周菁
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰
摘要
近年來，石化企業(yè)的電氣設計以及施工過程中的電氣安全問題受到了社會各界的廣泛關注，電氣安全防范層次也有了很大的提高，但各類電氣安全事故時有發(fā)生。據測算，僅略大于0.5安的電流所產生的電弧穩(wěn)定即可瞬間上升2000~3000攝氏度，足以引燃任何可燃物，造成安全事故。本文通過介紹安科瑞Acrel-6000/B電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在廣西玉柴石油化工有限公司6萬噸年MTBE裝置原料預處理技改項目中的應用，簡析相關國家標準和設計規(guī)范，概述電氣火災監(jiān)測系統(tǒng)在電氣火災預防方面的具體架構以及其*性。
關鍵詞： 化工；電氣火災；廣西玉柴；安科瑞；
0 前言
近十年的火災事故中，電氣火災居，且年均發(fā)生次數占火災年均總發(fā)生次數的27%，占重特大火災總發(fā)生次數的80%，且損失占火災總損失的53%，而發(fā)達國家每年電氣火災發(fā)生次數占總火災發(fā)生次數的8%~13%。事實上，電氣火災已成為消防安全的主要致災因素，不僅次數多、損失大，而且多年來一直居高不下。商業(yè)酒店人員來往密集、流動性大、公共關注度高，其配電系統(tǒng)電氣火災的預防顯得更加重要。
本項目作為石化類項目其主要的電氣安全難點為以下幾個方面：
(1) 電氣火災一般初起于電氣柜、電纜橋架等內部，當火蔓延至設備及電纜表面時，已形成較大火勢，此時火勢往往不容易被控制，故而預防便十分重要。
(2) 由于短路而產生的電弧容易引燃易燃物，而石化生產環(huán)境中又擁有大量的易燃物，故本項目中的電氣安全就顯得十分重要。
安科瑞電氣股份有限公司自主研發(fā)的研發(fā)的安科瑞Acrel-6000/B電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測各個重要回路的漏電流等參量來實現電氣火災的預防。本系統(tǒng)后臺在顯示各個探測點位數據的同時，還提供越限聲光報警、人性化的界面等功能。本系統(tǒng)實現了配電系統(tǒng)的24小時無人實時監(jiān)控，減少了人力成本，提高了電氣火災隱患的排除效率。
本文就電氣火災系統(tǒng)在廣西玉柴石油化工有限公司6萬噸年MTBE裝置原料預處理技改項目中的應用，簡單介紹安科瑞Acrel-6000/B電氣火災系統(tǒng)的實際應用和其實際意義。
1 項目概況
廣西玉柴石油化工有限公司一套產能6萬噸/年MTBE裝置于2011年8月份投產。這是繼珠海寶塔石化、廣州誠恒化工及惠州中創(chuàng)之后第四家MTBE民營生產企業(yè)。
現針對本項目廠區(qū)內的重要配電柜設計一套電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測其配電回路的漏電流等電參量，確保其整個配電系統(tǒng)的電氣安全。
針對本項目的特性，在廠區(qū)配電系統(tǒng)中的重要回路安裝安科瑞研發(fā)的ARCM系列剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器。電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)須實時監(jiān)測重要回路的剩余電流值、箱體回路的實時溫度，監(jiān)測的數據實時傳輸至后臺主機，當發(fā)生剩余電流值越限、溫度越*，后臺能進行聲光報警，同時后臺能夠和消防火災報警系統(tǒng)實現消防聯動。
2 參照標準
鑒于公共建筑以及相關場所發(fā)生火災容易引發(fā)人員生命財產損失。為了加大電氣火災監(jiān)控防范的力度，近年來，國家相繼制訂或修改了一批相關標準規(guī)范。相關的標準規(guī)范已經對電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)提出了具體的要求，本項目中選用的安科瑞Acrel-6000/B電氣火災系統(tǒng)的設計參照的標準主要有：
(1) GB50045-95(2005版)《高層民用建筑設計防火規(guī)范》，其中在條文9.5.1里規(guī)定:高層建筑內火災危險性大、人員密集等場所宜設置漏電火災報警系統(tǒng)。
(2) 國家標準《建筑電氣火災預防要求和檢測方法》有關條文也明確要求“應在電源進線端設置自動切斷電源或報警的剩余電流動作保護器。
