軌道交通區(qū)間隧道感溫光纖系統(tǒng)設置及應用

朱麗娟

(蘇州軌道交通有限公司，江蘇蘇州 215006)

軌道交通區(qū)間隧道作為一級保護對象，其兩側敷設大量的電力電纜、弱電系統(tǒng)電纜，為實現(xiàn)此區(qū)域內的火災探測和火災報警，國內采用的方案也有所不同。

1 區(qū)間FAS系統(tǒng)方案概述

通過對各城市軌道交通區(qū)間FAS系統(tǒng)的調研，區(qū)間FAS系統(tǒng)的設置方案目前主要有如下幾種:1)地下區(qū)間隧道外墻設置手動火災報警按鈕(帶電話插孔)，地下區(qū)間隧道每隔50 m設置一個手動火災報警按鈕(帶電話插孔)用于火災時人員的手動報警，以此確認火災發(fā)生位置，并結合行車情況、著火點的情況，啟動相關聯(lián)動程序。2)在區(qū)間消火栓旁邊設置消火栓報警按鈕，在消火栓旁邊設置消火栓按鈕，在火災時，需要用水的情況下向車站級發(fā)出要求啟動消防水泵的信號，啟動消防泵為區(qū)間提供消防水源。3)在區(qū)間隧道設置感溫光纖探測系統(tǒng)。

2 區(qū)間感溫光纖系統(tǒng)的構成及功能

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

2.1 系統(tǒng)構成概述

感溫光纖探測系統(tǒng)主要由光纖傳感器(即感溫光纜)、感溫光纜控制器(測溫主機)和光纖測溫軟件、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，外層為金屬護套，可以有效抵抗化學腐蝕、緩沖機械沖擊，可以在十分惡劣的條件下工作。

2)感溫光纜控制器(測溫主機)。感溫光纜控制器由光頻發(fā)生器、切換電源、微處理器、網(wǎng)絡接口等構成。用于光電轉換和信息處理，以監(jiān)測火災信息、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)光纖測溫軟件。光纖測溫軟件安裝在感溫光纜控制器上。實現(xiàn)系統(tǒng)的控制、信號處理、顯示、儲存和打印及外部接口和其他擴展功能的實現(xiàn)。

2.2 系統(tǒng)功能概述

1)實時監(jiān)視功能。能夠全面、連續(xù)、動態(tài)、實時、在線監(jiān)測被測對象的火災和溫度狀況，并對其準確定位和各種報警。

2)智能故障分析。能夠對被測對象的正常溫度、異常溫度、火災溫度進行快速地判斷和分析，能夠準確及時判斷被測對象的事故類型(如溫度異常、火災、凍災的類型)，顯示事故點的溫度/區(qū)域/位置。

3)數(shù)據(jù)處理功能。能夠對不同類型的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、保存、查詢、打印、復制。數(shù)據(jù)類型有整個被測范圍各點(1 m一個點)的一級預報警數(shù)據(jù)，二級預報警數(shù)據(jù)，事故報警數(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。感溫光纖火災報警系統(tǒng)能夠提供全線地鐵隧道內感溫探測光纖的溫度分布圖實時顯示，使操作人員對溫度分布一目了然。

可通過與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡接口，將全線區(qū)間隧道的溫度和報警、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)間感溫光纖報警系統(tǒng)設置方案

3.1 設置原則

1)區(qū)間隧道FAS系統(tǒng)總體原則。區(qū)間隧道火災報警區(qū)域的劃分，在原則上以區(qū)間隧道的中點為界(但考慮到線纜過軌等因素，一般選擇在區(qū)間聯(lián)絡通道處劃分)，前后區(qū)域分別納入相鄰車站FAS，相鄰車站的FAS車站級系統(tǒng)協(xié)同對區(qū)間隧道的火災報警進行監(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)間感溫光纖報警系統(tǒng)的可靠性，提出如下幾種可實施方案:

方案一:上下行區(qū)間各敷設一根感溫光纖，以區(qū)間隧道中點為界，相鄰車站也同樣敷設一根感溫光纖至隧道中點，相鄰車站各管理半個區(qū)間(見圖1)。

圖1 方案一構成示意圖

本方案界面清晰，兩端車站各管理半個區(qū)間，但區(qū)間感溫光纖或者主機發(fā)生故障時將對所管轄區(qū)間的火災探測造成影響，整體投資較低，安全性一般。

方案二:上下行區(qū)間各敷設一根4芯以上的感溫光纖(每臺主機各用2芯，但所屬2芯不同時與兩臺主機連接)，物理上不劃分區(qū)間中點，但軟件界面上劃分車站所管轄的半個區(qū)間及下一車站所屬半個區(qū)間(見圖2)。

