龔永波
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：為了預(yù)防綜合交通樞紐電氣火災(zāi)的發(fā)生，在天津西站樞紐中設(shè)計使用了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。首先介紹了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在綜合交通樞紐中使用的必要性，之后結(jié)合天津西站綜合交通樞紐實際情況，分析了樞紐電氣火災(zāi)的成因，并將整個樞紐按照產(chǎn)權(quán)區(qū)域進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計，在傳統(tǒng)電氣火災(zāi)監(jiān)控的基礎(chǔ)上，提出了樞紐中廣義電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的概念，并詳細(xì)介紹了三種火災(zāi)探測器的具體設(shè)計與安裝。工程實踐表明該火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計合理，實用,具有一定的推廣價值。
關(guān)鍵詞:綜合交通樞紐；電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)；探測器
引言
近年來，隨著鐵路客運專線和城市軌道交通的高速發(fā)展，城市客運交通系統(tǒng)運輸效率的提高變得尤為重要，集鐵路客運、城市軌道交通、長途汽車客運、城市公交系統(tǒng)、出租車和停車場于一體的立體式大型客運綜合交通樞紐便應(yīng)運而生。此類大型交通樞紐建筑規(guī)模和客流集散量巨大，如果一旦發(fā)生火災(zāi)，將會造成嚴(yán)重的財產(chǎn)損失和人員傷亡。
據(jù)消防局《中國火災(zāi)統(tǒng)計年鑒》統(tǒng)計，2007年以來，在發(fā)生的火災(zāi)中，因電氣原因引起的火災(zāi)*多，約占火災(zāi)總數(shù)的30%左右，并有逐年上升之勢；在世界五大建筑火災(zāi)的經(jīng)典案例中，四起是由于電線短路引起，另外一起是由于高溫?zé)艟呖救技喣灰?。此外，電氣火?zāi)的發(fā)生并無明顯征兆，依靠傳統(tǒng)的人工檢修與巡視，很難在在火災(zāi)發(fā)生之前察覺。
面對如此嚴(yán)峻的電氣火災(zāi)形勢，本著“防范勝于救災(zāi)”的理念，根據(jù)GB50016-2006《建筑設(shè)計防火規(guī)范》、GB14287-2005《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》等有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并參考了GB50116-2008《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》,作者在天津西站綜合交通樞紐中采用了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測配電系統(tǒng)中的漏電、電流、溫度等參數(shù)的變化，來預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。
一、項目概況
新建天津西站綜合交通樞紐是配套京滬高速鐵路建設(shè)的五大鐵路客運樞紐之一，是集京滬、津保、津秦高速鐵路、京津城際鐵路、普速鐵路、城市軌道交通、長途客運、城市公交、出租和停車于一體的大型綜合交通樞紐。除鐵路站房主體之外，與天津西站站房工程同步配套建設(shè)的工程有：南北廣場及地下?lián)Q乘區(qū)以及出租車蓄車場、停車場工程，長途客運工程、城市公交車場工程，地鐵1號線、4號線、6號線車站及相鄰區(qū)間工程，見下圖1:天津西站綜合交通樞紐總平面圖。
二、綜合交通樞紐電氣火災(zāi)成因分析
1配電系統(tǒng)漏電以及短路導(dǎo)致火災(zāi)
綜合交通樞紐中用電負(fù)荷較多，配電系統(tǒng)復(fù)雜，大部分配電纜線是經(jīng)鋼管及金屬橋架進(jìn)行敷設(shè)，所以在施工的過程中，纜線很容易被碰壓，磨擦，使纜線的絕緣能力下降，導(dǎo)致纜線與纜線之間、纜線與其保護(hù)鋼管之間、纜線與橋架之間有一部分電流通過，發(fā)生漏電現(xiàn)象。如果纜線絕緣能力繼續(xù)下降而發(fā)生破損，纜線與纜線之間，纜線與大地之間發(fā)生接觸，則會發(fā)生短路，而使電流聚增。在漏電以及短路發(fā)生時，如果電流就是線路的某一個流經(jīng)電阻局部較大的介質(zhì)，則會在該處產(chǎn)生高溫，可能會致使周圍可燃物引燃，有時在漏電以及短路時產(chǎn)生的電火花也可能會產(chǎn)生火災(zāi)。漏電與短路除可以導(dǎo)致火災(zāi)外，也容易直接對人造成傷害。
2接觸電阻過大導(dǎo)致火災(zāi)
在綜合交通樞紐中，供電區(qū)域較廣，用電設(shè)備較多，從何導(dǎo)致了供電線纜、配電箱、開關(guān)柜數(shù)量的增多，而在線纜與用電設(shè)備、線纜與線纜、線纜與斷路器、熔斷器，線纜與電氣儀表等處均有接頭，接頭數(shù)量也隨之增多。如果接頭處理良好，則接觸電阻不會太大，接頭點的發(fā)熱就很少，可以保持在正常溫度運行。如果接頭中有雜質(zhì)，或者施工時連接不牢靠，或者一些其他原因使接頭接觸不良，則會造成接觸部位的局部電阻過大，當(dāng)電流通過接頭時，就會在此處產(chǎn)生大量的熱，形成高溫，嚴(yán)重時會引起金屬變色甚至熔化，引起纜線的絕緣層老化甚至發(fā)生燃燒，并引燃附近的可燃物或?qū)Ь€上積落纖維等，從而造成火災(zāi)。
