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簡述石油化工行業(yè)電氣火災防范與消防監(jiān)控產(chǎn)品選型

更新時間：2023-01-10

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吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要

石油化工行業(yè)中電氣設備使用不當以及線路短路、過負荷、接觸不良等，均是引發(fā)火災事故的主要原因。從預防火災發(fā)生及消防用電設備電源維護的角度出發(fā)，簡要闡述了石油化工企業(yè)電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)的重要性。結(jié)合智慧消防的發(fā)展需求及工程實踐，探討了消防監(jiān)控系統(tǒng)一體化的配置方案，重點強調(diào)火災的預防，從而有效避免火災帶來的人員傷亡、經(jīng)濟損失、環(huán)境破壞等一系列問題。

關鍵詞:電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)；消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)；消防監(jiān)控；一體化；火災探測器；剩余電流互感器

0 引言

根據(jù)中華人民共和國應急管理部消防救援局發(fā)布的2020年全國火災及消防救援接警與處警情況，全國共接報火災警情25.2萬起，死亡1183人，受傷775人，直接財產(chǎn)損失達40.09億元人民幣。全年因違反電氣安裝使用規(guī)定引發(fā)的火災共8.5萬起，占總數(shù)的33.6%；因電氣故障引發(fā)的較大火災36起，占較大火災總數(shù)的55.4%。統(tǒng)計顯示，因短路、過負荷、接觸不良等線路問題引發(fā)的火災占電氣火災總數(shù)的68.9%；因設備故障、使用不當?shù)仍蛞l(fā)的火災占電氣火災總數(shù)的26.2%；其他原因引發(fā)的火災占電氣火災總數(shù)的4.9%。綜上可以看出，電氣設備及線路故障引發(fā)的火災事故較多，且在總體火災接處警情況中的占比較高，而短路、過負荷、接觸不良等線路故障更是造成電氣火災的主要原因。

石油化工企業(yè)內(nèi)電氣設備種類繁多，且長期處于不間斷運行中。除了如違反操作規(guī)定、安全管理意識薄弱等主觀因素外，還存在很多客觀因素，如隨著企業(yè)生產(chǎn)年限的增加電氣設備及線路絕緣逐步老化，用電設備使用壽命和季節(jié)性因素造成的漏電與短路隱患也在逐漸增加，這些漸變的電氣故障多發(fā)生在電氣設備及配電線路穿線管的內(nèi)部，在電氣故障導致起火的初期，這些隱蔽的部位不易發(fā)現(xiàn)，當火勢蔓延時，給撲救帶來了較大的困難。同時，由于石油化工行業(yè)的特殊性，火災很可能會引發(fā)爆炸事故以及有毒、有害介質(zhì)的泄漏，進而造成嚴重的人員傷亡、經(jīng)濟損失、環(huán)境破壞等難以挽回的影響。因此，石油化工企業(yè)設置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)及消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)，具有特殊的重要性。

1 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

電氣專業(yè)涉及的火災防范措施不是針對某個具體部位的預防，而是從線路、線纜到用電設備終端的系統(tǒng)化防范，是從電源側(cè)到用電設備終端的系統(tǒng)化防范，是從電源側(cè)到用電負荷側(cè)的分級化防范，是從線路、線纜溫度剩余電流到用電負荷電弧監(jiān)測功能化的防范。

（1）電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的組成

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)通常由電氣火災監(jiān)控器和電氣火災探測器組成，該系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖１所示。

電氣火災監(jiān)控器應具有實時集中監(jiān)控、故障顯示及報警、故障及報警記錄等功能，并在消防控制室或有人值守的場所安裝；若電氣火災監(jiān)控器安裝在無人值守的變電所，則需將報警信號和故障信號上傳至對應的消防控制室。工程實踐中，常用的電氣火災探測器類型有剩余電流式和測溫式，但隨著電氣火災監(jiān)控設備的不斷發(fā)展，組合式電氣火災探測器可以同時實現(xiàn)１kV及以下配電線路剩余電流和線路溫度的監(jiān)測。組合式電氣火災探測器在簡化電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)硬件數(shù)量的同時，通過采集多種參數(shù)，從而預判線路短路、過載等不同原因造成的漸變類電氣故障，可提前將各種火災隱患扼殺在初始階段。

