中国市政工程华北设计研究总院 天津 300074
摘要：地下（半地下）污水处理厂建设的增多，电气防火问题越来越突出，从电气火灾监控系统的原理、设置依据、设置方法等多方面给出了设计应用的解决方案，使污水处理行业的设计人员更深入了解地下污水处理厂电气火灾监控系统的重要性和必要性，对地下污水厂电气设计起到很好的引导作用。
关键词：污水处理厂；地下；电气火灾；电气火灾监控系统
Analysis on the Application of Electrical Fire Monitoring System in Underground Wastewater Treatment Plant
GUO Tao1，ZHENG Xiaowen1，LU Yenan 1，WU Chen 1，WANG Yu 1
1. North China Municipal Engineering Design and Research Institute，Tianjin 300074，China
Abstract：In view of the increasing number of underground (semi-underground) sewage treatment plants, the problem of electrical fire prevention is becoming more prominent. Solutions for design and application of the electrical fire monitoring system are given from the aspects of its principle, setting basis and setting method, so that the designers of sewage treatment industry can have a better understanding of the importance and necessity of the electrical fire monitoring system in underground sewage treatment plants, and plays a very good guiding role in Electrical design of waterworks.
Keywords：wastewater treatment plant；underground type; electric fire; electrical fire monitoring system
1. 引言：
通过对近年设计的多个地下式（半地下式）污水处理厂电气火灾监控系统的应用研究，结合近年来国家及行业新规范，总结已有经验，使地下式（半地下式）污水处理厂电气火灾监控系统设计更合理、更科学。在理论研究的基础上，结合地下式（半地下式）污水处理厂设计通过和运行实践，探讨可以推广到将来地下式（半地下式）污水处理厂工程的设计及应用，提高工程设计的安全性。
2.电气火灾监控系统的安装：
电气火灾监控系统的探测器从功能上可以认为是一个功能多样化且具有多项保护功能的断路器，通过组网来实现对系统集中控制。探测器一般具有的基本功能为剩余电流探测和故障报警，根据实际需求来增加扩展功能，地下式（半地下式）污水处理厂实际设计中采用的扩展功能有短路保护、过载保护、过电压保护、欠压保护、缺相保护及防雷等。电气火灾监控系统的探测器将电流互感器、信号处理电路、电源变换电路、报警电路、断路器和通信接口集成为多功能型剩余电流探测断路器。
地下及半地下污水处理厂的电气火灾监控系统中，多功能探测器安装在配电箱（柜）内的进线位置来探测电流信号、剩余电流信号及其他需要物理量，监测的物理信号经分析处理后上传至火灾报警集中控制器，实现对保护线路的相应电流检测、剩余电流监测和故障分析。污水处理厂电气火灾监控系统可根据分析数据及预设对策方案，发送控制信号至相应回路断路器的脱扣结点以实现线路的准确保护。
电气设计首先要确定探测器的安装位置，在工程实践中电流探测器和漏电探测器安装在电气三级保护中的一级或二级。其中一级保护中电流互感器安装位置为总配电柜的电缆出线端，二级保护中电流互感器安装位置为区域或各构筑物配电箱电缆的进线端或出线端。
