某高速公路隧道火災自動檢測報警系統

劉偉亮

溫州繞城高速公路有限公司，浙江溫州 325000

某高速公路隧道火災自動檢測報警系統

劉偉亮

溫州繞城高速公路有限公司，浙江溫州 325000

本文對比常用隧道火災自動檢測報警系統的工作原理、性能及優缺點，結合某高速公路隧道群的工程實際，選擇相應的隧道火災自動檢測報警系統。

隧道火災；自動檢測報警系統；設計方案

火災自動檢測報警系統主要是通過火災探測器對物質燃燒過程中產生的各種物理、化學變化進行檢測，從而能夠盡早發現火情、減少火災損失，保護人民生命財產安全。本文主要根據某高速公路隧道的特點，分別設計光纖分布式測溫系統（以下簡稱DTS系統）和雙波長火焰探測系統方案進行對比分析。

1 DTS系統

1.1 工作原理

光纖用作溫度探測器的主要依據是光纖的光時域反射（OTDR）原理以及光纖的背向拉曼散射(Raman Scatforing)溫度效應。DTS根據OTDR原理進行分布式溫度探測和跟蹤。系統向光纖發射一束脈沖光，通過測量發入射光和反射光之間的時間差，可以得出發射散射光的位置和入射端的距離。

反射光中有一種稱作Raman散射光，其含有兩種成份光，一種光與溫度無關，而另一種光的強度則隨溫度變化，根據實測兩種成份光之比便可計算出溫度值。光纖測溫方式，直接測量的是Raman反射光中兩種成分之比，與絕對值無關，因此即使光纖隨時間老化，沿程光損失增加，仍可消除光損失的影響，從而可一直保證測溫精度。

1.2 系統基本構成的主要部分

1）DTS主機；

2）探測光纖及光纖接線盒；

3）火災報警計算機。

1.3 DTS系統功能

1）溫度的實時監控

以圖形或者溫度數字筐的形式實時顯示隧道內環境溫度，可根據用戶要求按任意長度、不同或相同報警溫度劃分防火分區，發生報警時可自動彈開軟件界面。

2）準確性

DTS溫度分辨率達到±1 ℃，溫度精度±2 ℃。根據由用戶設定的每個防火分區的平均溫度值、最高溫度值、溫升速率報警，并且每次報警都有預報警，在預報警后可以由人工手動確認報警。系統也可以自動在預報警后3S再次核實溫度而自動報警。

3）先進性

通過采用不同的外護套材料，DTS系統可適應各種復雜的環境。在發生火災時現場操作人員可根據實時溫度曲線的變化，以及文本記錄溫度表的溫度值來評估火災現場情況，并判斷火災蔓延的趨勢，為現場人員及時拯救、滅火以及隧道的相關控制操作提供依據和數據。

4）安全性

具備安全記錄功能，可儲存1年以內的歷史數據，供隨時查詢歷史工作狀態；可通過調制解調器由專門工程師提供最低限度的系統遠程診斷；如果光纖受損，DTS系統可以即時定位受損點；探測光纖本身安全，采用光信號，不會與動力電纜之間產生相互電磁干擾。

2 雙波長火焰探測系統

2.1 工作原理

雙波長火焰探測器根據火焰光按周期變化具有特有頻率的特點，通過過濾器檢測火焰特有頻率(1Hz～ 15Hz)作為探測信號。探測器內有2個檢測部件，分別用于火焰輻射探測和環境光、自然光產生的輻射監視。當隧道內發生火災時，火焰檢測部件的信號幅值大于監視部件的便會報警，但是當監視部件上的信號較強時，說明存在外部干擾輻射，此時不報警。

2.2 系統組成

1）火災綜合盤（包含雙波長火焰探測器、手動報警按鈕、電話插孔、信號轉換器等；

2）消防主機；

3）避雷器；

4）屏蔽雙絞線和控制電纜；

5）火災報警計算機。

2.3 系統功能

1）準確性

由于是捕捉輻射光，所以能夠不受氣流的影響，報知準確的火災位置。

2）高靈敏度

具有水平180°，垂直120°廣泛的監視視野和半徑40m的探測距離，具有極高的靈敏度，能夠及早發現40m遠0.5m2的汽油火災。

3）安全性

不會因隧道內的鈉蒸汽等、熒光燈和其他車輛燈光而動作，因為采用密封結構，對隧道內的滲水、廢氣、瓦斯有出色的耐久性。

3 兩種方案應用

3.1 采用DTS系統

某高速公路隧道均為單洞三車道的隧道，考慮到一般探測光纖的檢測范圍，采用在單洞隧道內敷設2 根探測光纜的形式。為了每根探測光纜能更好的覆蓋隧道的各個地方，將第1根探測光纜敷設在第一和第二行車道相接部分對應的隧道頂部，第2根探測光纜敷設在第三車道的中線位置對應的隧道頂部。