3過載運行導(dǎo)致火災(zāi)
在樞紐中，由于用電設(shè)備的多樣性，以及運營后期設(shè)備的不斷增加使用，使用中極有可能會發(fā)生供電線路過載運行的情況，纜線在過載運行時，纜線的溫度就會升高，從而加快了纜線絕緣層老化變質(zhì)。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重過負(fù)荷情況時，導(dǎo)線的溫度會不斷升高，甚至?xí)鹄|線的絕緣層破壞而引起燃燒，并引燃導(dǎo)線附近的可燃物，從而造成火災(zāi)。
4電纜橋架，電纜支架內(nèi)環(huán)境溫度的升高引起火災(zāi)
在樞紐中，大量的電纜均通過封閉式金屬橋架進(jìn)行敷設(shè)，電纜橋架中電纜數(shù)量也較多，加上樞紐中各種負(fù)荷長期的運行，橋架內(nèi)溫度難免會升高，如此便會使電纜的絕緣層老化加速，從而加速絕緣層的破壞，從而引起火災(zāi)。
基于以上幾點，在天津西站綜合交通樞紐中設(shè)計了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)來預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。
根據(jù)GB50116—2013《火災(zāi)自動化報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》,對電氣火災(zāi)隧道的安裝提出要求。
三、電氣火災(zāi)監(jiān)控在天津西站樞紐中的應(yīng)用
1電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的定義
規(guī)范GB14287-2005《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》中將電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)定義為：當(dāng)被保護(hù)線路中的被探測參數(shù)超過報警設(shè)定值時，能發(fā)出報警信號、控制信號并能指示報警部位的系統(tǒng)，它由電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器組成。電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備是能接收來自電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的報警信號，發(fā)出聲、光報警信號和控制信號，指示報警部位，記錄并保存報警信息的裝置，也就是習(xí)慣稱呼的“監(jiān)控主機(jī)”。火災(zāi)監(jiān)控探測器又分為剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器和測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器。
規(guī)范GB50116—2008《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)有電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器以及線型感溫火災(zāi)探測器四部分組成。
本工程選擇了由監(jiān)控主機(jī)、剩余電流式探測器，測溫式探測器，感溫光纖式火災(zāi)探測器組成的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。
2天津西站樞紐電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計原則
西站樞紐包括鐵路站房工程、公交場站工程、樞紐控制中心工程、市政道路工程、南北廣場工程、地下停車場工程及軌道交通地下結(jié)構(gòu)工程等部分。如果整個樞紐采用一套電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，則所涵蓋范圍太廣，施工難度也較大，測量點太多，不易處理；此外，各個工程在運營階段分別隸屬于不同的產(chǎn)權(quán)單位，管理權(quán)并不統(tǒng)一，若使用一個系統(tǒng)，則容易引起管理混亂，權(quán)責(zé)不分。所以，在設(shè)計中，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在西站樞紐工程中是按工程的產(chǎn)權(quán)隸屬來進(jìn)行分別設(shè)置。
首先，西站樞紐中綜合監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計時按照各個不同的產(chǎn)權(quán)單位進(jìn)行了大區(qū)域分割。站房工程產(chǎn)權(quán)屬于鐵路，設(shè)立一套獨立電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，并納入鐵路SCADA系統(tǒng)；軌道交通地下工程納入其各自地鐵系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；公交場站工程以及市政道路工程由于用電負(fù)荷較少，建筑相對獨立，規(guī)模較小，未設(shè)單獨電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)；南北廣場工程、地下停車場工程以及控制中心工程管理單位一樣，可以作為一個監(jiān)控的大區(qū)域來考慮，本文以下將重點對該大區(qū)域火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置做詳細(xì)介紹。