电气火灾监控系统的主机通常安装于有人值班的场所，可安装于消防控制室、中控室或值班室等场所。地下及半地下污水处理厂设计中，一般将各区域配电箱（柜）的探测数据通过总线汇总至消防控制室，在消防控制室内设置电气火灾报警主机，同时可与消防系统实现交互通讯。
3. 电气火灾监控系统的使用与线路故障检查
3.1 漏电报警分析与处理
系统中接到漏电报警信号后应及时查找供配电系统存在的问题，及早排除故障。根据污水处理厂的设计经验和实践应用，由接线不规范或接线错误导致的报警，不能简单判断为漏电造成的配电系统不安全，故障原因很高概率为配电箱中N线与PE线的接线错误导致的报警。必须仔细查找相应的接线问题才能解除报警信号。
3.2 漏电的检查方法
(1)污水厂属于中断供电会对社会造成重大影响和重大损失的用电场所，在不中断供电情况下，污水处理厂运行人员从电流互感器安装位置开始，使用钳形漏电电流表逐级逐条线路检测。地下污水处理厂中一般设置一个或多个分变电站，探测器安装位置在分变电站的低压配电电柜出线位置，遇到漏电探测器发生报警后，可以按照二级保护的分变电站到三级保护的各配电箱的顺序开始检测，逐级检查直至找到故障位置。
(2)从安装电流互感器的系统末端的二级配电的用电点开始逐级断开安装点以后的配电柜（箱）中的断路器来确定故障线路。从分变电站引出大量配电回路至区域或构筑物的配电柜（箱），各区域或构筑物的配电柜（箱）也会作为二级配电为下级配电箱提供电源，为确定漏电故障位置应按照配电顺序断开各级断路器，当某开关关闭时，如果漏电报警消失，则说明本线路或负载有问题，排除故障。
(3)在配电系统可以允许停电的情况下，污水厂运行工程师可以用兆欧表逐级逐条按照线路分别检测相线和中性线对她绝缘电阻值来找到故障位置。正常情况下，绝缘电阻值应在0.5MΩ以上，通常绝缘电阻值为4~5MΩ左右。
3.3重复接地或接线错误的检查方法
在电气火灾监控系统运行的实践中，有很多案例证明大量的误报对系统的运行带来很大影响，发生概率最大的误报为重复接地或接线错误造成的，如安装人员在设备安装过程中，会误将配电箱中N线和PE线搭接和错接，导致N线与PE线排发生电气连通；其他如N线绝缘损坏发生与穿线铁管接触也是系统运行中发生误报的大概率事情之一。
为解决重复接地和接线错误造成的系统误报，需要解除相应的故障。不允许停电时可以采用仪表测量法和观察法相配合检查。采用钳形电流表从电流互感器的安装位置以后检查问题线路；也可根据导线颜色，观察配电箱中N线和PE线是否错接搭接。允许停电时，断开N线接线端子，用万用表检查中性线（N线）和地线（PE线）是否搭接。如果搭接，其阻值为零。
4. 电气火灾监控系统的维护
产品安装后，应当经常检查和确保电气火灾监控系统是否处于正常监测状态，所以适时进行仪器的自我检查（使用系统一般自带的自检功能）以及进行被监测配电线路的电气绝缘性能检查（使用预检功能），绝缘性能的变化对维护电气火灾监控系统是十分必要的，并应做好相应事件的准确记录。监控设备的电气绝缘性能会随季节、气候及环境情况而变化，电缆温度会发生明显的变化，如系统运行在南方地区时，潮湿与高温天气使电缆绝缘性能发生了明显下降。
5．电气火灾监控系统软件设计
5.1 实时数据采集处理功能
地下及半地下污水处理厂电气火灾监控系统利用通讯前置机和串口服务器对分散安装于各构筑物或防火分区的监测单元进行就地组网，通讯管理机、服务器与上位主机通过局域网络实现数据交换，保证电气火灾监控系统的采集数据实时性和系统运行可靠性。消防控制室中的系统主机可以根据各区域的监测单元集中采集的电气参数如电流、漏电电流及温度，与电气火灾系统的设定值进行比较分析，显示出污水处理厂运行所需求的数据，让污水处理厂的运行人员可以在第一时间掌握现场运行状况。
5.2 事件报警与记录
污水处理厂供配电系统运行的各种参量越限、开关变位、电源状态、设备运行异常及各种操作信息均有相应的声光报警及提示信息，显示故障发生位置及故障详细说明，各种运行事件应按照要求顺序记录。污水处理厂运行人员可按照故障级别、发生时间及发生位置等进行组合查询，便于运行方可以根据报警信息及时排查事故现场，最快时间查找故障点并及时纠正排除故障。
5.3 历史数据存储
采集数据的存储时间周期可按照污水处理厂用户实际需求进行调整，一般电气设计中要求历史数据存储时间至少为24个月，周期性存储的分时数据主要为历史报表数据及历史曲线数据，为运行或实验数据分析提供查询数据源，污水处理厂用户提供可以通过加密的数据库接口，实现对监测数据的随时进行查询、显示和备份。
电气火灾监控系统图参见图1。
