軌道交通區(qū)間隧道感溫光纖系統(tǒng)設(shè)置及應(yīng)用

朱麗娟

(蘇州軌道交通有限公司，江蘇蘇州 215006)

軌道交通區(qū)間隧道作為一級(jí)保護(hù)對(duì)象，其兩側(cè)敷設(shè)大量的電力電纜、弱電系統(tǒng)電纜，為實(shí)現(xiàn)此區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)探測(cè)和火災(zāi)報(bào)警，國(guó)內(nèi)采用的方案也有所不同。

1 區(qū)間FAS系統(tǒng)方案概述

通過(guò)對(duì)各城市軌道交通區(qū)間FAS系統(tǒng)的調(diào)研，區(qū)間FAS系統(tǒng)的設(shè)置方案目前主要有如下幾種:1)地下區(qū)間隧道外墻設(shè)置手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕(帶電話插孔)，地下區(qū)間隧道每隔50 m設(shè)置一個(gè)手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕(帶電話插孔)用于火災(zāi)時(shí)人員的手動(dòng)報(bào)警，以此確認(rèn)火災(zāi)發(fā)生位置，并結(jié)合行車情況、著火點(diǎn)的情況，啟動(dòng)相關(guān)聯(lián)動(dòng)程序。2)在區(qū)間消火栓旁邊設(shè)置消火栓報(bào)警按鈕，在消火栓旁邊設(shè)置消火栓按鈕，在火災(zāi)時(shí)，需要用水的情況下向車站級(jí)發(fā)出要求啟動(dòng)消防水泵的信號(hào)，啟動(dòng)消防泵為區(qū)間提供消防水源。3)在區(qū)間隧道設(shè)置感溫光纖探測(cè)系統(tǒng)。

2 區(qū)間感溫光纖系統(tǒng)的構(gòu)成及功能

隨著技術(shù)的發(fā)展，感溫光纖系統(tǒng)憑借其較高的利用率及擴(kuò)展性，已被較多城市的軌道交通所采用。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成概述

感溫光纖探測(cè)系統(tǒng)主要由光纖傳感器(即感溫光纜)、感溫光纜控制器(測(cè)溫主機(jī))和光纖測(cè)溫軟件、光纖連接器件等組成。

1)感溫光纖。光纖傳感器由石英玻璃光纖組成，外層為金屬護(hù)套，可以有效抵抗化學(xué)腐蝕、緩沖機(jī)械沖擊，可以在十分惡劣的條件下工作。

2)感溫光纜控制器(測(cè)溫主機(jī))。感溫光纜控制器由光頻發(fā)生器、切換電源、微處理器、網(wǎng)絡(luò)接口等構(gòu)成。用于光電轉(zhuǎn)換和信息處理，以監(jiān)測(cè)火災(zāi)信息、傳感器故障信息。控制器具有以太網(wǎng)和硬線等多種接口形式與其他系統(tǒng)連接。

3)光纖測(cè)溫軟件。光纖測(cè)溫軟件安裝在感溫光纜控制器上。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制、信號(hào)處理、顯示、儲(chǔ)存和打印及外部接口和其他擴(kuò)展功能的實(shí)現(xiàn)。

2.2 系統(tǒng)功能概述

1)實(shí)時(shí)監(jiān)視功能。能夠全面、連續(xù)、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)被測(cè)對(duì)象的火災(zāi)和溫度狀況，并對(duì)其準(zhǔn)確定位和各種報(bào)警。

2)智能故障分析。能夠?qū)Ρ粶y(cè)對(duì)象的正常溫度、異常溫度、火災(zāi)溫度進(jìn)行快速地判斷和分析，能夠準(zhǔn)確及時(shí)判斷被測(cè)對(duì)象的事故類型(如溫度異常、火災(zāi)、凍災(zāi)的類型)，顯示事故點(diǎn)的溫度/區(qū)域/位置。

3)數(shù)據(jù)處理功能。能夠?qū)Σ煌愋偷臄?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、保存、查詢、打印、復(fù)制。數(shù)據(jù)類型有整個(gè)被測(cè)范圍各點(diǎn)(1 m一個(gè)點(diǎn))的一級(jí)預(yù)報(bào)警數(shù)據(jù)，二級(jí)預(yù)報(bào)警數(shù)據(jù)，事故報(bào)警數(shù)據(jù)，異常溫度數(shù)據(jù)，正常溫度數(shù)據(jù)，日/月/年平均溫度數(shù)據(jù)，火情分析數(shù)據(jù)等。

4)具有信息化管理功能。感溫光纖火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)能夠提供全線地鐵隧道內(nèi)感溫探測(cè)光纖的溫度分布圖實(shí)時(shí)顯示，使操作人員對(duì)溫度分布一目了然。