圖1 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)示意

（2）新建石油化工生產(chǎn)裝置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設置

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設置原則是以預防電氣設備及線路故障引發(fā)的火災為主，為滿足石油化工生產(chǎn)裝置通常的連續(xù)生產(chǎn)要求，不應輕易切斷用電負荷電源。因此大多數(shù)情況下，該系統(tǒng)僅動作于報警，而不動作于跳閘。該系統(tǒng)通過電氣火災探測器監(jiān)測電氣線路的運行情況并采集相關數(shù)據(jù)，當被監(jiān)測線路出現(xiàn)異常的漏電流、溫升時，電氣火災監(jiān)控器上顯示故障線路的漏電電流、溫度、地址，并進行聲、光報警，提醒運行維護人員及時排查事故。該系統(tǒng)作為全廠火災自動報警系統(tǒng)的一個獨立子系統(tǒng)，當該系統(tǒng)報警的同時，也應同時將報警信號送至火災自動報警系統(tǒng)。

IEC60364442《低壓電氣裝置第4-42部分：安全防護熱效應保護》中說明了配電線路中泄漏電流達到300mA就可能引起火災，GB50116-2013《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》建議剩余電流式電氣火災探測器動作值為300~500mA，GB50054-2011《低壓配電設計規(guī)范》規(guī)定：為減少電氣火災危險而裝設的剩余電流檢測或保護設備其動作電流不應大于300mA�；谏鲜鲆�(guī)范中相關條款，工程實踐中通常將電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)中剩余電流監(jiān)測的報警閾值設定為300mA。

考慮到電壓等級1kV以下不同絕緣介質(zhì)、不同導體材料的電纜長期允許工作溫度不同，例如0.6/1kV銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜長期允許的工作溫度為90℃，而0.6/1kV銅芯聚氯乙烯絕緣電纜中導體長期允許的工作溫度為70℃，因此測溫式電氣火災探測器的報警閾值宜根據(jù)線路電纜的型號、規(guī)格等參數(shù)確定。為預防電氣火災發(fā)生和減少誤報警頻率，通常將電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)中溫度監(jiān)測的報警閾值按電纜長期允許工作溫度的80%~90%設置。電壓等級1kV以上的供電線路，根據(jù)相關規(guī)范要求，建議采用光纖測溫式電氣火災探測器并直接設置在保護對象的表面。

（3）在役石油化工生產(chǎn)裝置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)設置的思考

GB50116-2013中9.1.1條規(guī)定：電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)可用于具有電氣火災危險的場所；GB50016-2014《建筑設計防火規(guī)范（2018版）》中10.2.7條僅要求在有條件時設置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。由于規(guī)范的解讀不同，使得部分石油化工生產(chǎn)企業(yè)在設計、建設的初期，未考慮電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設置。隨著全社會對安全生產(chǎn)的重視，安全生產(chǎn)委員會于2017年4月26日印發(fā)了《關于開展電氣火災綜合治理工作的通知》，并在全國范圍內(nèi)組織開展了為期3a的電氣火災綜合整治工作，從一定程度上引起了石油化工生產(chǎn)企業(yè)對預防電氣火災的重視。

對于未設置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的在役石油化工生產(chǎn)裝置，新增該系統(tǒng)存在一定的困難，例如抽屜式低壓開關柜內(nèi)可能缺少足夠空間用于安裝一體式或分體式電氣火災監(jiān)控探測器的剩余電流互感器。為解決該實際問題，筆者結(jié)合現(xiàn)有電氣專業(yè)的設計內(nèi)容進行了拓展，希望有助于已建石油化工生產(chǎn)裝置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設置。

在石油化工生產(chǎn)企業(yè)中，通常采用微機綜合保護裝置實現(xiàn)饋線、電動機回路的綜合保護，而該裝置自帶零序互感器以實現(xiàn)漏電保護功能，這與電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)中剩余電流式電氣火災探測器的原理一致，再配置相應的通信管理機進行尋址、數(shù)據(jù)采集與上傳，就可以依托現(xiàn)有的微機綜合保護裝置實現(xiàn)電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)對線路剩余電流的監(jiān)測。在此基礎上，配合測溫式電氣火災監(jiān)控探測器重點監(jiān)測電氣設備的電纜接頭、端子及重點發(fā)熱部件的溫度，不但可以依托現(xiàn)有設備組建電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，同時盡可能地減少了現(xiàn)有設備的改造。

2 消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)

消防工程是一個系統(tǒng)性工程，常見的消防用電設備主要包括：消防排煙風機、消防補風（送風）風機、消防水泵、消防泡沫裝置、消防噴淋或雨淋閥系統(tǒng)的就地控制箱、電動防火卷簾門、消防電梯、消防應急照明及疏散指示系統(tǒng)中的Ａ型應急照明集中電源、火災自動報警系統(tǒng)等。這些消防用電設備在控制火災蔓延、保證人員疏散、營救等方面均有重要作用，可從一定程度上減少因火災造成的人員傷亡與經(jīng)濟損失。在正常情況下，這些設備大多數(shù)處于熱備狀態(tài)，只有在火情出現(xiàn)時才需要投入工作，如果消防用電設備的電源出現(xiàn)問題，將導致這些消防用電設備形同虛設。因此，保障消防用電設備供電電源的可靠性尤為重要。