圖2 方案二構成示意圖

本方案是方案一物理故障的一定改善，即當感溫光纖主機發(fā)生故障時由另一個車站的主機代替故障車站所管轄區(qū)間的火災探測。本方案在實施過程中需要對設備軟件的區(qū)域劃分，同時若一個車站的主機發(fā)生故障，另一個車站替代時，區(qū)間火災的聯(lián)動、報警確認問題將對運營管理有一定的影響，同時若站間距過長對區(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區(qū)間的上下行，敷設一根4芯以上的感溫光纖(上下行各用2芯，但所屬2芯不同時與一臺主機的兩個端口相連)，在區(qū)間聯(lián)絡通道處迂回至車站主機，軟件界面上劃分上下行區(qū)間(見圖3)。

圖3 方案三構成示意圖

本方案整體與方案二雷同，但車站主機的管理方式與方案一一致，均只管理所屬區(qū)間的火災探測，本方案避免了因一路感溫光纖通信口發(fā)生故障時對系統(tǒng)造成的影響，相對方案二不會造成跨站火災聯(lián)動，報警確認問題，整體投資適中，可實施性較好。方案推薦。綜上所述，鑒于火災自動報警聯(lián)動及報警確認的特殊性及投資，建議采用方案三。

3.2 設備的布置

1)設備布置需要考慮的因素。隧道內行車引起的震動;機車啟動停止造成的電磁干擾;隧道內的潮濕環(huán)境;隧道內鼠類可能嚙咬設備造成損壞;其他影響系統(tǒng)運行的干擾。

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)控設備室內。

3)區(qū)間隧道內感溫光纜的布置。感溫光纖感知環(huán)境溫度的熱量來源包括輻射熱和對流熱，對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)試驗數(shù)據(jù)分析，隧道內發(fā)生火災時，輻射熱和對流熱對感溫光纖溫度探測的影響基本相當，同時正如前述分析，對流熱傳播只有當車廂內火勢較大時才能被有效探測，所以對車廂的火災探測應考慮以輻射熱為主。所以感溫光纜應該安裝于隧道內壁與列車車窗等高處，這樣的話，如果車廂內發(fā)生火災，感溫光纖可以透過車窗感知輻射熱量，從而提供對火災的盡早報知。

在隧道兩側設備界限內，分別安裝有環(huán)網(wǎng)供電電力電纜橋架和弱電電纜橋架，感溫光纜應布置于電力電纜一側，同時提供對電力電纜的火災探測保護。同時，因電力電纜橋架一側正好位于兩條行車隧道內側，這樣布置感溫光纖還可以避免感溫光纖的跨軌鋪設。

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

圖4 感溫光纖隧道內布置示意圖

4 區(qū)間感溫光纖報警系統(tǒng)與其他相關系統(tǒng)的關系

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

2)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的關系。分布式光纖測溫系統(tǒng)設置與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的互聯(lián)接口，通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)工作站查看系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)信息。

5 總體分析及展望

實際應用證明感溫光纖系統(tǒng)憑借其較好的可實施性及性價比，是傳統(tǒng)區(qū)間隧道火災報警系統(tǒng)的有力補充，同時感溫光纖系統(tǒng)的其他擴展應用也在不斷的使用中擴展引入。

1)對地下區(qū)間隧道內溫度場的實時監(jiān)測。正常情況下，系統(tǒng)可兼作BAS的區(qū)間溫度探測器，進行隧道環(huán)境溫度監(jiān)測，可對隧道通風系統(tǒng)進行節(jié)能控制;列車阻塞時，可依據(jù)隧道內真實情況進行阻塞模式控制。

2)對區(qū)間環(huán)網(wǎng)電纜的保護。系統(tǒng)可對區(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)，實時監(jiān)測，在電纜接頭溫度異常時能及時告警處理，保證系統(tǒng)的正常運營。

3)站臺板下及電纜夾層區(qū)域的火災報警?，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系統(tǒng)，因其存在較高的誤動作及維護的不便，引起眾多運營部門的詬病。同時未設置相應火災報警設備的站臺板下，因存在眾多的電纜等也有較高的安全隱患。此時若區(qū)間設置感溫光纖系統(tǒng)，在光纖的布置時可將電纜夾層及站臺板下等不宜檢修的區(qū)域一并設置感溫光纖，可將以上問題全部解決。

6 結語

感溫光纖系統(tǒng)作為一個比較新興的火災探測手段，可以預知其在軌道交通行業(yè)中的應用也將越來越廣。

［1］朱 軍，范 典.光纖光柵隧道火災探測器的設計研究［J］.武漢理工大學學報，2007，29(4):107-109.

［2］陳 飚，范 典，王立新.基于光纖光柵傳感器的隧道火災報警監(jiān)測系統(tǒng)［J］.公路交通科技(應用技術版)，2006(7):122-212.

［3］張在宜，郭 宇，馀向東，等.分布式光纖傳感溫度報警系統(tǒng)［J］.計量技術，2000(2):24-26.