3火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的具體設(shè)計
3.1火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)框架設(shè)計
由于該區(qū)域的建筑規(guī)模和用電設(shè)備的多樣復(fù)雜，特別是南廣場地下公共換乘區(qū)作為鐵路、汽車、出租車以及公交等的換乘節(jié)點，規(guī)模較大，配電系統(tǒng)復(fù)雜，若南北廣場、地下停車場以及控制中心由一個傳統(tǒng)意義的監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)，數(shù)據(jù)處理以及日后運營管理起來不是特別方便。
綜合考慮各種因素，將這一大區(qū)域的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)作為一個廣義的監(jiān)控系統(tǒng)來進(jìn)行處理，然后再按照每個降壓變電所的供電區(qū)域設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控分系統(tǒng)，即傳統(tǒng)意義上的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，這樣劃分的分系統(tǒng)需監(jiān)測電氣量并不十分龐大，同時也利于管理和查找故障點，便于運營維護(hù)和檢修。建立分系統(tǒng)之后，各分系統(tǒng)通過RJ45接口(通信協(xié)議TCP/IP協(xié)議)組網(wǎng)后首先接入換乘區(qū)綜合監(jiān)控室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，之后接入到控制中心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度管理主機(jī)。
可見，該廣義上的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要分為三級節(jié)點監(jiān)控：一級為控制中心綜合調(diào)度主機(jī)，二級節(jié)點為各個工程范圍內(nèi)的綜合監(jiān)控室，三級節(jié)點為各個工程的各變電所(系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī))。
3.2電氣火災(zāi)監(jiān)控分系統(tǒng)工作原理
電氣火災(zāi)各分系統(tǒng)由電氣火災(zāi)監(jiān)測主機(jī)、無線藍(lán)牙剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器、藍(lán)牙測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器、線型光纖電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器和數(shù)據(jù)集中器等部分組成。
無線藍(lán)牙剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器、測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器將其探測信號經(jīng)過藍(lán)牙無線方式傳輸給數(shù)據(jù)集中器，數(shù)據(jù)集中器將信號處理后經(jīng)過現(xiàn)場總線(總線長度小于800米時采用RS485,大于時采用通信光纖)上傳到監(jiān)控主機(jī)；線型電氣火災(zāi)探測器可與監(jiān)控主機(jī)直接連接。監(jiān)控主機(jī)實現(xiàn)對其各個信號的處理、報警、控制、統(tǒng)計、管理、通信等功能。電氣火災(zāi)詳細(xì)信息從該系統(tǒng)主機(jī)的圖形界面上查看。當(dāng)發(fā)生電氣火災(zāi)報警時，監(jiān)控主機(jī)、火災(zāi)報警控制器均發(fā)出聲光報警信號，但不聯(lián)動電氣設(shè)備的跳閘回路。監(jiān)控主機(jī)安放在變電所控制室內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)。監(jiān)控主機(jī)具備同時處理、連接測溫式電氣火災(zāi)探測器、剩余電流式電氣火災(zāi)探測器和線型感溫光纖探測器的能力，并將報警信息和溫度/剩余電流實時信息通過RJ45接口(通信協(xié)議TCP/IP協(xié)議)上傳到綜合監(jiān)控室內(nèi)系統(tǒng)主機(jī)，之后將信息上傳至控制中心。
3.3火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的檢測范圍與探測對象
由本文第2節(jié)可知，常見的火災(zāi)誘發(fā)由漏電或短路、接觸電阻過大、過載運行以及溫度升高所引起。基于此，系統(tǒng)檢測設(shè)備的檢測范圍與探測對象如下：
(1)目前統(tǒng)計的電氣火災(zāi)中，屬于漏電以及短路所引起的占到了60%,由于火災(zāi)在發(fā)生之前完全依靠傳統(tǒng)的人工巡查來發(fā)現(xiàn)漏電問題是不現(xiàn)實的，所以對漏電未造成進(jìn)一步火災(zāi)之前的預(yù)先報警顯得尤為重要，所以需要借助剩余電流互感器來進(jìn)行預(yù)先報警，以期早發(fā)現(xiàn)問題早解決，防止火災(zāi)發(fā)生。本工程剩余電流探測器選用具有藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸功能的剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器。
