成都市軌道交通 18號(hào)線長大區(qū)間防淹門遠(yuǎn)程控制方案研究

（中電建成都建設(shè)投資有限公司，四川成都 610212）

1 概述

成都市軌道交通18號(hào)線一、二期工程線路全長69.39 km，共設(shè)車站13座。其中18號(hào)線一期工程世紀(jì)城站—海昌路區(qū)間隧道下穿錦江河流，根據(jù)規(guī)范要求，在世紀(jì)城站—海昌路區(qū)間錦江河流兩側(cè)分別設(shè)置4樘防淹門，為便于土建實(shí)施，防淹門分別結(jié)合1#、2#風(fēng)井設(shè)置，其中1#風(fēng)井側(cè)的2樘防淹門距離世紀(jì)城站為4 800 m，2#風(fēng)井側(cè)的2樘防淹門距離海昌路站距離為4 600 m，如圖1所示。

2 防淹門的功能及構(gòu)成

2.1 防淹門的功能

防淹門是為防止因突發(fā)事故導(dǎo)致隧道內(nèi)河水涌進(jìn)地鐵車站而造成事故進(jìn)一步擴(kuò)大，在城市軌道交通過江河湖泊段兩端的地鐵車站端部與隧道接口處或區(qū)間內(nèi)設(shè)置防淹閘門（以下簡稱“防淹門”），以便發(fā)生事故時(shí)能緊急關(guān)閉閘門，封閉經(jīng)過江河湖泊的隧道，保護(hù)其余隧道和地鐵車站人員和設(shè)備的安全。正常情況下，防淹門應(yīng)打開并可靠鎖定，不影響行車安全；在緊急情況下，經(jīng)信號(hào)系統(tǒng)、車站管理員確認(rèn)災(zāi)害并發(fā)出關(guān)閉防淹門指令后，防淹門才能夠緊急關(guān)閉并鎖閉到位。

2.2 防淹門的構(gòu)成

防淹門系統(tǒng)由機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)兩大部分組成。防淹門系統(tǒng)的機(jī)械裝置包括門葉、門槽埋件、啟閉機(jī)、鎖定裝置等。門扇采用平面滑動(dòng)鋼閘門，啟閉機(jī)采用雙吊點(diǎn)固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，鎖定裝置通過電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)閘門的鎖定和解鎖。防淹門控制系統(tǒng)是指對(duì)安裝于車站的防淹門系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制的設(shè)備系統(tǒng)，包括區(qū)間隧道內(nèi)水位參數(shù)的檢測裝置，現(xiàn)地控制箱，車站控制室綜合后備盤（IBP），與信號(hào)系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信接口設(shè)備等。

3 防淹門控制

3.1 控制原理

圖1 防淹門布置示意圖（單位：m）

防淹門控制系統(tǒng)設(shè)在防淹門控制室內(nèi)，負(fù)責(zé)對(duì)管轄的左、右線隧道防淹門及其附屬設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)水位傳感器傳遞的水位信號(hào)進(jìn)行比較和確認(rèn)，并根據(jù)確認(rèn)結(jié)果將相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)送到車站控制室IBP及綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

防淹門的控制系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）作為控制核心設(shè)備，在區(qū)間水泵房內(nèi)設(shè)置2個(gè)液位傳感器采集水位信息。當(dāng)隧道開始積水時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出預(yù)報(bào)警信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)電鈴；當(dāng)隧道區(qū)間水位達(dá)到危害行車安全的高度時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出危險(xiǎn)報(bào)警信號(hào)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)警笛報(bào)警。需要進(jìn)行防淹門關(guān)門控制時(shí)，向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出“請(qǐng)求關(guān)門”信號(hào)，當(dāng)接收到“允許關(guān)門”信號(hào)后，才可以通過人工下達(dá)關(guān)門指令。防淹門控制系統(tǒng)收到“允許關(guān)門”信號(hào)后，由人工操作關(guān)閉防淹門。

3.2 控制方式

每道防淹門設(shè)1個(gè)現(xiàn)地控制箱，可對(duì)閘門進(jìn)行現(xiàn)地控制，同時(shí)，通過車站控制室IBP可對(duì)閘門進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，每一道閘門的控制方式均設(shè)有車站控制室遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)地控制2種方式。每一個(gè)現(xiàn)地控制單元配置1個(gè)控制方式選擇開關(guān)，選擇開關(guān)設(shè)有現(xiàn)地手動(dòng)、現(xiàn)地檢修、遠(yuǎn)程控制3個(gè)位置，實(shí)現(xiàn)控制方式的選擇和現(xiàn)地操作閉鎖。

