关于电气火灾监控系统与电气火灾防护在实际应用中的可行性分析
摘要：在社会发展水平不断提升的背景下，人们的用电量逐渐攀升，电气火灾发生率也有所上升，只有做好火灾监控与防护工作才能够保障用电安全。基于此，针对电气火灾监控系统与电气火灾防护进行了分析，以期优化电气火灾防护效果。在查阅并分析相关资料后发现，灵活应用现代化监控与防护手段有利于降低电气火灾发生概率，保障人们的人身安全。因此，在开展电气火灾防范工作时应根据实际需求设计完善的电气火灾监控系统并不断提高电气设计水平、加强针对性防护。
关键词：电气火灾；监控系统；火灾防护
引言：经过调查研究发现，电气火灾事故发生量逐年攀升，对社会安全与稳定产生了较大威胁。而灵活应用信息技术手段与智能化设备有利于全面监控电气火灾，为电气火灾的防护提供支持，因此需要提高对监控系统与防护措施的重视程度，从而减少电气火灾的发生概率。
1. 电气火灾概述
1.1 概念
电气火灾主要指电气线路、用电设备、供配电设备等出现故障性 / 非故障性释放热能且引燃本体或其他可燃物而引发的火灾，多发生在建筑物当中，可能会演变为重特大火灾事故，具有较大的危险性 [1]。
1.2 原因
电气火灾主要是由短路、电阻过大以及过载等因素造成的。第一，短路。短路指的是不同电位的导电部分直接金属性连接或经过小阻抗连接在一起，主要包括金属性短路与电弧性短路，是引发电气火灾的关键原因之一 [2]。
例如，一些电气设备在运行过程中可能会出现短路等问题，这会导致短路点附近出现电弧与电火花，继而引燃附近的可燃物品进而造成电气火灾。第二，电阻过大。这一问题指的是导线与导线、导线与配用电设备之间在连接时出现接触电阻过大的问题且使局部产生高温、电弧，继而引燃附近的可燃物，主要是由接头松动、线路连接处氧化等原因造成的。第三，过载。若导线中的电流超过安全载流量时，导线就会出现高温并引燃附近可燃物，造成电气火灾。
2. 电气火灾监控系统及其设计
2.1 电气火灾监控系统
在用电量不断增加的过程中，电气火灾事故发生率越来越高，利用传统的保护设备已无法有效防范电气火灾，而应用电气火灾监控系统可有效防范火灾并提高安全用电水平，所以需要充分了解电气火灾监控系统。
2.1.1 原理与构成
第一，原理。电气火灾监控系统灵活应用了电子技术、网络技术以及通信技术等，在运行过程中可以对电气线路与电气设备进行实时监控，全面采集线路与设备的电流、温度以及剩余电流等参数，并对数据信息进行过滤、放大、对比等处理，最终判断数据指标是否超过预定值并发出相应的报警信号 [3]。
第二，构成。电气火灾监控系统主要是由火灾监控单元、区域监控主机、中心监控主机以及数据库服务器共同构成，其中火灾监控单元可以通过传感器检测电气参数并经过现场总线将数据信息输送至区域监控主机中 ；区域监控主机可以监控、存储数据并实现报警显示与查询 ；中心监控主机位于监控中心，具备通知、联动等多个模块 ；数据库服务器是数据中心，可有效存储数据。
2.1.2 电气火灾监控探测器
电气火灾监控探测器是监控系统的关键构成部分，可有效检测出隐蔽性的火灾风险。常用的探测器类型有剩余电流式、测温式，不同类型探测器的主要功能不同。第一，剩余电流式探测器。这种探测器在配电线路状态监控中发挥着重要作用，可以及时检测出电气故障与火灾隐患，降低电气火灾的发生概率。在应用过程中应严格控制探测器的使用数量以及安装位置，从而优化使用效果。第二，测温式探测器。过热问题可能会引发电气火灾，而应用测温式电气火灾监控探测器可有效检测出线路过热或接头过热等问题。常用的测温式探测器有接触式与非接触式这 2 种类型，在应用时应根据火灾防范需求选择合适的类型，且需要优先将探测器安装在配电柜当中，提高过热问题的检测效率。第三，电弧式探测器。电弧所产生的能量可能会引燃周边的可燃物，应用电弧式探测器可以有效控制配电线路的末端，充分了解电弧的产生情况，所以可以将这种类型的探测器应用在电气系统中 [4]。第四，测量热解粒子式探测器。这种探测器可有效监控电气故障以及系统温度变化情况，且可以在发生明火前进行报警，有利于减少火灾的发生。