(3) 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的產品應滿足:GB14287.1-2005《電氣火災監(jiān)控設備》、 GB14287.2-2005《剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》、GB14287.3-2005《測溫式電氣火災監(jiān)控探測器》
(4) 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的安裝和運行應滿足GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》
(5) 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的供電應滿足GB50052《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》的要求
(6) 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計應滿足《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法》的要求(暫行規(guī)定)
3.系統(tǒng)架構及設計
電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)拓撲圖
(1) 站控管理層
站控管理層針對電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的上層部分。安科瑞電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)主機充分考慮到用戶的操作習慣，和持續(xù)穩(wěn)定運行，參照的相應的國家標準和規(guī)范。主機主要由監(jiān)控軟件、觸摸屏、UPS電源、打印機等設備組成。將現場的各類數據信息進行計算、分析、處理，并以圖形、數顯、聲音、指示燈等方式反應給終端管理人員。使管理人員能夠實時掌握系統(tǒng)動態(tài)，且實現故障信息可追循，信息可導出等功能。
鑒于本項目中儀表點位以及數據量的規(guī)模，現為項目配置安科瑞Acrel-6000/B主機，本主機的具體參數見下文介紹。
(2) 網絡通訊層
本項目中的所有儀表須嚴格按照手拉手的形式連接，且所有的通訊總線須沿著弱電橋架鋪設。本項目的儀表分布在樓層強電間電氣火災監(jiān)控探測。
本項目的數據總線設計為兩根總線，獨立的總線便于后期系統(tǒng)的維護，發(fā)生漏電流報警時也可以根據后期我方提供的點檢表快速定位故障回路，快速排除故障。
現場電氣火災探測器通過雙絞線（R-RVSP2*1.0）以手拉手方式進行通訊連接，每根總線的儀表數量在20只左右。
(3) 現場設備層
本項目中主要是針對廠區(qū)內配電箱的進線回路安裝安科瑞嵌入式電氣火災探測器，通過嵌入式電氣火災探測器實時監(jiān)控配電回路的漏電流大小來顯示整個配電系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
ARCM系列剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器，是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統(tǒng)設計的，通過對配電回路的剩余電流、導線溫度、過電流、過電壓等火災危險參數實施監(jiān)控和管理，從而預防電氣火災的發(fā)生，并實現了對多種電力參數的實時監(jiān)測,為能耗管理提供的數據。產品采用的微控制器技術，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數字化，網絡化于一身，是建筑電氣火災預防監(jiān)控、系統(tǒng)絕緣老化預估等的理想選擇。產品符合 GB14287.2-2005《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng) 第2部分：剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》的標準要求。
4系統(tǒng)特點和工作原理
鑒于本項目的規(guī)模，以及本項目電氣火災檢測點位的實際情況。無論在終端剩余電流探測器還是后臺主機都是根據本項目的實際情況來進行設計的。
4.1本項目的系統(tǒng)特點可總結為一下3點：
(1) 終端探測器選用嵌入式電氣火災探測器，方便安裝、節(jié)省成本、便于后期維護。
(2) RS485總線連接方便，可操作性強。總線布線時走的是弱電橋架，不會受到強電的影響，確保的整個系統(tǒng)的通訊穩(wěn)定。
(3) 考慮到本項目中儀表數據量，客戶要求。本項目的主機選用壁掛式。壁掛式主機界面簡潔，系統(tǒng)操作方便，適合本項目中的配電間環(huán)境和客戶的相關操作要求。
