軌道交通電氣火災監控系統報警分析與處置措施

韋寒蒼，姚明陽

（1.廣西柳州市軌道交通投資發展集團有限公司運營分公司，廣西柳州，545001；2.柳州鐵道職業技術學院，廣西柳州，545616）

1 電氣火災監控系統概述

電氣火災監控系統由電氣火災監控主機、剩余電流式電氣火災監控探測器、數據傳輸總線及系統軟件等組成。

剩余電流式電氣火災監控探測器通常設置在400V低壓開關柜內各分回路饋線側、大容量通風空調設備分回路饋線側、照明配電箱總進線側及EPS進線側等，用以監視負載漏電情況。監控探測器將探測到的剩余電流經過數據傳輸總線（RS485CAN）上傳到位于照明配電及控制室的監控主機；監控主機實現對其各種信號的處理、報警、控制、顯示、統計、管理、通信等功能，并將數據信息、報警信息等通過繼電器端子與FAS的輸入模塊連接，再通過FAS系統形成環網。

圖1 電氣火災監控系統圖

2 漏電故障檢查

（1）漏電報警現象

沿線車站1和車站2曾出現FAS系統頻繁報警的情況，FAS系統顯示報警信號由位于照明配電及控制室內的電氣火災監控主機傳來。經查閱電氣火災監控主機報警信息，是由于400V饋線柜上剩余電流式電氣火災監控探測器探測到照明總箱饋線回路存在較多剩余電流，且剩余電流值遠超預設報警值500mA，從而觸發監控探測器聲光報警動作。監控探測器再將探測到的信號上傳電氣火災監控主機和FAS主機。

（2）漏電檢查

為查清漏電流來源，排除漏電監測系統質量或安裝問題。現場對400V開關柜內照明總箱分開關（以下簡稱400V照明總箱分開關）和照明總箱負載開關進行檢測。使用鉗形萬用表圈住火線、零線，測量電流情況，測量數據如表1所示。

表1

由表1數據可知：斷開400V開關柜照明總箱分開關和照明電箱負載開關前，其漏電流值較大，均超過了報警值500mA。斷開400V開關柜照明總箱分開關和照明電箱負載開關后，其漏電流值則很小，幾乎為零。且400V開關柜照明總箱分開關和照明電箱負載開關下的漏電流值幾乎相同。故可以說明漏電流是由照明電箱負載開關所帶設備或線路產生的，而非漏電監測系統質量或安裝問題。

3 剩余電流產生原因分析

針對上述案例，下面從剩余式電流互感器工作的原理，深入剖析剩余電流產生的原因。通常，當運行中的線路發生電擊事故、設備漏電、接地故障現象或者其他三相對地電流不平衡的情況時，會產生剩余電流。剩余式電流互感器的工作原理正是通過檢測運行線路中LA、LB、LC、N電流的矢量和，以此作為依據，預判電氣火災隱患情況，從而提醒維護人員及時采取措施，防止電氣火災的發生。其原理如圖2所示：負載情況下，各相線電流由電源側流出，經過電流互感器的測量，再流經負載，最后穿過電流互感器由零線全部返回電源側，從而形成回路。

圖2 剩余式電流互感器原理圖

(1)正常情況下，各相電流平衡，通過互感器一次側電流相量和等于零。

由基爾霍夫電流定律可知：

由于電纜自身存在泄露電流，所以線路剩余電流為

參考《全國民用建筑工程設計技術措施》及實測數據可知，電纜泄露電流通常很小，且遠遠小于預設閥值，未達到系統報警條件。

（2）故障情況下，如線路電纜絕緣受損時，造成接地短路，若短路電流為ID，則線路剩余電流為：

通常情況下ID較大，當I泄+ID大于預設閥值，則系統報警。

根據剩余式電流互感器的工作原理可知，出現剩余電流繼而觸發報警的原因除了線路本身存在故障外，還有可能是施工不當造成的。下面通過原理圖，并結合實際案例，詳細分析產生剩余電流而觸發報警的真實原因，以便有針對性的采取措施。

（1）如圖3第一種情況，屬于N線與PE線短路。當N線與PE線在M點碰接時，造成零線重復接地，部分零線電流被PE線分流，無法全部經互感器返回，由此將產生剩余電流。

（2）如圖3第二種情況，屬于零線漏電。當零線絕緣劣化、接頭包裹不嚴時，導致裸線碰地、碰外殼，部分零線電流直接流入大地，從而產生剩余電流。

（3）如圖3第三種情況，屬于施工中將N線與PE線混用（或搭錯母排），錯誤將PE線當零線接入，人為造成漏電（如圖3中R負載情形），也會產生剩余電流。

圖3 配電系統中不同情況下剩余電流原理圖

（4）不同配電箱零線混接產生的剩余電流

①不同配電箱出線的零線跨區混用，如圖4中Ra借用B區的N線，而未經A區N線和互感器返回（正常接線應為Ra虛線部分），由此產生剩余電流。

②不同配電箱的出線零線并接，如圖4中H點與G點短接，或通過其他途徑間接搭接，導致A、B兩區的三相電流均不平衡，由此產生剩余電流。

圖4 不同配電箱零線混接剩余電流原理圖

驗證方法：

將穿過互感器電纜上端開關斷開，如果此時漏電流已經消除，確認負載處存在問題；如漏電流仍然存在，將穿過互感器的“N”線斷開，此時如漏電流消失，則可確認是“N”線被混接；

（5）零線方向穿反產生剩余電流：

如圖5所示。在剩余電流互感器中，零線方向穿反，線路的電流矢量和應為2倍的三相電流矢量和，由此產生剩余電流。

圖5 互感器零線反穿時剩余電流原理圖

4 減少剩余電流的措施

通過上述分析，出現剩余電流的根本原因是從電源側流出的電流沒有按照既定的回路返回，具體表現為線路破損導致的漏電、N線和PE線混用或短路、不同配電箱零線混用等配電系統多點接地問題，以及互感器穿線錯誤等施工安裝接線的問題。因此，針對上述情況，提出以下措施限制和降低車站配電系統的剩余電流：

（1）剩余電流互感器安裝時，嚴格區分N線和PE線，N線為藍色，PE線為黃色,不隨意搞混和亂接。

（2）不得將 N線作為PE線使用，不得重復接地。

（3） N線必須穿入電氣火災監控系統的電流互感器，且接線方向應與相線一致，不得反接。

（4）PE線嚴禁穿過電氣火災監控系統剩余電流互感器。

（5）應嚴格控制電纜頭的制作工藝，采用絕緣良好、泄露電流小的導線連接方式，并進行檢測。

（6）配電系統包括設備、管線等安裝到位后，未接通電源前，應對回路絕緣性能進行測試，并核實PE、N線的接線。

5 結論

電氣火災監控系統使電氣火災預防由被動變為主動，極大提高了運營維護效率。為充分發揮電氣火災監控系統在城市軌道交通配電系統中的應用效果，結合案例情況，總結以下幾點注意事項：一是設施設備維護人員應熟練電氣火災監控系統原理和剩余式電流工作原理；二是安裝人員需要正確安裝電氣火災監控系統；三是線路施工人員需要保證線路施工的工藝質量。