避免火災(zāi)報警系統(tǒng)因強電干擾發(fā)生故障報警的改進(jìn)措施

黃永波

(廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，510010，廣州//高級工程師)

為盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi),實行消防救災(zāi)，城市軌道交通工程中均設(shè)有火災(zāi)報警系統(tǒng)(FAS)。FAS采用控制中心和車站二級管理，控制中心、車站、就地級三級監(jiān)控方式設(shè)置，對全線及各建筑進(jìn)行火災(zāi)探測、報警和控制。FAS負(fù)責(zé)實現(xiàn)火災(zāi)探測、向車站控制室及線路運營控制中心(OCC)發(fā)出火災(zāi)警報、報告火災(zāi)區(qū)域，并同環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)配合或獨立實現(xiàn)消防設(shè)備的聯(lián)動控制[1]。因此，F(xiàn)AS運行的可靠性對城市軌道交通的整體消防安全起著至關(guān)重要的作用。在實際工程中，F(xiàn)AS屬于采用低電壓工作的弱電系統(tǒng)。FAS在實現(xiàn)火災(zāi)探測及報警功能的同時，還需接入各類外部被控設(shè)備，而這些設(shè)備很多是由AC 220 V強電供電的。如果FAS與外部被控設(shè)備的接口方式處理不當(dāng)，F(xiàn)AS往往會因被控設(shè)備的接入而受到強電的干擾，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)各類故障報警，影響系統(tǒng)正常運行。本文對此進(jìn)行具體分析并提出相應(yīng)的解決措施。

1 地鐵車站常用FAS設(shè)計方案

地鐵車站的FAS一般由圖形工作站、火災(zāi)報警控制盤(FACP)、探測器(如感煙探測器、感溫探測器等)、手動報警按鈕、輸入模塊和輸出模塊等組成。車站FAS網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)方案，各類探測器、手動報警按鈕等均采用二總線方式接入相應(yīng)環(huán)路。同時，采用帶地址碼的單點輸入模塊和輸出模塊實現(xiàn)對相關(guān)消防救災(zāi)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視或聯(lián)動控制[2]。地鐵車站的FAS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成方案如圖1所示。

2 FAS與被控設(shè)備接口設(shè)計方案存在問題分析

通常，城市軌道交通工程中由FAS進(jìn)行監(jiān)視或控制的設(shè)備包括防火閥、感溫電纜控制器、消防水泵、專用排煙風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)閥、非消防電源回路、AFC(自動售檢票)閘機(jī)、門禁、應(yīng)急照明回路、防火卷簾、聲光報警器等。其中，采用AC 220 V電源供電的設(shè)備包括消防水泵、專用排煙風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)閥、非消防電源回路、應(yīng)急照明回路、防火卷簾等。FAS與這些設(shè)備的接口一般采用硬線接口的形式。即通過硬線控制電纜將這些設(shè)備的狀態(tài)信息反饋接線端子與FAS的監(jiān)視模塊接線端子進(jìn)行連接，實現(xiàn)FAS系統(tǒng)對這些設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視；通過硬線控制電纜，將其中需要FAS控制的設(shè)備的控制指令接收接線端子，與FAS的控制模塊接線端子進(jìn)行連接，實現(xiàn)FAS系統(tǒng)對這些設(shè)備運行的控制。

圖1 地鐵車站FAS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成圖

以FAS對專用排煙風(fēng)機(jī)的監(jiān)控為例，在以往工程中通常采用的接口設(shè)計方案如下[3]：

(1) 接口位置：在風(fēng)機(jī)控制柜的相關(guān)接線端子上。

(2) 接口說明：FAS通過輸出模塊提供一組獨立不帶電、不接地的常開觸點控制風(fēng)機(jī)的啟停，通過輸入模塊接收風(fēng)機(jī)反饋的運行狀態(tài)信號，并通過FACP上的狀態(tài)指示燈進(jìn)行顯示。

FAS與專用排煙風(fēng)機(jī)的接口示意圖如圖2所示。

該接口設(shè)計方案中，F(xiàn)AS對排煙風(fēng)機(jī)的控制電纜采用了被控設(shè)備方提供的AC 220 V強電工作電壓而對采用DC 24 V弱電工作電壓的監(jiān)視電纜產(chǎn)生電磁干擾，使得超過FAS正常工作電壓范圍的高電壓通過輸入模塊進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部，導(dǎo)致FAS系統(tǒng)邏輯判斷紊亂，出現(xiàn)故障報警的情況。特別是在監(jiān)控電纜屏蔽性能較差或強弱兩種不同工作電壓的電纜在同一線槽內(nèi)敷設(shè)又未設(shè)分隔板時，這種情況表現(xiàn)更為突出。即使監(jiān)視電纜和控制電纜主干路由部分嚴(yán)格分管、分槽敷設(shè)，但在柜內(nèi)、箱內(nèi)仍不可避免地存在局部緊鄰而造成干擾的情況。GB 50116—2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中第11. 2. 5條規(guī)定：不同電壓等級的線纜不應(yīng)穿入同一根保護(hù)管內(nèi)，當(dāng)合用同一線槽時，線槽內(nèi)應(yīng)有隔板分隔。由筆者負(fù)責(zé)設(shè)計的國內(nèi)某條城市軌道交通線路中的FAS對部分設(shè)備的監(jiān)控就因采用此種接口方案而導(dǎo)致系統(tǒng)局部長期存在故障報警的情況，對系統(tǒng)的正常運行和運營人員的工作造成了一定的影響。當(dāng)時系統(tǒng)故障報警監(jiān)視的界面如圖3所示。