4.2電氣火災系統(tǒng)工作原理
(1) 剩余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(jié)點的電流矢量和為零。以TN-S系統(tǒng)為例，將A/B/C/N同時穿過剩余電流互感器，當系統(tǒng)未發(fā)生漏電時，流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和為零，此時，剩余電流互感器感應出的二次電流也為0;當某相對大地發(fā)生漏電，此時流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和不再為零，其大小等于從大地流走的電流即漏電流。此漏電信號通過剩余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轉換后送入CPU，經過一系列算法后，對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設定值進行比較，若超出定值則發(fā)出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災監(jiān)控設備。
(2) 終端探測器負責監(jiān)測各個回路的剩余電流值，將剩余電流值的數據傳輸至系統(tǒng)主機。終端探測器還負責其監(jiān)測回路剩余電流值的實時顯示，同時能夠設置限值，當剩余電流值越*能夠發(fā)出聲光報警，提醒管理人員及時維護、整改。
(3) 儀表通過RS485總線將數據傳輸至系統(tǒng)主機，系統(tǒng)主機將上傳數據通過圖形、報表、事件記錄等形式反映整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)。
5 系統(tǒng)設計注意事項和方法
5.1 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)測剩余電流和溫度兩類對象，在設計時應注意的基本要點
(1) 關于剩余電流
由于剩余電流監(jiān)測的原理采用了基爾霍夫電流定律，所以，對所應用的低壓配電系統(tǒng)形式有一定要求。目前，可以應用剩余電流互感器的低壓配電系統(tǒng)有：TT系統(tǒng)，IT系統(tǒng)，TN-S系統(tǒng)，不能使用在TN-C系統(tǒng)中。對將要設計安裝電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的用戶，不管是新工程或舊工程改造項目，首先要調查核實該用戶低壓配電系統(tǒng)的系統(tǒng)接地形式是什么，否則，設計安裝剩余電流互感器的點位進行檢測是根本無法施行的。
關于AC220V單相供電系統(tǒng)，剩余電流互感器只要套住L/N兩根電源線即可，但要求中性線N此后不容許再接地。對于AC380V三相供電系統(tǒng)，由于有三相三線制、三相四線制、三相五線制等使用狀況，則根據具體情況將剩余電流互感器同時套住A/B/C三相電源線，或同時套住A/B/C/N線。同理，要求中性線N此后不許再接地，保護線PE不得穿過互感器。
在系統(tǒng)接地的形式為TN-C型時工業(yè)自動化網，將其改造為TN-S型、TN-C-S型或局部TT型系統(tǒng)后，才可以安裝剩余電流檢測裝置。
(2) 關于溫度
溫度測量與系統(tǒng)接地的形式無關，主要考慮包括線纜在內的低壓配電裝置中關鍵部位的溫度，一般在二級保護的線路中應用。溫度探頭Pt100可采用接觸式布置法，當被檢測對象為絕緣體時，宜將探測器的溫度傳感器直接設置在被探測對象的表面。當被檢測對象為配電柜內部溫度變化時，可采用非接觸式布置，靠近發(fā)熱部件。
5.2 系統(tǒng)設計中的點位分配
根據國家標準GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》4.4條中關于分級保護的規(guī)定，安裝剩余電流火災監(jiān)控裝置時，點位分配原則的步驟是：
(1) 研究分析被控低壓AC380V/220V配電線路的相關圖紙，將建筑電氣的分布情況調查核實，確定配電設備(如配電柜、箱、盤、電纜等重要設備)的位置，把每一個監(jiān)控探測器分配到相應的配電設備上，以此來確定探測器的數量，避免重設浪費。
(2) 確定分級保護。為了縮小發(fā)生人身電擊事故和接地故障切斷電源時引起的停電范圍，通常在供電線路的不同地點安裝三級(或兩級)不同容量的剩余電流保護裝置，以形成分級保護。根據用電負載及線路情況，一般分兩級或三級保護，適用于城鎮(zhèn)和農村*級和第二級保護。其中，重要線路應包括安防、消防、應急電源、通道照明線路及不容許停電的重要場所。
