消防设备电源监控系统在城市轨道交通中的应用

消防设备电源监控系统在城市轨道交通中的应用

曹波

（广州地铁设计研究院有限公司510010）

摘要：结合消防规范及国标相关要求，根据城市轨道交通的负荷分类及特点，提出设置消防电源监控系统的构成方案，与上位综合监控系统的接口及功能实现，对城市轨道交通消防系统设计和建设具有一定的参考意义。

关键词：消防电源监控系统、城市轨道交通、消防设备电源状态监控器、火灾自动报警系统

一、前言

城市轨道交通具有空间狭小，人流量大，人员特别集中，用电设备多，供电要求高等特点，为保证人员和设备的安全性，在轨道交通车站、区间及车辆段、控制中心大楼均考虑设置了火灾自动报警系统。轨道交通消防设计除了严格按照建筑防火规范要求对公共区和设备区防火分区面积、安全疏散口及距离、灭火救援设施进行专项设计外，还需要根据实际配置消火栓（消防炮）系统、自动喷水灭火系统、气体灭火系统、防烟排烟系统、防火门和卷帘门系统、消防应急照明和疏散指示系统、火灾自动报警系统等消防救灾设备设施。

消防设备是保障地铁建筑物消防安全重要设施，在最大限度的减少人员伤亡和财产损失，维护公共安全和公众利益，提高经济和社会效益方面一直发挥着巨大的作用。建筑物的消防安全很大程度上取决于消防设备的好坏，而消防设备是否能正常工作又取决于供电电源的工作状态。消防设备电源直接为轨道交通建筑中所有消防设施设备运行提供动力，其可靠性直接关系到建筑中的消防设施在火灾情况下，能否正常发挥作用。

长期以来由于消防设备电源使用概率很低，长时间闲置待用，导致在应急情况下消防设备供电电源失电或意外中断造成消防设备失灵，致使发生火灾时火灾蔓延的现象频发，往往出现由于消防设备电源故障，导致消防设施失去动力，无法发挥作用。特别是在建筑内消防管理不到位，设备质量参差不齐、安全意识淡薄的时期，这一问题更显得尤为突出。

消防设备电源特点是：使用概率很低，长期闲置待用，一旦使用必须要发挥作用，应始终处于临战状态；同时属于可靠性极高、容量相对较小、多种类电源并存、切换自动化、使用时供电时间相对较短且必须配备的设施。因此，必须重视消防设备的电能连续供给问题。

消防设备的电源是各类型消防系统（设备）的重要组成部分，在整个建筑消防灭火过程中起着至关重要的作用。因此消防设备的电源应满足可靠性、安全性、有效性、稳定性的要求，以保证火灾时消防设备供电不会中断，才能保证各类消防设备正常工作。

消防设备电源监控系统是实时对消防设备的电源进行监控，通过检测消防设备电源的电流、电压值和开关量，从而判断电源设备是否有断路、短路、过压、欠压、过流、以及缺相、错相、过载等故障并报警、记录的监控系统，从而有效避免了火灾发生时，消防设备无电可用的尴尬情况，最大限度的保障了消防联动系统的安全性。如何从技防手段上实现对消防设备供电电源的实时监测，一直受到公安消防部门的高度重视。

2011年7月1日开始贯彻实施的国家标准《消防控制室通用技术要求》（GB25506-2010）在第5.7条文中对设置消防电源监控系统提出了明确要求：“消防控制室内应设置消防电源监控器，应能显示系统内各消防用电设备的供电电源和备用电源的工作状态和故障报警信息，并能将消防用电设备的供电电源和备用电源的工作状态和欠压报警信息传输给消防控制室图形显示装置。”《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116—2013）中对消防控制室内该系统的配备也做了明确要求。我国于2012年8月1日开始实施《消防设备电源监控系统》（GB28184—2011）产品标准。