2.1.3 电气火灾监控设备
电气火灾监控设备主要包括监控主机、以太网模块、触摸屏模块等。第一，监控主机。监控主机处于核心地位，具有报警声光输出、存储报警记录等功能，在系统中发挥着重要作用。第二，以太网模块。以太网传输具有速度快、可靠性强等优势，可以为数据信息的传输提供支持，所以需要科学选择以太网模块。第三，触摸屏模块。在系统智能化水平不断提升的背景下，触摸屏模块成为系统的关键设备，有利于实现人机互动。在选择触摸屏模块时需要充分考虑设备性能、功能以及实用性等情况。第四，存储模块。电气火灾监控系统在运行过程中需要存储温度、剩余电流等数据，对存储设备的要求相对较高，所以需要选择存储能力强的设备。
2.2 电气火灾监控系统设计
在应用电气火灾监控系统前不仅需要了解系统，也需要做好系统的设计工作，确保系统符合实际需求。
2.2.1 硬件设计
第一，监控设备硬件总体设计。在进行电气火灾监控系统设计时应优化监控设备硬件总设计，将 U 盘存储、触摸屏、以太网、电源电路、复位电路等模块纳入系统中，并将各个模块与监控设备 CPU 连接在一起。
第二，监控设备控制芯片。控制芯片在监控设备中发挥着重要作用，会对电气火灾监控产生较大影响，所以需要灵活应用单片机，提高控制效率。常用的单片机有 AVR、51、PIC 等不同系列，其中 AVR 与 PIC 系列的单片机具有执行效率高等优势，且 PIC 单片机具有存储空间大、功耗低、可靠性高等优势，因此可以将 PIC 单片机应用在监控设备中。在明确单片机后需要做好单片机的引脚分配工作，充分发挥单片机的作用。
第三，现场总线电路设计。在进行现场总线电路设计时应做好通信芯片选择以及电路设计等环节的工作。首先，RS-485的抗干扰能力相对较强、传输距离相对较远，比较符合电气火灾监控的需求，所以可以应用 RS-485 总线 [5]，且需要选择合适的控制芯片，进一步提高系统的传输速率。其次，若总线上任何一个节点出现故障，总线都可能无法正常运行，所以需要在总线中设置 PTC 自恢复保险，使 PTC 电阻直接保护总线。再次，电气控制现场较为复杂，若电压超过接收器的极限接收电压就会损坏芯片，因此需要利用直流电压转换模块对系统电源与通信芯片电源进行隔离处理。最后，需要将光耦器件应用在系统中并优化光耦抗干扰电路设计。
第四，数据存储模块设计。这一环节包括存储模块设计、存储模块接口电路设计等内容，应根据实际需求进行设计。剩余电流值、温度值等数据在电气火灾隐患的判断中发挥着重要作用，只有全面存储电气系统的数据信息才能够为隐患判断提供数据支撑，所以需要灵活应用 U 盘，通过 U 盘存储数据信息。另外，需要利用 SPI 接口将监控主机系统与存储模块连接在一起，充分发挥存储模块的作用。
第五，触摸屏模块设计。触摸屏在人机交互中具有重要作用，可以让工作人员查询数据并控制系统。在设计时需要选择合适的智能终端，通过该终端进行控制、查询以及显示。且需要优化触摸屏与监控主机之间的接口电路设计，通过 5 V 直流电源直接供电。
第六，以太网模块设计。在电气火灾监控系统中应用以太网模块可以让工作人员远程监测火灾探测器并获取相应的数据信息，因此应合理选择以太网扩展方案，实现网络数据包与单片机数据的透明传输。且需要进行单片机的扩展，通过扩展出的串口连接以太网。
2.2.2 软件设计
软件设计在电气火灾监控系统设计中占据着重要地位，应提高对这一环节的重视程度。第一，应优化软件总体设计。应将自检程序、初始化程序纳入总体设计中，通过自检程序使监控设备自动检测探测器的功能，判断探测器是否能够正常使用，若不能便自动报警，通过初始化程序使探测器进入正常运行状态。第二，应优化通信软件设计。硬件中的现场总线需要通信软件的支持，因此应优化通信软件设计。首先，应科学选择通信协议。Modbus 协议具有数据采集等功能，可以对主机与从机之间的工作形式进行规定与控制，所以需要将其 RTU 模式应用在电气火灾监控系统的通信软件中。其次，应优化循环冗余校验算法。在通信过程中，数据可能会受到分布参数、传输距离等多种因素的影响，很可能会出现一些问题，而应用循环冗余校验这种算法可以对数据传送进行校验，为此需要将其应用在通信软件中。最后，应优化发送程序。在 RTU 模式中，时间会对报文间隔产生较大影响，所以需要在接收与发送程序中应用串行通信模块。
