摘要：电气火灾监控系统是电气火灾隐患的预警系统。从规范支撑、设置位置、监控负荷、探测器的选择、阈值的设定等几个反面，实例分析了电气火灾监控系统在重庆江北国际机场T3A航站楼的应用，并设计、施工、产品等角度，给出了一定建议。
1 背景
国家发改委、民航局印发的《全国民用运输机场布局规划》提出，到2020年，运输机场数量达260个左右，到2025年，在现有（含在建）机场基础上，新增布局机场136个，全国民用运输机场规划布局370个（规划建成约320个）[1]。可见，未来几年，各地将会有大量的运输机场陆续开工建设。
机场航站楼作为重要的公共交通建筑，人员密集，安全运行显得尤为重要。同时，航站楼内各用电设备和系统种类非常多，除了常规的照明、空调、广告、电扶梯等设备外，还包括行李系统、安检设备、登机桥、高杆灯、机务用电、飞机空调、静变电源、标识、弱电系统等民航专业设备。面对如此数量庞大种类繁多的用电设备，对线路和设备的消防安全提出了更高的要求。
因此，机场建设方在航站楼的规划、设计、建设过程中，除了需进一步提高火灾处置的速度和效率外，还应从预防的角度，加强对电气火灾隐患的提前预警和研判，消除隐患于未然，最大限度的保障人民生命和财产安全。
2 电气火灾监控系统
电气火灾监控系统是电气火灾隐患的预警系统。通过对电力线路和设备的日常使用进行实时监测，一旦发生电气火灾隐患，提前发出预警信息，运维人员根据预警信息，及时对线路和设备进行排查和甄别，排除电气火灾隐患，实现电气火灾的早期预防。
电气火灾监控系统一般由电气火灾监控设备和电气火灾监控探测器组成。电气火灾监控设备主要接受电气火灾监控探测器的实时监测数据，及时发出报警信息。电气火灾监控探测器主要实时监测电气线路中的剩余电流、温度等参数，并及时将监测数据上传给电气火灾监控设备。
电气火灾监控探测器主要分为剩余电流式和测温式。
剩余电流式火灾探测器主要利用感应线圈监测电气线路的剩余电流，其工作原理就是基尔霍夫定律，即回路中任一点的电流矢量和为零。监测时，相线和N线穿过探测器感应线圈。正常情况下，相线和N线的电流矢量和为零，探测器中的感应线圈没有信号输出。当发生接地故障、线路或设备漏电时，部分电流通过PE线或大地流走，相线和N线中的电流矢量和不为零，即产生剩余电流。此时探测器中的感应线圈就会有信号输出，达到阈值时就会发出报警信号。测试原理图如图1所示。
图1 测试原理
测温式火灾探测器主要是利用温度探头，实施检测箱柜内或线缆的温度，当当发生线路短路、过载、故障电弧等故障时，温度会迅速上升，温度探头会检测到这种温度变化，达到预设值时就会发出报警信号。
3应用案例
重庆江北国际机场T3A航站楼，建筑面积约53.7万平方米，由中央大厅和四个指廊构成。建筑高度48m，南北长约1060米，东西宽约750米。地上4层，地下2层。遵循现行国家规范，T3A航站楼火灾自动报警及消防联动控制系统按一类多层建筑一级保护对象设防，室外消火栓用水量为30L/S。在设计和建设过程中，T3A航站楼设置了电气火灾监控系统。
3.1 规范支撑
《火灾自动报警系统设计规范（GB50116-2013）》（以下简称火规）第9.1.3条规定：“电气火灾监控系统应根据建筑物的性质及电气火灾危险性设置”。《民用建筑电气设计规范（JGJ16-2008）》（以下简称民规）第13.12.1规定：“除住宅外，火灾自动报警系统保护对象为一级的建筑物配电线路，宜设置防火剩余电流动作报警系统”。《建筑设计防火规范（GB50016-2014）》（以下简称建规）第10.2.7条规定：“室外消防用水量大于25L/S的其他公共建筑…宜设置电气火灾监控系统”。《交通建筑电气设计规范（JGJ243-2011）》（以下简称交规）第14.3.2规定：“火灾自动报警系统保护对象为一级的交通建筑配电线路，应设置电气火灾监控系统”。