因此，在城市轨道交通建设和设计中，除了设置火灾报警系统之外，消防设备电源监控系统的设置也是必须的。

二、轨道交通车站及段场消防电源的分类

根据轨道交通车站、车辆段/停车场各类用电设备用途和重要性，用电设备负荷分为三级。其中一级负荷包括：火灾自动报警系统设备、消防水泵、防排烟风机及各类防火排烟阀、防火（卷帘）门、消防疏散用自动扶梯、消防电梯、应急照明、主排水泵、雨水泵、防淹门及火灾或其他灾害仍需使用的用电设备；通信系统、信号系统、综合监控系统、电力监控系统设备、环境与设备监控系统设备、门禁系统设备、安防设施；自动售检票设备、站台门设备、变电所操作电源、地下站厅站台等公共区照明、地下区间照明等。其中火灾自动报警系统设备、环境与设备监控系统设备、专用通信系统设备、信号系统设备、变电所操作电源、地下车站及区间的应急照明为一级负荷中特别重要负荷。

供电要求：火灾自动报警、消防水泵及喷淋泵、防排烟风机及各类防火排烟阀、消防疏散用自动扶梯、消防电梯、应急照明、雨水泵、变电所所用电、通信、信号、自动售检票、BAS、综合监控、气体灭火等系统一级负荷由两路来自变电所不同低压母线的电源供电，一用一备在末端配电箱处自动切换；站台（站厅）正常照明由变电所两段低压母线分别供电，各带约一半的照明负荷；应急照明采用双电源＋EPS的集中电源集中控制型系统。

因此，一类负荷中部分需要在火灾情况下仍需要运行的负荷可列为消防负荷：

配电箱：车控室FAS电源切换箱（段场消防控制室电源切换箱）、消防泵及喷淋泵电源、应急照明装置、防火卷帘门电源、气体灭火电源、综合UPS电源（包括通信、综合监控、BAS、AFC等系统）、信号系统电源、所用电等；

环控消防电源（环控柜或风机专用配电箱）：大、小系统排烟风机、加压送风机、隧道风机、轨排风机；段场专用排烟风机及联动阀门等。

为保证火灾情况下系统能够检测到消防负荷带电状态，以上消防负荷配电箱或相关回路需设置消防电源监控传感器。

三、消防电源监控系统的构成及功能

1）消防电源监控系统的组成

站级消防电源监控系统由监控主机（消防设备电源状态监控器）、监控传感器（电压传感器、电压、电流传感器等）和传输缆线组成。

2）监控主机

消防设备电源监控系统采用32位或64位监控主机，主机安装在车控室内，主机内置DC24V电源装置，主机电源由车控室电源箱提供AC220V电源。

监控主机采用集中式、模块化设计，对所监测的消防设备电源的运行信息、故障信息、位置信息等参数进行跟踪采集、存储、分析，方便用户进行管理和监控；通过人机交互界面，将消防设备电源的数据汇总显示，具有管理、查看、报警、打印等多项功能。主要功能如下：

接收并显示被监控消防设备电源的工作状态；

可以监测与连接传感器和模块间的断路、短路现象；

能监测自身电源的工作状态；

当出现故障时发出声光报警信号。

具备自检、打印、通讯、联网等功能。

3）监视传感器

监控传感器用于现场对各种消防设备的电源进行信息采集，传感器安装于配电箱、环控柜、消防泵控制柜、应急照明电源装置等专用柜（箱）内。

监控传感器对消防设备的供电电源和备用电源工作状态、欠压状态进行监视。电压传感器：当检测的电压值高于额定电压的110%或低于额定电压的85%即报警。电流传感器：设定过载电流，当超限时即报警。

4）传输线缆

监控主机与监控传感器的通信线路采用总线型连接方式。

监控主机与传感器之间通信线采用ZR-RVSP2*1.5的电缆，传感器电源线的选择应注意考虑传输距离产生的压降，宜采用ZR-RVV2*2.5电缆。

网络最大通信距离一般不超过500m。当传输距离超过500m时，建议采用中继器扩展。监控主机及中继器的电源线宜采用其ZR-BVR3*2.5电缆。

当系统应用在强干扰场所时，通信线应采用屏蔽双绞线，且屏蔽层应良好接地。

四、消防电源监控系统与综合监控（ISCS）系统的接口

综合监控系统是地铁各机电自动化系统的核心，综合监控系统在车站和中央级集中了火灾自动报警系统，由负责实现火灾报警的中央级及车站级监视功能，并根据火灾报警信息进行相应的联动。