作者介绍：
曹华伟，男，现任职于安科瑞电气股份有限公司
Tel:137/7441/3253（V同号）
3.安科瑞电气火灾监控系统介绍
3.1概述
Acre1-6000电气火灾监控系统，是根据现行规范标准由安科瑞电气股份有限公司研发的全数字化独立运行的系统，已通过消防电子产品质量监督检验的消防电子产品试验认证，并且均通过严格的EMC电磁兼容试验，保证了该系列产品在低压配电系统中的安全正常运行，现均已批量生产并在全国得到广泛地应用。该系统通过对剩余电流、过电流、过电压、温度和故障电弧等信号的采集与监视，实现对电气火灾的早期预防和报警，当必要时还能联动切除被检测到剩余电流、温度和故障电弧等超标的配电回路;并根据用户的需求，还可以满足与AcreIEMS企业微电网管理云平台或火灾自动报警系统等进行数据交换和共享。
3.2应用场合
适用于智能楼宇、高层公寓、宾馆、饭店、商厦、工矿企业、重点消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等领域。
3.3系统功能
监控设备能接收多台探测器的剩余电流、温度信息，报警时发出声、光报警信号，同时设备上红色“报警”指示灯亮，显示屏指示报警部位及报警类型，记录报警时间，声光报警一直保持，直至按设备的“复位”按钮或触摸屏的“复位”按键远程对探测器实现复位。对于声音报警信号也可以使用触摸屏“消声”按键手动消除。
当被监测回路报警时，控制输出继电器闭合，用于控制被保护电路或其他设备，当报警消除后，控制输出继电器释放。
通讯故障报警：当监控设备与所接的任一台探测器之间发生通讯故障或探测器本身发生故障时，监控画面中相应的探测器显示故障提示，同时设备上的黄色“故障”指示灯亮，并发出故障报警声音。电源故障报警：当主电源或备用电源发生故障时，监控设备也发出声光报警信号并显示故障信息，可进入相应的界面查看详细信息并可解除报警声响。
当发生剩余电流、超温报警或通讯、电源故障时，将报警部位、故障信息、报警时间等信息存储在数据库中，当报警解除、排除故障时，同样予以记录。历史数据提供多种便捷、快速的查询方法。
4.配置方案
5.结语
全面监控和防护电气火灾可以保障人们的安全和社会稳定发展，因此需要充分了解电气火灾监控系统的原理与构成并根据实际需求优化系统的软硬件设计，同时也需要不断提高电气设计水平、强化针对性防护并做好线路火灾、照明火灾等事故的防护工作，将火灾防范落实在各个环节中。
参考文献：
[1]蒋剑锋,杨留方,徐天奇,等.单片机与LoRa通信模块的电气火灾探测器设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2021,21(1):84-87.
[2]任金伟.物联网视角下医疗设备电气安全监控系统研究[J].电气自动化,2021,43(3):24-25+47.
[3]田纯.基于LoRa的智能建筑电气火灾自动报警系统设计[J].自动化技术与应用,2022,41(11):65-68+91.
[4]于兰,贾振国.基于神经网络技术的电气火灾预警系统研究[J].自动化与仪表,2022,37(8):19-23+35.
[5]赵月爱,郭兴原.基于多源数据协同感知的电气火灾预警算法研究[J].太原理工大学学报,2021,52(6):907-912.
审核编辑 黄宇
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