（1）現(xiàn)地控制。當(dāng)開關(guān)置于現(xiàn)地手動(dòng)時(shí)，操作人員只能在現(xiàn)地手動(dòng)操作，即通過控制箱上的閘門啟、閉、停3個(gè)操作按鈕，控制防淹門的開啟和關(guān)閉、鎖定的投退。當(dāng)開關(guān)置于現(xiàn)地檢修位置時(shí)，可以通過現(xiàn)地控制箱控制門體，實(shí)現(xiàn)防淹門的檢修。檢修手動(dòng)控制只用于防淹門的調(diào)試、檢修，不能用于正常的防淹門運(yùn)行控制。

（2）遠(yuǎn)程控制。當(dāng)開關(guān)置于遠(yuǎn)程控制時(shí)，防淹門由車站控制室IBP進(jìn)行遠(yuǎn)程控制（圖2）。

（3）緊急控制。當(dāng)車站IBP接收不到信號(hào)系統(tǒng)的同意關(guān)門信號(hào)時(shí)，可通過人工確認(rèn)（行車調(diào)度用電話通知值班人員同意關(guān)門），操作帶鎖的關(guān)門按鈕后，完成防淹門的關(guān)閉。緊急控制可以在車站控制室IBP上操作，也可在防淹門控制室現(xiàn)地控制箱上操作。

3.3 控制功能

3.3.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控

遠(yuǎn)程監(jiān)控主要完成對(duì)防淹門的遠(yuǎn)程監(jiān)控和隧道內(nèi)水位的監(jiān)測，同時(shí)接收其他系統(tǒng)（如信號(hào)系統(tǒng)）相關(guān)信息，根據(jù)不同需要，通過車站控制室IBP將關(guān)閉或開啟防淹門等相關(guān)控制命令下發(fā)至現(xiàn)地控制單元的PLC，實(shí)現(xiàn)防淹門的遠(yuǎn)程控制。主要功能如下。

圖2 防淹門IBP盤布置圖

（1）顯示防淹門運(yùn)行狀態(tài)和現(xiàn)地設(shè)備運(yùn)行的有關(guān)狀態(tài)；顯示各防淹門的工作狀態(tài)；實(shí)時(shí)監(jiān)測水位等。

（2）聲光報(bào)警信號(hào)。

（3）通過車站控制室IBP下發(fā)關(guān)閉或開啟防淹門等命令至現(xiàn)地控制單元，遠(yuǎn)程手動(dòng)控制防淹門的關(guān)閉或開啟。

（4）接口及通信功能。

3.3.2 現(xiàn)地控制

防淹門現(xiàn)地控制單元由隧道水位檢測單元、PLC、電機(jī)控制器、顯示單元和機(jī)柜等組成。其主要功能如下。

（1）數(shù)據(jù)采集和處理?，F(xiàn)地控制單元實(shí)時(shí)采集區(qū)間隧道水位信息，與預(yù)先設(shè)定的水位標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，自動(dòng)生成隧道水位報(bào)警信號(hào)，并向車站控制室IBP和綜合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出水位報(bào)警信息。

（2）運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視和故障報(bào)警。顯示隧道內(nèi)水位狀況、防淹門狀態(tài)（開啟、關(guān)閉）等信息，并實(shí)時(shí)監(jiān)測防淹門的運(yùn)行狀況，自動(dòng)診斷故障，在防淹門設(shè)備運(yùn)行發(fā)生異常時(shí)，可自動(dòng)報(bào)警并進(jìn)行相應(yīng)安全處理。

（3）防淹門關(guān)閉及開啟控制。在現(xiàn)地控制單元上手動(dòng)發(fā)出關(guān)閉或開啟控制命令，通過輸入輸出接口單元接收防淹門關(guān)閉或開啟要求和相關(guān)控制命令，控制防淹門的關(guān)閉或開啟。

（4）實(shí)現(xiàn)防淹門現(xiàn)地控制、遠(yuǎn)程控制的權(quán)限轉(zhuǎn)換。

（5）防淹門現(xiàn)地控制單元通過輸入輸出接口、通信接口實(shí)現(xiàn)與車站控制室IBP、綜合監(jiān)控系統(tǒng)等的通信功能。

3.3.3 其他功能

（1）防淹門系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視。

（2）控制回路具有短路等保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)各操作方式之間的互鎖，系統(tǒng)控制電路出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

（3）與信號(hào)系統(tǒng)的接口控制功能。

4 防淹門遠(yuǎn)程控制方案

4.1 接口控制原理

根據(jù)上述要求，防淹門需要在車站控制室進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，其防淹門與車站控制室IBP之間的接口采用繼電接口電路，采用JWXC-1700安全型無極繼電器，控制電源為直流24 V?？刂圃砣鐖D3所示。

4.2 存在問題

由于18號(hào)線防淹門距離車站控制室距離較遠(yuǎn)，分別為4 800 m和4 600 m，在國內(nèi)尚無超過2 km遠(yuǎn)距離對(duì)防淹門成功控制的先例。因此，若采用繼電電路硬線控制可能存在距離遠(yuǎn)壓降問題，若采用其他方式又無成功的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，需要進(jìn)一步研究確定工程實(shí)施方案。