監(jiān)測范圍：低壓開關(guān)柜中所有回路、環(huán)控電控柜中除風(fēng)閥外的所有回路，商業(yè)照明配電箱主回路、所有動力配電箱主回路。
安裝位置：安裝在低壓開關(guān)柜或配電箱內(nèi)低壓開關(guān)的下方，安裝圖如下：
(2)面對接觸電阻過大引發(fā)火災(zāi)的問題，選用測溫式探測器進(jìn)行檢測。本工程選用接觸式布置的藍(lán)牙測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，對高低壓配電系統(tǒng)重要回路接頭部位的溫度進(jìn)行檢測，監(jiān)測這些回路的低壓開關(guān)觸頭、電氣連接處、母線接頭、電纜頭等位置的實時溫度。
監(jiān)測范圍：高壓開關(guān)柜手車接頭、低壓開關(guān)柜中電容器回路、有源動態(tài)補(bǔ)償回路、設(shè)備容量超過100kVA的回路，環(huán)控室環(huán)控電控柜的每個回路，商業(yè)照明及商業(yè)動力配電箱主回路。
安裝位置：高、低壓柜內(nèi)或配電箱內(nèi)，安裝圖如下：
(3)面對過載及電纜橋架等處溫度升高的火災(zāi)隱患，使用感溫光纖對其進(jìn)行檢測，線型光纖電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器保護(hù)對象為電纜橋架、電纜溝、電纜夾層、電纜豎井的溫度，根據(jù)設(shè)定的溫度限值，給出相應(yīng)的預(yù)警和報警。
監(jiān)測范圍：監(jiān)測電纜豎井內(nèi)電纜密集段、電纜橋架內(nèi)的電纜密集段(15條電纜以上)的電纜溫度，敷設(shè)示意圖如下：
如上所述，在本工程中在*常發(fā)生火災(zāi)的故障點分別設(shè)置了不同的探測器來進(jìn)行檢測，全面預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。
四、安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)
1概述
Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)中心的消防電子產(chǎn)品試驗認(rèn)證，并且均通過嚴(yán)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(yīng)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(zāi)的早期預(yù)防和報警，當(dāng)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(biāo)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(zāi)自動報警系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享。
2應(yīng)用場合
適用于智能樓宇、醫(yī)院、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(lǐng)域。
3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4系統(tǒng)功能
（1）監(jiān)控設(shè)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(shè)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(shè)備的“復(fù)位”按鈕或觸摸屏的“復(fù)位”按鍵遠(yuǎn)程對探測器實現(xiàn)復(fù)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。
（2）當(dāng)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(hù)電路或其他設(shè)備，當(dāng)報警消除后，控制輸出繼電器釋放。
（3）通訊故障報警：當(dāng)監(jiān)控設(shè)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(yīng)的探測器顯示故障提示，同時設(shè)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(dāng)主電源或備用電源發(fā)生故障時，監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息，可進(jìn)入相應(yīng)的界面查看詳細(xì)信息并可解除報警聲響。
（4）當(dāng)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(dāng)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
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應(yīng)用場合 |
型號 |
產(chǎn)品照片 |
功能 |
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消防控制室 |
Acrel-6000/B |