根據(jù)以往的工程實踐與案例，消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)作為一種系統(tǒng)架構(gòu)相對簡單的預警監(jiān)控系統(tǒng)，在石油化工設計中被廣泛應用，其消防電源狀態(tài)監(jiān)控器與電壓/電流傳感器的兩層結(jié)構(gòu)組網(wǎng)模式，可以有效地實現(xiàn)消防設備的實時監(jiān)測，并反饋消防用電設備電源的工作狀態(tài)，對提高石油化工企業(yè)消防安全管理水平具有“保駕護航"的作用。

（1）消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)的組成

消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)主要用于日常消防用電設備電源的維護與監(jiān)控，以保證火情發(fā)生時相應的消防用電設備可以正常投入工作，為消防救援提供有力的保障。該系統(tǒng)通常由消防電源監(jiān)控主機、分機以及電流/電壓監(jiān)控模塊傳感器等組成，系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

對于大型石油化工企業(yè)，各裝置區(qū)消防用電設備末端安裝的電流/電壓監(jiān)控模塊傳感器將采集的消防設備電源參數(shù)，通過總線與安裝于各個裝置區(qū)消防控制室或有人值守區(qū)域內(nèi)的消防設備電源監(jiān)控分機構(gòu)成消防設備電源監(jiān)控子系統(tǒng)，各裝置區(qū)內(nèi)的消防設備電源監(jiān)控分機再與全廠性中心控制室內(nèi)的消防設備電源監(jiān)控主機通信，從而實現(xiàn)全廠消防設備電源的監(jiān)控系統(tǒng)的建立。

該系統(tǒng)根據(jù)消防設備電源的電壓、電流、開關狀態(tài)等電氣參數(shù)的變化情況發(fā)出相應的指令。當消防用電設備電源出現(xiàn)斷路、過電壓、欠電壓、缺相、過載等故障時，發(fā)出聲、光告警信號，提醒運行管理及維護人員及時檢查、處理，并通過相應的尋址功能鎖定具體的報警回路。

圖2 消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)示意

（2）配置消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)應注意的事項

石油化工企業(yè)的配電方案通常采用變電所放射式直供電的方式。如果消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測點設置在靠近變電所配電設備的出線端，當消防配電線路出現(xiàn)故障時，該系統(tǒng)將不能如實反饋消防用電設備受電端的實際電源情況。因此，該系統(tǒng)的電流/電壓監(jiān)控模塊傳感器的安裝位置，原則上宜盡可能地靠近消防用電設備的末端，如消防雙電源切換裝置的進線處，以盡可能地保證消防電源監(jiān)控的有效性。

3 智慧消防與消防監(jiān)控一體化

（1）2017年10月10日，部消防局發(fā)布了《關于全面推進“智慧消防"建設的指導意見》（公消［2017］297號），要求綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)，加快推進“智慧消防"建設，全面促進信息化與消防業(yè)務工作的深度融合、全覆蓋的社會火災防控體系，實現(xiàn)“傳統(tǒng)消防"向“現(xiàn)代消防"的轉(zhuǎn)變。該指導意見的主要對象雖然是社會火災防控體系，但作為社會生產(chǎn)環(huán)節(jié)的一個組成部分，隨著消防產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展與消防安全意識的增強，石油化工企業(yè)也存在向現(xiàn)代消防轉(zhuǎn)變的需求。

出于先期預報警與對消防設施動態(tài)監(jiān)管的目的，除傳統(tǒng)的火災自動報警系統(tǒng)、可燃氣體檢測報警系統(tǒng)外，各種用于消防的監(jiān)控系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，如電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)、消防應急照明及疏散指示系統(tǒng)、消防水泵巡檢系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)反映出各個專業(yè)對火災危害的重視，但是這些消防監(jiān)控系統(tǒng)如果單獨建立，不但硬件種類繁雜，還會增加監(jiān)控與維護的困難。因此，實現(xiàn)消防監(jiān)控系統(tǒng)一體化有著顯著的優(yōu)勢，通過依托火災自動報警系統(tǒng)及相應的火災報警系統(tǒng)控制器，并對各種消防監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸協(xié)議、通信協(xié)議進行統(tǒng)一或兼容，實現(xiàn)各個消防監(jiān)控系統(tǒng)之間的組網(wǎng)與通信，最終構(gòu)成消防監(jiān)控系統(tǒng)的一體化解決方案。實現(xiàn)消防監(jiān)控系統(tǒng)一體化，不但使諸如電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)作為各自相對獨立的子系統(tǒng)保持其本身具備的監(jiān)控功能，還可以通過石化企業(yè)內(nèi)部通信網(wǎng)絡實現(xiàn)各消防監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互通，避免各消防監(jiān)控系統(tǒng)“各自設立"帶來的管理難題與重復投資。消防監(jiān)控系統(tǒng)一體化結(jié)構(gòu)如圖3所示。