(3) 二級保護中，所有開關處都要設置安裝剩余電流火災監(jiān)控探測器，即在線路的電源端(*級保護)和分支首端(第二級也稱為末端保護)都要安裝剩余電流探測器，并接入電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，只用作火災監(jiān)控報警。
(4) 溫度檢測是以配電設備異常時發(fā)熱為基本原則而進行的。
變壓器低壓側出線端子、變壓器體溫(風溫、油溫、水溫)測試點、負荷開關觸頭。
各配電柜(箱)的進出母線接點、自動開關(斷路器、刀開關)觸頭、大電流導線集中部位、線纜駁接點。
母聯柜主接點、刀開關觸頭。
補償電容器接線端子、轉換開關觸頭。
根據點位安裝總數，再選擇相應的壁掛、立式或琴臺。
6 系統(tǒng)參數的配置
6.1 報警值設置范圍
本項目中現場儀表的剩余電流報警值設置在300mA，關于剩余電流值的設置在相關的國家標準都有詳細的規(guī)定。
依據國家標準GB14287.2-2005中的規(guī)定，剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器的報警值設置范圍在20~1000mA之間。按此要求，一般把電源總進線處的剩余電流動作值定為400~800mA，電源分支線路上的剩余電流動作值定為100~400mA.一般在實際現場，設置剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器的報警值，具體地說應不小于被保護電氣線路和設備的正常運行時泄漏電流大值的2倍，且不大于1000mA。電氣火災探測器的報警設定值應考慮配電系統(tǒng)及用電設備的正常泄漏電流。
6.2 關于電纜溫升報警設定參考，根據《電力電纜設計規(guī)范》對電纜有關溫度的規(guī)定
(1) 60℃以上高溫場所應按經受高溫及其持續(xù)時間和絕緣類型要求，選用耐熱聚氯乙烯、交聯聚乙烯或乙丙橡皮絕緣等耐熱型電纜100℃以上高溫環(huán)境宜選用礦物絕緣電纜。高溫場所不宜選用普通聚氯乙烯絕緣電纜。
(2) 電纜持續(xù)允許載流量的環(huán)境溫度應按使用地區(qū)的氣象溫度多年平均值確定，并應符合規(guī)定。在戶內電纜溝敷設時，環(huán)境溫度為場所熱月的日高溫度平均值另加5℃.
(3) 電纜所承受溫升與敷設及散熱條件有關。
7 主要設備參數
廣西玉柴石油化工有限公司 6萬噸年MTBE裝置原料預處理技改項目電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)由電氣火災監(jiān)控裝置Acrel-6000/B、漏電火災探測器ARCM200L-J1、漏電流互感器AKH-0.66L組成。
7.1主要技術參數
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(jiān)控設備工作時間 ≥4小時
工作制： 24小時工作制
通訊方式：RS485總線通訊，Modbus-RTU通信協議，傳輸距離1.2km，可通過中繼器延長通訊傳輸距離
監(jiān)控容量：
(1) 監(jiān)控設備高可監(jiān)控1024（須定制）個監(jiān)控單元（探測器）
(2) 可配接ARCM系列監(jiān)控探測器
監(jiān)控報警項目：
(1) 剩余電流故障（漏電）：故障單元屬性（部位、類型）
(2) 溫度報警（超溫）： 故障單元屬性（部位、類型）
(3) 電流故障（過流）： 故障單元屬性（部位、類型）
監(jiān)控報警響應時間： ≤30s
監(jiān)控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m
監(jiān)控報警光顯示：紅色LED指示燈，紅色光報警信號應保持，直至手動復位
監(jiān)控報警聲信號：可手動消除，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動
故障報警項目：
(1) 監(jiān)控設備與探測器之間的通訊連接線發(fā)生斷路或短路
(2) 監(jiān)控設備主電源欠壓或斷電
(3) 給電池充電的充電器與電池之間的連接線發(fā)生斷路或短路
故障報警響應時間：≤100s
監(jiān)控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m
監(jiān)控報警光顯示：黃色LED指示燈，黃色光報警信號應保持至故障排除
故障報警聲信號：可手動消除，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動
故障期間，非故障回路的正常工作不受影響