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適用于1~4條通信總線*多可連接256個探測器，可適用于壁掛安裝的場所。 |
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Acrel-6000/Q |
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適用于大型組網(wǎng)，壁掛式監(jiān)控主機(jī)數(shù)量較多且需集中查看的場所，主要監(jiān)測壁掛主機(jī)信息。 |
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一、二級 低壓配電 |
ARCM200L-Z2 |
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三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos中)，視在電能、四象限電能計量，單回路剩余電流監(jiān)測，4路溫度監(jiān)測，2路繼電器輸出，4路開關(guān)量輸入，事件記錄，內(nèi)置時鐘，點陣式LCD顯示，2路獨立RS485/Modbus通訊 |
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ARCM200L-J8 |
8路剩余電流監(jiān)測，2路繼電器輸出，4路開關(guān)量輸入，事件記錄，內(nèi)置時鐘，點陣式LCD顯示，1路RS485/Modbus通訊 |
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ARCM300-J1 |
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1路剩余電流監(jiān)測，4路溫度監(jiān)測，1路繼電器輸出，事件記錄，LCD顯示，1路RS485/Modbus通訊 |
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AAFD-□ |
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檢測末端線路的故障電弧，485通訊，導(dǎo)軌式安裝。 |
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ASCP200-□ |
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短路限流保護(hù)、過載保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測，1路RS485通訊，1路GPRS或NB無線通訊，額定電流為0-40A可設(shè)。 |
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短路限流保護(hù)、過載保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測，1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊，額定電流為0-63A可設(shè)。 |
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配套附件 |
AKH-0.66 |
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測量型互感器，采集交流電流信號 |
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AKH-0.66/L |
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剩余電流互感器，采集剩余電流信號 |
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ARCM-NTC |
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溫度傳感器，采集線纜或配電箱體溫度 |
五、結(jié)束語
（1）對于大型的綜合交通樞紐而言，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)該按照其產(chǎn)權(quán)的歸屬來進(jìn)行分區(qū)域設(shè)置。
（2）現(xiàn)場實踐表明，產(chǎn)權(quán)單位統(tǒng)一的大區(qū)域工程采用廣義火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)模式便于現(xiàn)場管理與故障點排除。
（3）在現(xiàn)場實際使用過程中，漏電探測器會發(fā)生誤報的現(xiàn)象，*后通過多次調(diào)整漏電報警閥值的調(diào)整得以解決，如果以后產(chǎn)品能夠做到根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與歷史檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行漏電閥值的自動修正，那么該系統(tǒng)將會更好。
總之，該系統(tǒng)在天津西站樞紐使用中得到了較好的效果，具有一定的推廣意義。
【參考文獻(xiàn)】
作者簡介：
龔永波，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電，Email: 28801392115@qq.com手機(jī)：18702101301 QQ:2881392115