重庆江北国际机场T3A航站楼火灾自动报警系统保护对象为一级，室外消火栓用水量为30L/S，因此，均满足民规和建规宜设置的要求。同时，也满足交规中应设置的要求。按一般对规范的理解，“宜”表示允许稍有选择，在条件许可时首先应该这样做；“应”表示严格，在正常情况下均应这样做。故T3A航站楼按规范应该设置电气火灾监控系统。
3.2 设置位置
民规第13.12.5条规定：“剩余电流检测点宜设置在楼层配电箱（配电系统第二级开关）进线处，当回路容量较小线路较短时，宜设在变电所低压柜的出线端。交规第14.3.2条规定：“…楼层配电箱电源进线处应设置防火电气火灾的剩余电流动作报警器”。火规第9.2.1条规定：“剩余电流式电气火灾监控探测器应以设置在低压配电系统首端为基本原则，宜设置在第一级配电柜（箱）的出线端。在供电线路泄漏电流大于500mA时，宜在下一级配电柜”。
可见，根据线路容量，一般设置在配电系统首端或配电系统第二级开关进线处。重庆江北国际机场T3A航站楼建筑规模大，用电负荷重，因此，监测点主要设置的第二级开关进线处，个别线路长、回路容量大的地方，还设置在了第三级开关进线处。
3.3 监控负荷
交规第14.3.2条规定：“除消防动力配电回路外，其他电力、照明区域…应设置防电气火灾的剩余电流动作报警器”。这一条规范明确表明，照明负荷、非消动力负荷，均在电气火灾监测范围内。其他规范均无明确表述，似乎所有负荷都应在监测范围内。重庆江北国际机场T3A航站楼电气火灾监控系统，主要对照明、空调、电扶梯、标识灯箱、静变电源、飞机空调等负荷，进行了监测。
3.4探测器的选择
重庆江北国际机场T3A航站楼电气火灾监控系统，在每个监测点处，选用了一个剩余电流式火灾探测器、两个测温式火灾探测器、三相过流探测器。剩余电流式火灾探测器安装在配电主开关的下端，主要监测剩余电流。两个测温式火灾探测器，一个监测箱柜内的温度，一个监测线缆温度。三相过流探测器主要监测配电箱主开关三相电流。探测器如图2所示。
图2 探测器
3.5报警阈值
民规第13.12.6条规定：“防火剩余电流动作报警值宜为500mA”。火规第9.2.1条规定：“探测器报警值宜为300mA-500mA”。《低压配电设计规范（GB 50054-2011）》（以下简称低规）第6.4.3节规定：“…其动作电流不应大于300mA…”。《电气火灾监控系统（GB14287.2-2005）》（以下简称电控）第4.2.2条规定：“探测器的报警值不应小于20mA，不应大于1000mA…”。《民用建筑电气设计手册》（以下简称民设）第10.2.3节：“选用漏电电流报警方式时，其保护电器的报警动作电流可以按其被保护回路最大电流1/1000～1/3000选取…通常分支路漏电报警动作电流可取1000 mA”。
可见，对于报警阈值的设定，没有统一的规范，这很大一部分原因是由于自然泄漏电流的存在。供电线路和用电设备，在正常使用过程中都有一定程度的泄漏电流。例如，截面积为10mm的聚氯乙烯绝缘线，其每公里的泄漏电流可以达到56mA；额定功率为18.5kW的电机，启动时泄漏电流为3.03mA；一台组合式计算机的泄漏电流为15mA。电线、电动机、家用电器泄露电流如表1、表2、表3所示[7]。因此，阈值的设定，理论上应该剔除自然泄漏电流的影响。但是，每个监测点下面监测回路数量不同，每个回路长短不一，而且每个回路下面的用电设备也是千差万别，这给阈值的设定带来非常大的困扰。但因低规中关于报警值的描述用了应字，属于需严格执行，并且该规范为国家标准，因此报警数值一般设计给定值均为300mA。