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
自檢項目：
指示燈檢查：
(1) 報警、故障、運行、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
事件記錄：
(1) 記錄內容：記錄類型、發(fā)生時間、探測器編號、區(qū)域、故障描述，可存儲記錄不少于2萬條
(2) 記錄查詢：根據記錄的日期、類型等條件查詢
操作分級：
(1) 日常值班級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢
(2) 監(jiān)控操作級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢
(3) 系統(tǒng)管理級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢，監(jiān)控設備系統(tǒng)參數查詢、監(jiān)控設備各模塊單獨檢測、操作員添加與刪除
使用環(huán)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）、有人值班的房間內墻壁上
(2) 工作環(huán)境溫度：0℃～40℃
(3) 工作環(huán)境相對濕度：5%～95%RH
(4) 海拔高度：≤2500m
7.2基本功能
(1) 監(jiān)控報警功能：
監(jiān)控設備能接收多臺探測器的漏電、溫度信息，報警時發(fā)出聲光報警信號，同時設備上紅色“報警”指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間，聲光報警一直保持，直至按顯示屏“復位”按鈕遠程對探測器實現復位。對于聲音報警信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(jiān)控設備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障時，監(jiān)控畫面中相應的探測器顯示故障提示，同時設備上的黃色“故障”指示燈亮，并發(fā)出故障報警聲音。
電源故障報警：當主電源或備用電源發(fā)生故障時，監(jiān)控設備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。
(3) 自檢功能
檢查設備中所有狀態(tài)指示燈、顯示屏、喇叭是否正常。
(4) 報警記錄存儲查詢功能
當發(fā)生漏電、超溫報警或通訊、電源故障時，將報警部位、故障信息、報警時間等信息存儲在數據庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢方法。
(5) 電源功能
當主電源發(fā)生停電、欠壓等故障時，監(jiān)控設備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(jiān)控設備連續(xù)平穩(wěn)運行。
(6) 對探測器控制功能
通過監(jiān)控軟件操作，可對連接到本設備的所有探測器進行遠程復位控制。
(7) 權限控制功能
為確保監(jiān)控系統(tǒng)的安全運行，監(jiān)控設備軟件操作權限分為三級，不同級別的操作員具有不同的操作權限。
項目總結
在化工行業(yè)中，對電氣火災安全隱患有著較高的要求。電氣火災系統(tǒng)有利于發(fā)現安全隱患，及時提醒管理者處理電力安全隱患，對火災預防有著重要的意義。本系統(tǒng)在廣西玉柴石油化工有限公司6萬噸年MTBE裝置原料預處理技改項目中投入運行以來，幫助甲方梳理了廠區(qū)內用電體系，大大提高了工作人員的工作效率，保證了廠區(qū)生產的穩(wěn)定有序的進行，保證了化工生產的安全運行，并為廠區(qū)的消防管理提供了科學的依據。
電氣火災系統(tǒng)的設計，安裝，調試，驗收的整個過程既是對電氣安全的一次的檢測，也是對用戶配電系統(tǒng)管理人員的一次培訓，通過項目的實施和系統(tǒng)運用的培訓，讓本項目的電力系統(tǒng)管理人員能夠更加細致的了解本項目配電系統(tǒng)的電氣火災隱患的排除方法，提高其電氣火災防范意識和效率。
在項目運行正常后，我方還提供了本項目電氣火災系統(tǒng)整套資料，資料中包括本項目電氣火災探測點的點位表，系統(tǒng)使用說明書等。在驗收資料中標注了本項目中各個火災探測器安裝回路的具體名稱位置，系統(tǒng)正常運行后的實時數據。全套資料便于后期管理人員快速掌握系統(tǒng)的架構，提高系統(tǒng)維護效率和故障排查速度。
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