圖2 FAS與專用排煙風(fēng)機(jī)的接口示意圖

圖3 FAS系統(tǒng)存在故障報警時的監(jiān)視界面

3 FAS與被控設(shè)備接口設(shè)計方案改進(jìn)

FAS系統(tǒng)在布線過程中無法100%實現(xiàn)監(jiān)視電纜與控制電纜分管分槽敷設(shè)。為解決該線路FAS系統(tǒng)由于強電工作電壓電纜對弱電工作電壓電纜產(chǎn)生電磁干擾，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)故障報警的問題，針對該工程FAS與專用排煙風(fēng)機(jī)之間的接口設(shè)計，筆者提出以下兩種改進(jìn)方案。

方案一：在FAS模塊箱內(nèi)所有的輸入模塊前端增設(shè)隔離繼電器。

此方案理論上可將FAS從外部采集信號時在線路傳輸過程中受到的電磁干擾信號進(jìn)行物理隔離，從而達(dá)到避免該干擾信號傳導(dǎo)進(jìn)FAS系統(tǒng)內(nèi)部，保障系統(tǒng)正常運行的目的。本方案其余接口的設(shè)計要求均與以往慣用的接口設(shè)計方案相同。FAS與專用排煙風(fēng)機(jī)接口改進(jìn)方案一示意圖如圖4所示。

方案二：FAS通過輸出模塊提供DC 24 V有源常開觸點控制風(fēng)機(jī)的啟停。

本方案中，F(xiàn)AS對風(fēng)機(jī)的啟停控制信號由原接口設(shè)計方案中采用不帶電、不接地的無源常開觸點修改為采用DC 24 V供電的有源常開觸點，同時在風(fēng)機(jī)控制柜內(nèi)采用中間繼電器實現(xiàn)對FAS控制信號的轉(zhuǎn)換和傳遞。此方案理論上可徹底杜絕FAS在接入外控設(shè)備時，信號傳輸電纜上由于采用不同等級工作電壓而造成的電磁干擾情況，從而避免強電信號進(jìn)入FAS系統(tǒng)內(nèi)部，保障系統(tǒng)的正常運行。本方案其余接口的設(shè)計要求均與以往慣用的接口設(shè)計方案相同。FAS與專用排煙風(fēng)機(jī)接口改進(jìn)方案二示意圖如圖5所示。

圖4 FAS與專用排煙風(fēng)機(jī)的接口改進(jìn)方案一示意圖

圖5 FAS與專用排煙風(fēng)機(jī)的接口改進(jìn)方案二示意圖

筆者認(rèn)為，以上兩種改進(jìn)方案均可實施且有效，但相較而言，方案二更優(yōu)，理由如下：

(1) 采用方案一時，由于城市軌道交通工程中納入FAS監(jiān)視的設(shè)備數(shù)量眾多，在所有的輸入模塊前端設(shè)置繼電器，必然導(dǎo)致FAS增加大量的繼電器設(shè)備及管線工程量，從而增加系統(tǒng)的投資。此外，增設(shè)大量的繼電器會導(dǎo)致系統(tǒng)的故障點增加而在一定程度上降低系統(tǒng)的可靠性。

(2) 采用方案二基本不增加設(shè)備和管線，對工程投資和系統(tǒng)運行的可靠性基本無影響。且采用方案二時，F(xiàn)AS無論是設(shè)備還是線纜均不存在強電工作電壓，因此能更好地保障其“弱電系統(tǒng)”的本色，從而從根本上避免強電對其的干擾。

但當(dāng)時為保險起見，該工程FAS與專用排煙風(fēng)機(jī)之間的接口改造采用了方案一與方案二兩者相結(jié)合的方案。后期通過持續(xù)的觀察，確認(rèn)該工程FAS系統(tǒng)長期存在的故障報警情況基本消除，表明筆者提出的方案是有效的。改造后系統(tǒng)監(jiān)視的界面如圖6所示。

圖6 FAS系統(tǒng)消除故障報警后的監(jiān)視界面

4 結(jié)語

FAS的可靠運行對軌道交通的整體運營安全起著至關(guān)重要的作用。為保證FAS在緊急情況下能及時有效地對相關(guān)救災(zāi)設(shè)備發(fā)出啟動控制指令，并得到準(zhǔn)確的狀態(tài)反饋，F(xiàn)AS與被控設(shè)備的接口設(shè)計應(yīng)充分考慮到系統(tǒng)本身可能受到的各方面的干擾因素，有針對性地制定出合理、可行、有效的解決方案。由于篇幅有限，本文僅針對個別具有代表性的典型被控設(shè)備提出FAS與其的接口設(shè)計改進(jìn)方案，希望能對同行起到一定的參考和借鑒作用。