電氣火災監控系統在大型機場航站樓的應用及建議

摘要：電氣火災監控系統是電氣火災隱患的預警系統。從規范支撐、設置位置、監控負荷、探測器的選擇、閾值的設定等幾個反面，實例分析了電氣火災監控系統在重慶江北國際機場T3A航站樓的應用，并設計、施工、產品等角度，給出了一定建議。

1 背景

國家發改委、民航局印發的《全國民用運輸機場布局規劃》提出，到2020年，運輸機場數量達260個左右，到2025年，在現有（含在建）機場基礎上，新增布局機場136個，全國民用運輸機場規劃布局370個（規劃建成約320個）^[1]。可見，未來幾年，各地將會有大量的運輸機場陸續開工建設。

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，航站樓內各用電設備和系統種類非常多，除了常規的照明、空調、廣告、電扶梯等設備外，還包括行李系統、安檢設備、登機橋、高桿燈、機務用電、飛機空調、靜變電源、標識、弱電系統等民航專業設備。面對如此數量龐大種類繁多的用電設備，對線路和設備的消防安全提出了更高的要求。

因此，機場建設方在航站樓的規劃、設計、建設過程中，除了需進一步提高火災處置的速度和效率外，還應從預防的角度，加強對電氣火災隱患的提前預警和研判，消除隱患于未然，最大限度的保障人民生命和財產安全。

2 電氣火災監控系統

電氣火災監控系統是電氣火災隱患的預警系統。通過對電力線路和設備的日常使用進行實時監測，一旦發生電氣火災隱患，提前發出預警信息，運維人員根據預警信息，及時對線路和設備進行排查和甄別，排除電氣火災隱患，實現電氣火災的早期預防。

電氣火災監控系統一般由電氣火災監控設備和電氣火災監控探測器組成。電氣火災監控設備主要接受電氣火災監控探測器的實時監測數據，及時發出報警信息。電氣火災監控探測器主要實時監測電氣線路中的剩余電流、溫度等參數，并及時將監測數據上傳給電氣火災監控設備。

電氣火災監控探測器主要分為剩余電流式和測溫式。

剩余電流式火災探測器主要利用感應線圈監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。監測時，相線和N線穿過探測器感應線圈。正常情況下，相線和N線的電流矢量和為零，探測器中的感應線圈沒有信號輸出。當發生接地故障、線路或設備漏電時，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，即產生剩余電流。此時探測器中的感應線圈就會有信號輸出，達到閾值時就會發出報警信號。測試原理圖如圖1所示。

圖1 測試原理

測溫式火災探測器主要是利用溫度探頭，實施檢測箱柜內或線纜的溫度，當當發生線路短路、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，達到預設值時就會發出報警信號。

3應用案例

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。遵循現行國家規范，T3A航站樓火災自動報警及消防聯動控制系統按一類多層建筑一級保護對象設防，室外消火栓用水量為30L/S。在設計和建設過程中，T3A航站樓設置了電氣火災監控系統。

3.1 規范支撐

《火災自動報警系統設計規范（GB50116-2013）》（以下簡稱火規）第9.1.3條規定：“電氣火災監控系統應根據建筑物的性質及電氣火災危險性設置”。《民用建筑電氣設計規范（JGJ16-2008）》（以下簡稱民規）第13.12.1規定：“除住宅外，火災自動報警系統保護對象為一級的建筑物配電線路，宜設置防火剩余電流動作報警系統”。《建筑設計防火規范（GB50016-2014）》（以下簡稱建規）第10.2.7條規定：“室外消防用水量大于25L/S的其他公共建筑...宜設置電氣火災監控系統”。《交通建筑電氣設計規范（JGJ243-2011）》（以下簡稱交規）第14.3.2規定：“火災自動報警系統保護對象為一級的交通建筑配電線路，應設置電氣火災監控系統”。