以A隧道（左洞2455m，右洞2445m）為例，采用1 臺DTS200-240（4km，4 通道）光纖火災自動報警控制主機對此隧道的火情進行實時自動監測。采用1 臺EST3 火災報警控制器，通過2 路總線帶手動報警按鈕對隧道左右洞進行手動監測。將DTS光纖分布式溫度監測系統主機和EST3 火災報警控制主機放置在隧道口的變電站里。報警區間長度按100m區間定位。

探測光纜安裝如下：

通道1、通道2：探測光纜的一端連接在DTS 光纖分布式溫度監測系統主機上的1＃和2＃光纖接口上，另一端分別沿電纜溝進入左線隧道的頂部直線敷設至此線隧道的末端。見圖1。

通道3、通道4：探測光纜的一端連接在DTS 光纖分布式溫度監測系統主機上的3＃和4＃光纖接口上，另一端分別沿電纜溝進入右線隧道的頂部直線敷設至此線隧道的末端。

手動按鈕按照間隔50m一個，分別安裝于隧道的側壁上。

圖1 DTS系統設備安裝示意圖

3.2 采用雙波長火焰探測系統

同樣也以A隧道為例，采用1臺火災自動報警控制器主機對此隧道的火情進行實時自動監測，報警信號經過避雷器傳送到報警主機。將火災自動報警控制器主機和避雷器放置在隧道口的變電站里。

隧道內綜合盤安裝于隧道右側壁，每隔50m安裝一個，所有綜合盤經避雷器連接至隧道消防主機，主信號線采用2*4mm屏蔽雙絞線，電源線采用2*2.5mm屏蔽雙絞線，安裝示意圖詳見圖2。

圖2 雙波長火焰探測系統設備安裝示意圖

3.3 性能比較

DTS系統和雙波長火焰探測系統的性能比較如下表所示：

火災自動檢測系統 DTS系統 雙波長火焰探測系統探測器類型 線型感溫探測器 點型火焰探測器安裝位置 沿隧道敷設于隧道頂部中間 間隔50m安裝于隧道一側探測反應時間時間較長：由于隧道內風速大；強風將豎直向上擴散熱流方向變傾斜，延長探測器反應時間；環境溫度較低時，火災已發展到一定規模，但隧道頂部溫度仍較低。時間短：探測器依靠火焰光譜和頻率報警，通過探測器中的部件，可有效避免環境對這兩個參數的干擾實時性火災點的準確定位、火勢蔓延方向、現場的溫度分布火災的確切位置

監測范圍3車道隧道需兩通道，單通道最大檢測范圍30km，適用于特長隧道風速小于12m/s的工況下，探測器受光窗污損率（光學減光率）0%時，探測半徑40 m；探測器受光窗污損率（光學減光率）50%時，探測半徑30m，可監視3車道或4車道隧道；適用于大斷面隧道和自然風速較高的隧道漏報率 較低較高：探測器安裝在一側墻壁，存在盲區；隧道中有物體遮住火焰或陰燃誤報率較高：隨著季節的變化隧道內的溫度不同，系統靈敏度和報警閥值難以調節；受風速影響，火災發生點溫度很高，但到達頂部時溫度低了很多較低：雷電天氣偶爾引起誤報可采用避雷器避免防火分區的劃分較簡單：可以通過上層控制管理軟件任意設置防火分區，不同防火分區采用不同的報警方式，還以針對不同的外聯系統設置的不同的防火分區方式。較復雜：該探測器為點式探測器，不易進行靈活的防火分區劃分不能很好的配合其他隧道系統融合使用維護感溫光纖需安裝在隧道頂部，施工維護較困難，維護頻率低；每隔三年更換激光發光源置于隧道側壁方便清洗與維護

4 結論

隧道火災自動報警系統必須做到安全、可靠，并具有高靈敏度和極低的誤報率。雙波長火焰探測系統報警時間短，靈敏度極高，某高速公路隧道為單向三車道隧道，且地處山區、自然風較大，因此采用雙波長火焰探測系統；至于DTS系統，其造價略高于雙波長火焰探測系統，且誤報率較高，隧道內溫度四季變化，系統靈敏度和報警閥值難以調節，維護較困難，故未采用此系統。

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1674-6708（2011）53-0188-02