消防电源监控系统作为FAS系统子系统，也将纳入ISCS系统集成范围，通过综合监控系统，实现车站级及中央级的相关监视功能。

1）综合监控集成消防电源监控系统实现的功能

（1）控制中心功能

综合监控系统在运营控制中心实现以下功能，包括但不限于：

监视全线各站点的消防电源监控系统探测设备的报警、故障信息。

接收全线各车站、车辆段、停车场消防电源监控系统报警并显示具体报警部位。

报警时，操作员工作站应自动弹出相应消防电源监控系统报警区域的平面图，并能显示配电箱编号及回路编号的报警信息。

系统应能提供报警信息、状态信息、用户操作记录等日报报表、周报报表、月报报表、季报报表、年报报表，并支持各种报表打印。

系统应具有所有操作记录、报警记录等单条记录的打印功能。

记录存储时间不少于12个月。

（2）站级（含段场）功能

综合监控系统在车站、车辆段、停车场实现以下功能，包括但不限于：

监视车站、段场的消防电源监控系统设备的故障状态，包括类故障、点故障。

监视车站、段场的消防电源监控系统探测设备的报警。

接收车站、段场消防电源监控系统报警并显示具体报警部位。

报警时，操作员工作站应自动弹出相应消防电源监控系统报警区域的平面图，并能显示所在配电箱编号及回路编号的报警信息。

系统应能提供报警信息、状态信息、用户操作记录等日报报表、周报报表、月报报表，并支持各种报表打印。

系统应具有所有操作记录、报警记录等单条记录的打印功能。

记录存储时间不少于1个月。

2）接口界面

图41车站、段/场消防电源监控系统与ISCS界面划分示意图

3）接口功能

综合监控系统与消防电源监控系统须按照以下要求提供有关的接口功能。消防电源监控系统在消防电源监控系统和ISCS之间建立通信通道，实现消防电源监控系统集成在ISCS上。.按约定好的数据格式提供：（1）消防电源监控系统监控系统设备故障信息：包括消防电源监控系统控制器的故障信息、电源故障、探测器故障（含线路故障）。（2）消防电源监控系统的消防电源报警信息（包括编号、位置）。2．回应ISCS对消防电源监控系统与ISCS之间的通道检测；3．接收ISCS提供的网络时间同步信息。综合监控系统每隔一定时间，采集下列数据：（1）消防电源监控系统设备故障信息（2）消防电源监控系统的消防电源报警信息（包括编号、位置）。2.每隔一定时间，ISCS对消防电源监控系统与ISCS之间的通道进行检测；3.向消防电源监控系统系统提供网络时间同步信息。

4）接口协议

综合监控系统与消防电源监控系统监控系统XFDY.ISCS.1的接口协议包括：机械、电气接口协议；通信协议；数据的定义；数据的格式等。

XFDY.ISCS.1网络和传输层应采用TCP/IP协议，应用层协议应采用通用、标准的工业传输协议Modbus-TCP/IP，或者通过协议转换后实现Modbus-TCP/IP传输协议进行通信。

5）监控信息表

消防电源监控系统系统应向ISCS系统提供下表所示监控信息（包括不限于）：消防电源监控系统控制器故障；消防电源监控系统电源故障；消防电源监控系统探测器故障；消防电源监控系统探测器报警。

近年来，各类型消防系统的设计、设备功能和自动化程序方面均有了长足的发展和进步，但即使如此，发生火灾后各类消防设备不能正常运转的火灾案例屡见不鲜，各地消防部门在日常的防火检查中发现消防设备形同虚设的情况也比比皆是。无数经验和教训都证明，火灾报警是否及时准确和初期火灾的扑救成功与否，重要的必要条件之一就是消防设备能否起作用，而消防电源就是保证消防设备正常工作的一个根本性问题。因此，在轨道交通工程设计和火灾报警系统建设时，应遵循相关规范要求，结合轨道交通实际情况，合理配置消防电源监控系统和消防电源检测点，做好与上位监控系统的接口设计，确保功能满足，设备可靠，为在火灾情况下消防设备的正常运行、人员的疏散和营救提供有力的技术保障，成为消防设备的“守护神”。本文提出的设计方案对同类建设工程有一定的借鉴意义。

参考文献：

1．《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-2013）中国计划出版社

2．《地铁设计规范》GB50157-2013[S]中国计划出版社

3.《消防设备电源监控系统》（GB28184-2011）；中国计划出版社

4.《消防控制室通用技术条件》（GB25506-2010）；中国计划出版社