4.3 解決方案

結(jié)合本工程的實(shí)際情況以及防淹門傳統(tǒng)控制方式，有以下2種解決方案。

方案1：采用傳統(tǒng)的繼電電路+電纜方式進(jìn)行控制。該控制方案技術(shù)成熟、可靠，作為傳統(tǒng)的控制方式長期使用。但本項(xiàng)目由于防淹門距離車站較遠(yuǎn)，線間壓降損耗較大，缺乏遠(yuǎn)距離控制的成功案例，存在繼電器不能吸起的風(fēng)險(xiǎn)。

方案2：采用電纜+光纖傳輸方式進(jìn)行控制。該方案在區(qū)間采用光纖進(jìn)行傳輸，在防淹門控制室和車站設(shè)備室通過光電轉(zhuǎn)換器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，再與繼電電路連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。該方案能夠解決遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴}，但需在兩端設(shè)備室增加光電轉(zhuǎn)換器，在國內(nèi)尚無成功應(yīng)用的先例，存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 研究分析

對(duì)于方案2，技術(shù)上可行，但缺乏應(yīng)用先例，并且增加了兩端的光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，故障點(diǎn)增加，增大了維護(hù)工作量。若方案1能夠成功實(shí)現(xiàn)控制，一般情況下不推薦采用方案2，因此，本文重點(diǎn)對(duì)方案1進(jìn)行研究，其電路工作原理圖如圖4所示。

假設(shè)電纜線路電阻為R，線路壓降UR，繼電器兩端電壓為UJ，繼電器電阻為RJ，電路中電流為I，控制回路電壓為U，則：

圖3 防淹門系統(tǒng)IBP遠(yuǎn)程控制電路圖

圖4 繼電器控制電路原理圖

已知控制電壓U為24 V，JWXC-1700安全型繼電器的電阻RJ為1 700 Ω，繼電器吸起門限電壓值UJ為18.4 V。根據(jù)上述公式，可計(jì)算出回路中電流I、電阻R分別為：

假設(shè)控制電纜芯線截面積為S，控制回路長度為L，銅芯電纜電阻率為ρ（17.2 Ω·mm2/ km），則芯線截面積與控制回路芯線長度之間的邏輯關(guān)系如下：

S=ρ×L/R；已知常規(guī)信號(hào)電纜截面積為1.0 mm2、1.5 mm2、2.0 mm2、2.5 mm2，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

由于該繼電電路為安全電路，采用雙斷電路設(shè)計(jì)，因此，該控制回路長度為實(shí)際電纜長度的4倍。根據(jù)表1可以看出，理論上采用1.0 mm2以上的芯線截面積均能滿足防淹門遠(yuǎn)程控制需求，考慮到本工程處在25 kV交流牽引電磁環(huán)境下，對(duì)電纜壓降有一定影響，結(jié)合工程經(jīng)濟(jì)性考慮，建議采用截面積1.5 mm2的芯線實(shí)施。

表1 JWXC-1700安全型繼電器控制距離計(jì)算表

若采用截面積1.5 mm2的芯線，根據(jù)公式初步計(jì)算繼電器兩端的電壓為21.25 V，滿足繼電器門限電壓18.4 V要求。

根據(jù)以上分析，方案1從理論上計(jì)算能滿足要求，最終確定本工程防淹門遠(yuǎn)程控制電纜采用截面積1.5 mm2的芯線，考慮為交流牽引電磁環(huán)境，采用鋁護(hù)套電纜。

4.5 測試驗(yàn)證

目前，防淹門遠(yuǎn)程控制電纜已經(jīng)實(shí)施完成，在接口測試時(shí)，現(xiàn)場測得防淹門關(guān)門繼電器兩端電壓為21 V，考慮現(xiàn)場環(huán)境、電纜實(shí)際等因素，實(shí)際電壓值與理論計(jì)算值基本一致，經(jīng)現(xiàn)場接口調(diào)試，各項(xiàng)功能滿足要求。

5 結(jié)束語

近年來隨著城市化進(jìn)程的加速，各城市正在加速建設(shè)至周邊城鎮(zhèn)的市域快線，著力打造城鎮(zhèn)協(xié)同發(fā)展，因此，類似成都市軌道交通18號(hào)線涉及長大區(qū)間的線路較多，特別是涉及跨越江河湖泊的區(qū)間需要設(shè)置防淹門，長大地下區(qū)間需設(shè)置多個(gè)中間風(fēng)井等附屬設(shè)施，必須由車站遠(yuǎn)程控制時(shí)，可參照本文的計(jì)算原則并結(jié)合具體工程實(shí)際情況使用。在涉及特別長大區(qū)間的遠(yuǎn)程控制時(shí)，可采用性價(jià)比較高的光纖傳輸方式實(shí)現(xiàn)，也可以在招標(biāo)設(shè)計(jì)階段采用直流24～60 V可調(diào)電源，提高輸入端電壓等方式解決。