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

3.2 設置位置

民規第13.12.5條規定：“剩余電流檢測點宜設置在樓層配電箱（配電系統第二級開關）進線處，當回路容量較小線路較短時，宜設在變電所低壓柜的出線端。交規第14.3.2條規定：“...樓層配電箱電源進線處應設置防火電氣火災的剩余電流動作報警器”。火規第9.2.1條規定：“剩余電流式電氣火災監控探測器應以設置在低壓配電系統首端為基本原則，宜設置在第一級配電柜（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，根據線路容量，一般設置在配電系統首端或配電系統第二級開關進線處。重慶江北國際機場T3A航站樓建筑規模大，用電負荷重，因此，監測點主要設置的第二級開關進線處，個別線路長、回路容量大的地方，還設置在了第三級開關進線處。

3.3 監控負荷

交規第14.3.2條規定：“除消防動力配電回路外，其他電力、照明區域...應設置防電氣火災的剩余電流動作報警器”。這一條規范明確表明，照明負荷、非消動力負荷，均在電氣火災監測范圍內。其他規范均無明確表述，似乎所有負荷都應在監測范圍內。重慶江北國際機場T3A航站樓電氣火災監控系統，主要對照明、空調、電扶梯、標識燈箱、靜變電源、飛機空調等負荷，進行了監測。

3.4探測器的選擇

重慶江北國際機場T3A航站樓電氣火災監控系統，在每個監測點處，選用了一個剩余電流式火災探測器、兩個測溫式火災探測器、三相過流探測器。剩余電流式火災探測器安裝在配電主開關的下端，主要監測剩余電流。兩個測溫式火災探測器，一個監測箱柜內的溫度，一個監測線纜溫度。三相過流探測器主要監測配電箱主開關三相電流。探測器如圖2所示。

圖2 探測器

3.5報警閾值

民規第13.12.6條規定：“防火剩余電流動作報警值宜為500mA”。火規第9.2.1條規定：“探測器報警值宜為300mA-500mA”。《低壓配電設計規范（GB 50054-2011）》（以下簡稱低規）第6.4.3節規定：“...其動作電流不應大于300mA...”。《電氣火災監控系統（GB14287.2-2005）》（以下簡稱電控）第4.2.2條規定：“探測器的報警值不應小于20mA，不應大于1000mA...”。《民用建筑電氣設計手冊》（以下簡稱民設）第10.2.3節：“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，對于報警閾值的設定，沒有統一的規范，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，閾值的設定，理論上應該剔除自然泄漏電流的影響。但是，每個監測點下面監測回路數量不同，每個回路長短不一，而且每個回路下面的用電設備也是千差萬別，這給閾值的設定帶來非常大的困擾。但因低規中關于報警值的描述用了應字，屬于需嚴格執行，并且該規范為國家標準，因此報警數值一般設計給定值均為300mA。

重慶江北國際機場電氣火災監控系統漏電報警閾值設計初始值為300mA，實際運行過程中，在200 mA 到500 mA范圍內，根據線路和用電設備的實際情況，做了一定調整；溫度探測器設定在90℃；過流探測器按主開關額定電流1.25倍進行設定。

表1 220/380V單相及三相線路埋地、沿墻敷設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 應用情況

重慶江北國際機場T3A航站樓電氣火災監控系統，監控主機設在航站樓一樓消防控制室，如圖3所示。并在四個指廊、主樓等區域設有區域分機，各分機按手拉手的方式，分別連接末端的監控探測器。整個系統監控配電箱約2100個，探測器約12600個。系統投用初期，部分回路出現頻繁報警情況,這一點和某地鐵電氣火災監控系統應用情況類似^[8]。經過反復排查，頻繁報警原因主要有以下幾個方面：1、設計方面。部分容量較大的回路監測點設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，末端用電設備多，線路和設備的自然漏電值經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，應特別注意末端電線放線和接線的規范性。3、運行方面。配電箱內探測器灰塵較大，造成誤報警。因此，運行部門應該定期做好維保工作。

