地鐵地下長大區(qū)間風(fēng)機控制設(shè)計

張 翼

（中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，610031，成都∥工程師）

1 工程概況

深圳地鐵3號線（龍崗線）連接深圳中心城區(qū)和龍崗次中心，穿越福田、羅湖、布吉、橫崗、龍崗等5個城市重要組團。線路全長41.611km，設(shè)車站30座。其中地下站14座，半地下站1座，高架站15座。

塘坑站為深圳地鐵3號線唯一的半地下站，兩端正線地下區(qū)間出洞口后連接至相鄰的高架站。左端地下區(qū)間還設(shè)有復(fù)雜的出、入段線連接至橫崗雙層車輛段，共計有5條線在地下區(qū)間相鄰并交織。塘坑站兩端線路平剖面圖如圖1所示。

塘坑站兩端地下區(qū)間總長1 685m，分散布置了24臺18.5kW的區(qū)間射流風(fēng)機，具體分布如圖2所示。對于左右線同一里程處的2組（4臺）射流風(fēng)機（共計4處），在其旁外挖區(qū)間配電間，內(nèi)設(shè)一面環(huán)控柜，實現(xiàn)對附近2組射流風(fēng)機的就地配電和控制；對于不同里程的分散的各組射流風(fēng)機（共計4處），設(shè)置區(qū)間配電箱固定于隧道壁，實現(xiàn)對附近1組射流風(fēng)機的就地配電和控制。

圖2 塘坑站兩端地下區(qū)間射流風(fēng)機分布圖

由于塘坑站兩端的區(qū)間多、長、交織，射流風(fēng)機多、分散、距車站遠，因此，區(qū)間射流風(fēng)機的控制以及與車站的通信方案是設(shè)計的重難點。此外，本線為國內(nèi)首次采用施工設(shè)計總承包模式的地鐵線路，設(shè)計院作為施工方的協(xié)作單位應(yīng)充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，滿足控制的功能性、可靠性、經(jīng)濟性。

2 控制方案

區(qū)間射流風(fēng)機的控制分為就地控制、車站環(huán)控電控室控制和BAS（環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)）控制等三級，各級控制如圖3所示。

圖3 區(qū)間射流風(fēng)機控制示意圖

就地控制：區(qū)間射流風(fēng)機均由塘坑站變電所雙電源配電至區(qū)間現(xiàn)場的射流風(fēng)機配電箱（或環(huán)控柜），在配電箱（或環(huán)控柜）上實現(xiàn)一次配電和二次就地控制功能。即在圖3中的區(qū)間風(fēng)機控制箱上實現(xiàn)就地控制。

車站環(huán)控電控室控制：將用于車站控制的二次元件置于車站環(huán)控電控室內(nèi)的區(qū)間通風(fēng)空調(diào)設(shè)備集中控制箱內(nèi)，采用控制電纜將其與就地的區(qū)間風(fēng)機控制箱連接，即可實現(xiàn)在車站環(huán)控電控室對區(qū)間射流風(fēng)機的控制。

BAS控制：采用通信線將就地的風(fēng)機控制智能模塊（軟啟動器）與車站環(huán)控柜內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)連接，該通信網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)（PLC（可編程邏輯控制器）模塊）與BAS控制柜通信。通過以上完備的信號傳輸路徑，即可實現(xiàn)BAS對區(qū)間射流風(fēng)機的監(jiān)控。

3 通信方案

本文重點研究實現(xiàn)就地的射流風(fēng)機與車站環(huán)控通信網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)或傳輸介質(zhì)，對影響通信的不同因素，如通信距離、通信效果、工程投資等進行綜合分析和比較，通過比選，確定技術(shù)成熟、可靠性高、實用性強的信號傳輸?shù)耐ㄐ欧桨浮８魍ㄐ欧桨妇C合比較如表1所示。

