余电流的报警值的范围需要根据线路正常泄露电流情况设置,一般在20mA~1000mA之间。

(2)测温式探测器

测温探测器测量重点发热部位的温度,如接线端子、电缆接头等。有红外、光纤、热电阻等多种测温方式,热电阻方式适用于低压配电系统,红外、光纤等方式适用于高压配电装置。探测器的温度报警值根据环境温度一般设置在55℃~140℃范围。

(3)故障電弧式探测器

故障电弧探测器一般是通过电流、电压的方法,将采集的电流电压信号通过数字分析,判断是否出现故障电弧。探测器报警信号根据故障电弧数量设置。

3.地铁应用现状及建议

目前国内绝大部分城市地铁均采用了电气火灾监控系统。

无锡地铁1、2号线的地下车站均设置剩余电流式电气火灾监控系统,探测器设置在400V开关柜、环控电控柜内及照明配电箱、EPS柜内。自2014年投运至今,电气火灾监控主机多次报警,通过检查排除了部分系统接线问题,可见剩余电流式故障保护可以及时检测到故障,预防电气火灾发生,同时也可以约束电气线路的规范布线。

南京、天津、杭州等城市地铁采用了测温式电气火灾系统,或与剩余电流式同时采用。由于目前还未投入运营使用,其实际效果需要经运营检验。

故障电弧式目前尚未在地铁行业中应用。

根据无锡及其它城市地铁电气火灾监控系统使用情况,剩余电流式电气火灾监控系统是相对成熟的方案,建议新线继续采用剩余电流式电气火灾监控系统,同时应合理考虑调整探测器的布点位置。

目前无锡地铁1、2号线部分站点的电气火灾监控系统也存在频繁报警现象,除线路本身原因,系统的电流检测装置也存在误报,如各系统电机用变频器、软启动器启动瞬间误报警,我们也与多个业内专家及主流厂家进行交流,厂家的研究方向会致力于解决此问题。

在无锡地铁1号线南延线、3、4号线设计过程中,我们将继续探讨研究,优化电气火灾监控系统的设置方式,通过多与厂家、设计院进行交流沟通,多召开交流会,将本系统做好,作为行业标杆供其他城市参考。鉴于电气火灾频发及消防部门对电气火灾预防的日益重视,同时考虑到测温式及故障电弧产品有待完善和业绩考验,建议各地新线可根据自身情况考虑是否试用。

参考文献

[1]公安部消防局.2014 中国火灾统计年鉴[M]. 北京:中国人事出版社,2014.

[2]GB/T 31143电弧故障保护电器(AFDD)的一般要求[S].

[3]郑雁秋. 漏电火灾报警系统的设计与应用[J].消防设备研发

[4]杜宝玲. 国外地铁火灾事故案例统计分析[J].火灾调查与分析

[5]王德发. 城市轨道交通电气火灾监控系统应用方案[J].城市快轨交通

(作者单位:无锡地铁集团有限公司)

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