圖3 監控設備

4  經驗及建議

4.1 設計方面

現有設計規范低，監測點一般設置在第一級配電柜（箱）的出線端或第二級配電箱的進線端。這樣設計具有監測范圍大，監測點位相對集中，系統架構相對簡單等特點。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，線路和設備正常泄漏電流會逐級不斷累加，匯聚到監測點時造成累加值大于監測設定閾值的情況，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。因為一旦發生漏電報警，理論上需要核查監測點下端所有供電線路及用電設備。由于監測點設置在第二級配電箱甚至第一級配電箱柜進線處，監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，降低誤報率，提高報警的準確性。另一方面監測點下端回路少，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之間的線路，大多為規格較大的電纜，有的還是鎧裝電纜，損壞的概率較小。而且，從電氣火災發生的部位來看，負荷側發生火災的概率遠大于電源側 ^[9]。

當然，監測點設置在第三級配電箱進線處，勢必帶來監測點位過多，投資加大、沒有對主干電纜進行監測等問題，這就需要設計綜合考慮一下，有所側重。

4.2 工程管理方面

施工前期重視技術交底。電氣火災監控系統一般由消防工程總包，品牌制造商具體實施，但電氣火災監控探測器需要安裝在強電配電箱內。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，兩家設備制造商。因此，項目管理方在前期，多方的技術交底尤為重要，尤其是探測器穿線方式有特殊要求，必須重點交底，從源頭上確保質量。

施工過程中重點把控末端線路布線接線質量。從現有的經驗來看，末端線路的布線、接線質量，直接決定系統早期運行效果。一方面，末端線纜規格小，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。裝飾單位水電專業的技術力量普遍沒有其裝飾主業強。因此，需重點管控。

施工后期預備充足的系統調試時間。電氣火災監控系統自身調試完成后，需要各監測點所有供電線路施工完畢，所有用電設備調試完畢，并且正常使用后才能發揮作用。設備正在調試或未投入使用，臨時施工用電的接入等等，報警信息都不可靠。因此，所有設備調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、線路、末端設備三個方面，對報警信息進行一一甄別和排查。然而現實情況是，設備調試完成后，很快就進入了試運行甚至正式使用，留給系統甄別和排查的時間非常有限。因此，項目管理方應該預備充足調試時間。

4.3產品方面

電氣火災監控系統廠家可探索開發剩余電流閾值可根據負荷動態自動調整的探測器。現有電氣火災監控探測器的報警閾值一旦設定好，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，為了更準確監測和判斷，報警閾值應該也隨負荷電流的不斷變化，做出智能的某種動態調整，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。現有的電氣火災探測器，一旦監測回路剩余電流達到報警值，會立即發出報警信息。然而在實踐中經常發現，剩余電流在某個瞬間達到了閾值后，隨即又恢復了正常值。然而此時，不管是系統主機，還是火災探測器，都會發出報警信息。這就需運維人員對系統主機和末端探測器進行手動復位。大型機場航站樓面積較大，監測點位多，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，進行綜合判斷后發出報警信息。

5 結束語

民用運輸機場作為國家重要公共交通基礎設施，是民航業發展的基礎，在綜合交通運輸體系中發揮著重要作用^[1]。因此，其安全運行尤其是消防安全，顯得尤為重要。而建設方更應從設計、施工、運行等全生命周期的視角，統籌規劃消防系統的實施，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劃》

[2]《火災自動報警系統設計規范（GB 50116-2013）》

[3]《民用建筑電氣設計規范（JGJ 16-2008）》

[4]《建筑設計防火規范（GB50016-2014）》

[5]《交通建筑電氣設計規范（JGJ 243-2011）》

[6]《低壓配電設計規范（GB 50054-2011）》

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

[8]卓珊, 吳火軍. 地鐵電氣火災監控系統頻繁報警原因分析[J]. 建筑電氣, 2018.

[9]郭文榮. 防火剩余電流動作報警系統設計[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，機電工程專業一級建造師，主要研究方向為機械工程、電氣工程。