表1 通信方案綜合比較表

當(dāng)車站與區(qū)間射流風(fēng)機控制箱的距離在200～1 000m范圍時，表1中有2種通信方案可供選用，以實現(xiàn)區(qū)間射流風(fēng)機監(jiān)控信號與車站BAS的傳輸。

方案一：采用Profibus電纜＋中繼器進行通信信號傳輸。

方案二：采用多模光纖＋多模光電轉(zhuǎn)換器進行通信信號傳輸。

此外，亦可采用單模光纖＋單模光電轉(zhuǎn)換器的方案。在200～1 000m距離內(nèi)單模光纖方案的通信效果同方案二，但其工程造價高，并且單模光電轉(zhuǎn)換器采購周期長、成本高，故不采用該方案。

塘坑站兩端區(qū)間射流風(fēng)機布置分散，且最遠距車站約800m，若采用Profibus電纜＋中繼的傳統(tǒng)通信方案進行通信，因電信號傳輸距離遠引起的電壓降幅大、信號衰減明顯、抗干擾能力弱、可靠性差等問題會造成與BAS的誤通信或難通信。

經(jīng)綜合分析和比較，采用方案二實現(xiàn)區(qū)間射流風(fēng)機監(jiān)控信號與車站BAS的傳輸。即區(qū)間射流風(fēng)機采用多模光纖作為通信介質(zhì)傳輸光信號來實現(xiàn)遠程通信功能，并在就地控制箱和車站兩端采用多模光電轉(zhuǎn)換器進行光電信號轉(zhuǎn)化。該方案具有信號傳輸速度快、信號衰減小、抗干擾能力強的優(yōu)點，可實現(xiàn)良好的可靠通信。

此外，在方案二中還采用了高可靠性的環(huán)網(wǎng)拓撲組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，將光纖敷設(shè)成環(huán)狀，接入各分散的射流風(fēng)機監(jiān)控信號，即使環(huán)網(wǎng)某一點故障或斷開，也可實現(xiàn)監(jiān)控信號的有效和可靠傳輸。圖4為區(qū)間光纖敷設(shè)布置圖。圖5為光纖與光電轉(zhuǎn)換器電氣連接環(huán)網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 區(qū)間光纖敷設(shè)布置圖

圖5 環(huán)網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)電氣連接示意圖

區(qū)間射流風(fēng)機的狀態(tài)信號上傳較多，因軟啟動器輸出口數(shù)量不夠，故在就地控制箱內(nèi)采用了PLC的I／O擴展模塊，將各種狀態(tài)信號收集后傳送至光電轉(zhuǎn)換器。射流風(fēng)機就地控制箱內(nèi)電氣元件連接如圖6所示。

圖6 控制箱內(nèi)部電氣連接示意圖

4 結(jié)語

區(qū)間射流風(fēng)機采用三級控制，實現(xiàn)BAS控制的通信方案從工程實際出發(fā)，提出了適合深圳地鐵3號線塘坑站兩端地下長大區(qū)間特點的技術(shù)方案，通過采用多模光纖的形式實現(xiàn)了可靠的監(jiān)控信號傳輸，取得了良好的實用效果，對城市軌道交通中地下長大區(qū)間的風(fēng)機控制設(shè)計具有一定的參考價值和借鑒作用。

［1］GB 50157—2003地鐵設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］GB 50490—2009城市軌道交通技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］吳鈺驊，沈林沖，金偉良.長距離光纖傳感技術(shù)在地鐵隧道監(jiān)測中的應(yīng)用［J］.中國市政工程，2006（6）：59.

［4］喬煒.城市快速軌道交通工程光纖傳輸系統(tǒng)方案比較［J］.都市快軌交通，2002（3）：54.

［5］李士峰，黎江.軌道交通環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.鐵路計算機應(yīng)用，2006（11）：49.

［6］郭建偉.地鐵BAS對通風(fēng)空調(diào)的監(jiān)控要求［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（2）：39.