重庆江北国际机场电气火灾监控系统漏电报警阈值设计初始值为300mA，实际运行过程中，在200 mA 到500 mA范围内，根据线路和用电设备的实际情况，做了一定调整；温度探测器设定在90℃；过流探测器按主开关额定电流1.25倍进行设定。
表1 220/380V单相及三相线路埋地、沿墙敷设穿管电线每公里泄漏电流（mA/km）
3.5 应用情况
重庆江北国际机场T3A航站楼电气火灾监控系统，监控主机设在航站楼一楼消防控制室，如图3所示。并在四个指廊、主楼等区域设有区域分机，各分机按手拉手的方式，分别连接末端的监控探测器。整个系统监控配电箱约2100个，探测器约12600个。系统投用初期，部分回路出现频繁报警情况,这一点和某地铁电气火灾监控系统应用情况类似[8]。经过反复排查，频繁报警原因主要有以下几个方面：1、设计方面。部分容量较大的回路监测点设置在了二级配电箱进线处，由于下端供电线路较长，三级配电箱及分箱较多，末端用电设备多，线路和设备的自然漏电值经过多次累加后超过报警阈值（如某照明总箱容量为165KW，出线分箱多达12个）。2、施工方面。照明回路的N线和PE线接反，施工放线时线路在接线盒处有磨损。所以，应特别注意末端电线放线和接线的规范性。3、运行方面。配电箱内探测器灰尘较大，造成误报警。因此，运行部门应该定期做好维保工作。
图3 监控设备
4 经验及建议
4.1 设计方面
现有设计规范低，监测点一般设置在第一级配电柜（箱）的出线端或第二级配电箱的进线端。这样设计具有监测范围大，监测点位相对集中，系统架构相对简单等特点。但针对大型机场航站楼负荷而言，带来的困难也显而易见。
首先，大型机场航站楼用电负荷大，负荷种类多，即使是二级配电箱下端带几个甚至十几个分箱也是常有的事情。如果将检测点设置在第一级配电柜（箱）的出线端或第二级配电箱的进线端，过长的线路，过多的负荷，线路和设备正常泄漏电流会逐级不断累加，汇聚到监测点时造成累加值大于监测设定阈值的情况，将会给频繁报警带来非常大的隐患。
其次，这种设置的还存在一个隐患，就是漏电报警后核查原因非常困难。因为一旦发生漏电报警，理论上需要核查监测点下端所有供电线路及用电设备。由于监测点设置在第二级配电箱甚至第一级配电箱柜进线处，监测点下方从一级配电到二级配电、三级配电甚至分箱，线路非常长、负荷非常多。对大型机场航站楼而言，航班密集排布。航站楼正常运行过程中，涉及运行的用电负荷，断电操作受到严格限制，部分弱电负荷甚至全天二十四小时运行。如此大规模核查本身就困难重重，加之停电操作受到限制，因此报警核查实际操作起来困难可想而知。
因此，针对大型机场航站楼而言，可以考虑将检测点设置在第三级配电箱进线处，一方面可以有效剔除自然泄漏电流的累加效应，降低误报率，提高报警的准确性。另一方面监测点下端回路少，一旦报警，核查起来范围小、重点突出、操作性强。另外，考虑到末端线路一般而言为小规格的电线，不管是施工还是运行过程中，损坏的概率较大，而第三级配电箱上端各级配电系统之间的线路，大多为规格较大的电缆，有的还是铠装电缆，损坏的概率较小。而且，从电气火灾发生的部位来看，负荷侧发生火灾的概率远大于电源侧 [9]。
当然，监测点设置在第三级配电箱进线处，势必带来监测点位过多，投资加大、没有对主干电缆进行监测等问题，这就需要设计综合考虑一下，有所侧重。
4.2 工程管理方面