可通過(guò)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口，將全線區(qū)間隧道的溫度和報(bào)警、系統(tǒng)故障信息上傳至控制中心，并在綜合監(jiān)控工作站顯示。

3 區(qū)間感溫光纖報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置方案

3.1 設(shè)置原則

1)區(qū)間隧道FAS系統(tǒng)總體原則。區(qū)間隧道火災(zāi)報(bào)警區(qū)域的劃分，在原則上以區(qū)間隧道的中點(diǎn)為界(但考慮到線纜過(guò)軌等因素，一般選擇在區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道處劃分)，前后區(qū)域分別納入相鄰車站FAS，相鄰車站的FAS車站級(jí)系統(tǒng)協(xié)同對(duì)區(qū)間隧道的火災(zāi)報(bào)警進(jìn)行監(jiān)控。

2)區(qū)間感溫光纖系統(tǒng)方案。同樣感溫光纖系統(tǒng)作為FAS的一部分，其管理模式與區(qū)間隧道FAS系統(tǒng)的總體原則保持一致。但考慮到區(qū)間感溫光纖報(bào)警系統(tǒng)的可靠性，提出如下幾種可實(shí)施方案:

方案一:上下行區(qū)間各敷設(shè)一根感溫光纖，以區(qū)間隧道中點(diǎn)為界，相鄰車站也同樣敷設(shè)一根感溫光纖至隧道中點(diǎn)，相鄰車站各管理半個(gè)區(qū)間(見(jiàn)圖1)。

圖1 方案一構(gòu)成示意圖

本方案界面清晰，兩端車站各管理半個(gè)區(qū)間，但區(qū)間感溫光纖或者主機(jī)發(fā)生故障時(shí)將對(duì)所管轄區(qū)間的火災(zāi)探測(cè)造成影響，整體投資較低，安全性一般。

方案二:上下行區(qū)間各敷設(shè)一根4芯以上的感溫光纖(每臺(tái)主機(jī)各用2芯，但所屬2芯不同時(shí)與兩臺(tái)主機(jī)連接)，物理上不劃分區(qū)間中點(diǎn)，但軟件界面上劃分車站所管轄的半個(gè)區(qū)間及下一車站所屬半個(gè)區(qū)間(見(jiàn)圖2)。

圖2 方案二構(gòu)成示意圖

本方案是方案一物理故障的一定改善，即當(dāng)感溫光纖主機(jī)發(fā)生故障時(shí)由另一個(gè)車站的主機(jī)代替故障車站所管轄區(qū)間的火災(zāi)探測(cè)。本方案在實(shí)施過(guò)程中需要對(duì)設(shè)備軟件的區(qū)域劃分，同時(shí)若一個(gè)車站的主機(jī)發(fā)生故障，另一個(gè)車站替代時(shí)，區(qū)間火災(zāi)的聯(lián)動(dòng)、報(bào)警確認(rèn)問(wèn)題將對(duì)運(yùn)營(yíng)管理有一定的影響，同時(shí)若站間距過(guò)長(zhǎng)對(duì)區(qū)間感溫光纖的要求及投資將成倍增加。

方案三:車站所管轄一端半個(gè)區(qū)間的上下行，敷設(shè)一根4芯以上的感溫光纖(上下行各用2芯，但所屬2芯不同時(shí)與一臺(tái)主機(jī)的兩個(gè)端口相連)，在區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道處迂回至車站主機(jī)，軟件界面上劃分上下行區(qū)間(見(jiàn)圖3)。

圖3 方案三構(gòu)成示意圖

本方案整體與方案二雷同，但車站主機(jī)的管理方式與方案一一致，均只管理所屬區(qū)間的火災(zāi)探測(cè)，本方案避免了因一路感溫光纖通信口發(fā)生故障時(shí)對(duì)系統(tǒng)造成的影響，相對(duì)方案二不會(huì)造成跨站火災(zāi)聯(lián)動(dòng)，報(bào)警確認(rèn)問(wèn)題，整體投資適中，可實(shí)施性較好。方案推薦。綜上所述，鑒于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警聯(lián)動(dòng)及報(bào)警確認(rèn)的特殊性及投資，建議采用方案三。

3.2 設(shè)備的布置

1)設(shè)備布置需要考慮的因素。隧道內(nèi)行車引起的震動(dòng);機(jī)車啟動(dòng)停止造成的電磁干擾;隧道內(nèi)的潮濕環(huán)境;隧道內(nèi)鼠類可能嚙咬設(shè)備造成損壞;其他影響系統(tǒng)運(yùn)行的干擾。