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图1电气火灾监控系统图
5.4系统管理：
污水处理厂的电气火灾监控系统具有单独的管理系统，实现对配电系统的安全管理、运行人员的操作管理和检修维护管理的精确化集成。在半地下和地下污水处理厂设计中，对管理系统的系统都要求建立各主要配电、工艺和暖通设备的台帐的要求，提供维护污水处理厂安全运行状态的数据记录；电气火灾监控系统的系统搭建、组网和调试一般由设备厂家统一完成，为保证运行系统的安全，一般在招标文件要求管理系统可以支持多种权限和密码设置，向系统管理员和污水厂运行人员提供分级密码。
5.5事故追忆：
电气火灾监控的控制系统应自动保存发生故障前后20秒的实时状态数据，为分析故障原因提供数据支持。工程师和运行人员依靠事故追忆功能和其他电气分析软件，实现精确和高效的发现供电系统的火灾隐患。控制软件应实现全天候在线自动安全监控供配电系统线路的运行状态，根据故障类型发出报警提示，实现及时排除系统运行故障。
6．电气火灾监控系统的应用实例
陕西渭河某污水厂为例，厂区负荷等级为二级，两回线路供电。污水厂供电电源采用两路电源10kV供电，两路电源互为备用，每路电源均可承担全厂100％的二级运行负荷。
本工程在雨水泵站旁设置一座10kV变电站，负责全污水厂变电站的10kV电压供电。
污水厂箱体内设置分变电站2座，10kV进线电源由总变电站引接；1＃变电站预处理区、鼓风机房、污泥处理车间、生物池、初沉池等设备用电与控制。2＃变电站供MBR膜设备间、水源空调站、紫外消毒渠、再生水泵房、加药间等建构筑物内设备用电与控制。
6.1监控主机
污水处理厂的监控主机设置于综合楼内的消防控制室，根据国家相关规范，消防控制室要保证人员长期职守，职守人员应在第一时间内发现并处置报警信息。消防控制室布置参见图2。
电气火灾监控主机设备布置应遵照《民用建筑电气设计规范》和《火灾自动报警系统设计规范》中相应条文。主机应实时显示故障时漏电数值、线缆温度数值和电流值等电气火灾监控参数，当发生故障时，运行人员可依靠电气火灾报警主机发现报警信号发生的位置和确定配电箱编号，要求主机可以实现参数调整功能，工程师能够查询、设定和修改各监控器的有关参数。
为便于管理者和远行人员查询和存档运行记录，监控主机的各种故障报警信息应按照管理规定储存和打印;根据实际的建筑条件和系统要求来选择监控主机的类型，在已有污水厂设计中一般选择立柜式监控主机，小型污水处理厂、改造项目或建筑面积紧张的条件下选用壁挂式。
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图2 消防控制室布置
6.2变电所低压配电出线回路
在1＃变电站和2＃变电站的低压柜馈线回路中设置电气火灾监控探测器，电流互感器安装于配电室配电回路的电缆出线端。变电站的电气火灾监控探测器设置示意图参见图3。
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图3 变电站的电气火灾监控探测器设置示意图
6.3消防负荷的电源配电箱
根据规范及其他专业的资料，地下箱体中的消防负荷为应急照明、消防风机及消防卷帘门等，在配电箱进线开关中设置探测器。消防负荷配电箱的监控探测器设置示意图参见图4。
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图4 消防负荷配电箱的监控探测器设置示意图 图5 配电干线配电箱总开关的监控探测器设置示意图
6.4普通电力干线配电箱的总开关
地下箱体中的动力负荷除消防负荷外主要为照明配电箱、送风风机及各单体动力负荷，在各动力配电箱进线开关中设置漏电火灾探测器。动力配电箱的监控探测器设置示意图参见图5。
7．结论
通过对地下式（半地下式）污水处理厂电气火灾监控系统的应用研究，可以规范地下污水厂电气防火设计，形成标准化设计。可以更好地服务于排水行业的工程建设，
结合近年来的地下污水厂的增多、区域自动化控制和系统可靠性要求的提高，及时研究新技术和实践经验，使排水工程系统的电气设计有更高可靠性和自动化程度，并且实现设计的规范化及标准化。相应的设计研究及经验如能在行业推行，将对行业的规范设计有着非常大的借鉴作用。
8．参考文献
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作者简介：郭韬(1986- ），男，天津市人, 硕士, 工程师, 主要研究方向为污水处理厂的电气设计。