施工前期重视技术交底。电气火灾监控系统一般由消防工程总包，品牌制造商具体实施，但电气火灾监控探测器需要安装在强电配电箱内。而强电配电箱一般由安装工程总包，配电箱盘柜厂家实施。针对大型机场航站楼而言，消防工程、安装工程通常会分别单独招标。因此，仅仅探测器的安装，就涉及两家总包单位，两家设备制造商。因此，项目管理方在前期，多方的技术交底尤为重要，尤其是探测器穿线方式有特殊要求，必须重点交底，从源头上确保质量。
施工过程中重点把控末端线路布线接线质量。从现有的经验来看，末端线路的布线、接线质量，直接决定系统早期运行效果。一方面，末端线缆规格小，施工放线容易磨损。另一方面，对于大型机场航站楼而言，主干线路一般由综合安装单位实施，而末端线路一般由装饰单位实施。装饰单位水电专业的技术力量普遍没有其装饰主业强。因此，需重点管控。
施工后期预备充足的系统调试时间。电气火灾监控系统自身调试完成后，需要各监测点所有供电线路施工完毕，所有用电设备调试完毕，并且正常使用后才能发挥作用。设备正在调试或未投入使用，临时施工用电的接入等等，报警信息都不可靠。因此，所有设备调试就位并且正常使用后，报警信息才相对准确可信，此时需要投入大量时间和精力，从系统、线路、末端设备三个方面，对报警信息进行一一甄别和排查。然而现实情况是，设备调试完成后，很快就进入了试运行甚至正式使用，留给系统甄别和排查的时间非常有限。因此，项目管理方应该预备充足调试时间。
4.3产品方面
电气火灾监控系统厂家可探索开发剩余电流阈值可根据负荷动态自动调整的探测器。现有电气火灾监控探测器的报警阈值一旦设定好，都是固定不变的。因为自然泄漏电流的存在，而且各用电负荷也在不断变化过程中。因此，理论上自然泄漏电流在不断变化中。因此，为了更准确监测和判断，报警阈值应该也随负荷电流的不断变化，做出智能的某种动态调整，以剔除自然泄漏电流的影响，进一步提高报警的准确性。
同时，报警信息可考虑做一定延时，剔除剩余电流波动的影响。现有的电气火灾探测器，一旦监测回路剩余电流达到报警值，会立即发出报警信息。然而在实践中经常发现，剩余电流在某个瞬间达到了阈值后，随即又恢复了正常值。然而此时，不管是系统主机，还是火灾探测器，都会发出报警信息。这就需运维人员对系统主机和末端探测器进行手动复位。大型机场航站楼面积较大，监测点位多，频繁由于波动报警，给运行也带来极大的困扰。为了避免这种现像，可考虑对报警信息加一定延时判断，同时引入温度、过流等信息，进行综合判断后发出报警信息。
5 结束语
民用运输机场作为国家重要公共交通基础设施，是民航业发展的基础，在综合交通运输体系中发挥着重要作用[1]。因此，其安全运行尤其是消防安全，显得尤为重要。而建设方更应从设计、施工、运行等全生命周期的视角，统筹规划消防系统的实施，最大限度的机场安全运行。
参考文献：
[1]《全国民用运输机场布局规划》
[2]《火灾自动报警系统设计规范（GB 50116-2013）》
[3]《民用建筑电气设计规范（JGJ 16-2008）》
[4]《建筑设计防火规范（GB50016-2014）》
[5]《交通建筑电气设计规范（JGJ 243-2011）》
[6]《低压配电设计规范（GB 50054-2011）》
[7]戴瑜兴主编.民用建筑电气设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社.2007.3.
[8]卓珊, 吴火军. 地铁电气火灾监控系统频繁报警原因分析[J]. 建筑电气, 2018.
[9]郭文荣. 防火剩余电流动作报警系统设计[J]. 建筑安全, 2010(7).
作者简介
宋胜利，重庆机场集团扩建指挥部高级工程师，机电工程专业一级建造师，主要研究方向为机械工程、电气工程。
来源：民航基建