2)感溫光纖控制器的布置。感溫光纖控制器安裝在車站車控室或綜合監(jiān)控設(shè)備室內(nèi)。

3)區(qū)間隧道內(nèi)感溫光纜的布置。感溫光纖感知環(huán)境溫度的熱量來(lái)源包括輻射熱和對(duì)流熱，對(duì)流熱主要依靠熱空氣上升聚集于隧道頂部傳播，而輻射熱則基本采取直線形式傳播。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，輻射熱和對(duì)流熱對(duì)感溫光纖溫度探測(cè)的影響基本相當(dāng)，同時(shí)正如前述分析，對(duì)流熱傳播只有當(dāng)車廂內(nèi)火勢(shì)較大時(shí)才能被有效探測(cè)，所以對(duì)車廂的火災(zāi)探測(cè)應(yīng)考慮以輻射熱為主。所以感溫光纜應(yīng)該安裝于隧道內(nèi)壁與列車車窗等高處，這樣的話，如果車廂內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，感溫光纖可以透過(guò)車窗感知輻射熱量，從而提供對(duì)火災(zāi)的盡早報(bào)知。

在隧道兩側(cè)設(shè)備界限內(nèi)，分別安裝有環(huán)網(wǎng)供電電力電纜橋架和弱電電纜橋架，感溫光纜應(yīng)布置于電力電纜一側(cè)，同時(shí)提供對(duì)電力電纜的火災(zāi)探測(cè)保護(hù)。同時(shí)，因電力電纜橋架一側(cè)正好位于兩條行車隧道內(nèi)側(cè)，這樣布置感溫光纖還可以避免感溫光纖的跨軌鋪設(shè)。

根據(jù)前述感溫光纖布置，地鐵區(qū)間隧道內(nèi)的系統(tǒng)截面見(jiàn)圖4。

圖4 感溫光纖隧道內(nèi)布置示意圖

4 區(qū)間感溫光纖報(bào)警系統(tǒng)與其他相關(guān)系統(tǒng)的關(guān)系

1)與車站FAS系統(tǒng)的關(guān)系。感溫光纖報(bào)警系統(tǒng)主機(jī)通過(guò)繼電器或通信方式與FAS系統(tǒng)報(bào)警控制器通信，將區(qū)間的火警、故障信息，傳輸至FAS報(bào)警控制器。

2)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)系。分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)置與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的互聯(lián)接口，通過(guò)綜合監(jiān)控系統(tǒng)工作站查看系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息。

5 總體分析及展望

實(shí)際應(yīng)用證明感溫光纖系統(tǒng)憑借其較好的可實(shí)施性及性價(jià)比，是傳統(tǒng)區(qū)間隧道火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的有力補(bǔ)充，同時(shí)感溫光纖系統(tǒng)的其他擴(kuò)展應(yīng)用也在不斷的使用中擴(kuò)展引入。

1)對(duì)地下區(qū)間隧道內(nèi)溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。正常情況下，系統(tǒng)可兼作BAS的區(qū)間溫度探測(cè)器，進(jìn)行隧道環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)，可對(duì)隧道通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能控制;列車阻塞時(shí)，可依據(jù)隧道內(nèi)真實(shí)情況進(jìn)行阻塞模式控制。

2)對(duì)區(qū)間環(huán)網(wǎng)電纜的保護(hù)。系統(tǒng)可對(duì)區(qū)間環(huán)網(wǎng)電纜的發(fā)熱情況(主要是監(jiān)控電纜接頭的發(fā)熱情況)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在電纜接頭溫度異常時(shí)能及時(shí)告警處理，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)營(yíng)。

3)站臺(tái)板下及電纜夾層區(qū)域的火災(zāi)報(bào)警?，F(xiàn)階段未采用感溫光纖系統(tǒng)的軌道交通變電所電纜夾層下大多采用感溫電纜探測(cè)系統(tǒng)，因其存在較高的誤動(dòng)作及維護(hù)的不便，引起眾多運(yùn)營(yíng)部門(mén)的詬病。同時(shí)未設(shè)置相應(yīng)火災(zāi)報(bào)警設(shè)備的站臺(tái)板下，因存在眾多的電纜等也有較高的安全隱患。此時(shí)若區(qū)間設(shè)置感溫光纖系統(tǒng)，在光纖的布置時(shí)可將電纜夾層及站臺(tái)板下等不宜檢修的區(qū)域一并設(shè)置感溫光纖，可將以上問(wèn)題全部解決。

6 結(jié)語(yǔ)

感溫光纖系統(tǒng)作為一個(gè)比較新興的火災(zāi)探測(cè)手段，可以預(yù)知其在軌道交通行業(yè)中的應(yīng)用也將越來(lái)越廣。

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