各個消防監(jiān)控系統(tǒng)在實現(xiàn)一體化的同時，通過智慧消防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)多種類系統(tǒng)與設備通過多協(xié)議與云平臺的組網(wǎng)，不但可以實現(xiàn)對每一個系統(tǒng)、終端、消防設備運行狀態(tài)和故障報警的實時監(jiān)管與定位，還可以通過分級管理的方式向企業(yè)內(nèi)各級用戶提供更加直觀的網(wǎng)頁界面和 APP應用，讓企業(yè)內(nèi)各級用戶根據(jù)不同的權(quán)限隨時隨地進行監(jiān)管。

圖3 消防監(jiān)控系統(tǒng)一體化結(jié)構(gòu)示意

基于消防監(jiān)控系統(tǒng)一體化與智慧消防網(wǎng)絡的優(yōu)點，石油化工企業(yè)值班人員可全天候遠程實現(xiàn)火災報警聯(lián)動、消防設施狀態(tài)監(jiān)測、消防巡檢等日常工作，有效地提高了消防管理水平與工作效率。同時，安全生產(chǎn)責任人、消防安全責任人可以通過網(wǎng)頁界面以及APP應用，隨時調(diào)看企業(yè)內(nèi)部相關消防系統(tǒng)、設備的運行狀態(tài)，并且在消防系統(tǒng)事故、故障報警時，時間獲取相關信息。通過智慧消防物聯(lián)網(wǎng)，當?shù)叵乐鞴懿块T也可實時掌控轄區(qū)石油化工企業(yè)的消防設施運行狀態(tài)，不但可以實現(xiàn)指導日常消防監(jiān)督與檢查，而且通過對相似企業(yè)消防數(shù)據(jù)的分析，量化轄區(qū)石油化工企業(yè)火災危險程度，指導消防主管部門對火災風險研判，為消防服務和決策提供信息支撐。

4 安科瑞電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

（1）概述

Acre1-6000電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數(shù)字化獨立運行的系統(tǒng)，已通過國家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的消防電子產(chǎn)品試驗認證，并且均通過嚴格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產(chǎn)品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運行，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)并在全國得到廣泛地應用。該系統(tǒng)通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監(jiān)視，實現(xiàn)對電氣火災的早期預防和報警，當必要時還能聯(lián)動切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標的配電回路;并根據(jù)用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺或火災自動報警系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)交換和共享。

（2）應用場合

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領域。

（3）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（4）系統(tǒng)功能

監(jiān)控設備能接收多臺探測器的剩余電流、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，直至按設備的“復位"按鈕或觸摸屏的“復位"按鍵遠程對探測器實現(xiàn)復位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲"按鍵手動消除。

當被監(jiān)測回路報警時，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設備，當報警消除后，控制輸出繼電器釋放。

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)生通訊故障或探測器本身發(fā)生故障時，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。

當發(fā)生剩余電流、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(shù)據(jù)庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法。

（5）配置方案

5 結(jié)束語

隨著石油化工企業(yè)消防安全意識的不斷加強，為了盡可能地減少火災帶來的人員傷亡、經(jīng)濟損失、環(huán)境破壞等問題，當前的消防理念已經(jīng)逐步從傳統(tǒng)的事后滅火方式轉(zhuǎn)向依托科技手段與新興技術(shù)，實現(xiàn)消防預警與監(jiān)控的方式。電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)與消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)在石油化工企業(yè)電氣火災防控、消防電源監(jiān)控方面有著重要的作用與意義。依托火災自動報警系統(tǒng)將電氣火災監(jiān)控、消防電源監(jiān)控等子系統(tǒng)進行一體化設計，再結(jié)合智慧消防物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，為石油化工企業(yè)消防巡檢及消防隱患預警提供更加科學、有效的管理手段，并在火災預防、火災救援、人員疏散等方面起到積極作用。

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