太古供暖隧道監(jiān)控系統(tǒng)設計

段飛飛

（山西省交通規(guī)劃勘察設計院，山西 太原030012）

1 概述

近年來，太原市總供熱面積以每年約800萬m2的速度增加，市區(qū)現(xiàn)有大型集中供熱熱源（太鋼、太一、太二、瑞光等）供熱能力遠遠不能滿足需求。古交電廠是發(fā)電容量1 800 MW的純凝火力發(fā)電廠，將古交電廠改造為供熱機組，并配合余熱回收及末端燃氣調(diào)峰，可承擔太原市8 000萬m2供熱面積的供熱量。在不增加當?shù)丨h(huán)境污染排放量的情況下，可極大地緩解太原市熱源不足的問題。

古交電廠距太原市城區(qū)37.8 km，若要在古交電廠至太原市之間敷設專用供熱管道，需跨經(jīng)3座單洞隧道，分別為供熱1號隧道；供熱2號隧道（2 435 m）；供熱3號隧道（11 040 m）。3座隧道均凈高5 m，內(nèi)輪廓凈寬10.86 m，兩側(cè)分別布設有兩層直徑為DN1400的供熱管道，道路的中央為行車道，行車道路面凈寬4 m。隧道內(nèi)部環(huán)境較為特殊，典型的濕熱環(huán)境。在供暖3號隧道出口約800 m處設隧道監(jiān)控中心，為隧道運營監(jiān)控系統(tǒng)的運營控制中心。隧道運營監(jiān)控系統(tǒng)用于對隧道內(nèi)視頻監(jiān)控、火災檢測、環(huán)境信息采集、通信系統(tǒng)的管理[1]，并具有控制隧道內(nèi)通風、照明、供電等機電設施的功能。

2 設計采用的標準

由于本項目既不屬于公路隧道又不屬于城市管廊，缺少已運營案例和可直接執(zhí)行的設計規(guī)范，因此采用專題研討、類比參考《公路隧道交通工程設計規(guī)范》JTG/T D71—2004和《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》GB 50838—2012，并依據(jù)供熱管道實際特點進行歸納總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上完成開拓性設計。

3 設計內(nèi)容

供暖隧道監(jiān)控系統(tǒng)設計內(nèi)容包括[1]：計算機系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)、火災檢測系統(tǒng)、隧道緊急電話系統(tǒng)、通風與照明控制系統(tǒng)、隧道本地控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡廣播系統(tǒng)、隧道監(jiān)控系統(tǒng)軟件、隧道內(nèi)外監(jiān)控系統(tǒng)光、電纜工程等。

3.1 計算機系統(tǒng)

本項目隧道監(jiān)控中心計算機系統(tǒng)采用最為廣泛的快速以太網(wǎng)技術(shù)，在隧道監(jiān)控中心設骨干交換機兩臺，通過布線系統(tǒng)分別與服務器、職能計算機相連，通過10/100 M接口，實現(xiàn)與外部數(shù)據(jù)的交換。計算機網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)采用“星型”模式，計算機、服務器等設備均以超五類非屏蔽雙絞線直接接入交換機，連接速度為100 Mbps。

隧道監(jiān)控中心設置5臺服務器和9臺計算機，9臺計算機作為監(jiān)控系統(tǒng)的職能計算機，分工完成監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、處理、控制等工作。

3.2 閉路電視系統(tǒng)

將隧道內(nèi)供暖管道閥門集中處作為重點監(jiān)控路段，設置網(wǎng)絡高清紅外快球攝像機，既可以更全面地了解隧道內(nèi)供暖管道的運行狀況，也可以在異常情況下控制攝像機轉(zhuǎn)動及調(diào)整焦距，對前后幾百米范圍內(nèi)的隧道情況進行監(jiān)視。

其余路段按間距100 m設置高清網(wǎng)絡固定槍式攝像機[1]，并為每臺固定攝像機配置LED紅外補光燈，攝像機吊裝于隧道頂端。另外在隧道外變電所，隧道內(nèi)箱變洞室及斜井變電所也設置網(wǎng)絡高清紅外快球攝像機[2]。實現(xiàn)對供暖管道、風機房、隧道外變電所、隧道內(nèi)箱變洞室的實時監(jiān)視。

隧道監(jiān)控中心設置數(shù)字視頻綜合平臺、液晶監(jiān)視器（高清）、視頻服務器、網(wǎng)絡存儲服務器等設備。監(jiān)控系統(tǒng)視頻圖像通過環(huán)網(wǎng)方式接入數(shù)字視頻綜合平臺，經(jīng)高清解碼卡輸出在電視墻顯示，通過IP-SAN存儲系統(tǒng)進行圖像的存儲。

3.3 信息采集系統(tǒng)

環(huán)境信息檢測系統(tǒng)用于實時掌握隧道內(nèi)當前的溫度、濕度、風速、氧氣含量等指標，用于監(jiān)控人員對通風系統(tǒng)的自動控制運行是否正常提供依據(jù)[2]，一旦發(fā)生管道事故，采集的各類指標信息還能為是否具備進洞檢修條件提供依據(jù)。除此外，系統(tǒng)應具有綜合分析、處理并形成控制方案的能力。

隧道環(huán)境信息采集系統(tǒng)由溫度檢測器、濕度檢測器、風速檢測器、氧含量檢測器、主洞光纖光柵檢測報警系統(tǒng)組成[2]。

3.4 火災檢測系統(tǒng)

隧道內(nèi)火災檢測系統(tǒng)[1]由手動報警按鈕、煙感、溫感探測器、光纖光柵檢測、感溫光纜檢測系統(tǒng)組成。

隧道內(nèi)每隔50 m設置1套手動報警按鈕[1]，各隧道外變電所、隧道內(nèi)地下箱變、斜井風機房均設置手動報警按鈕、煙感、溫感探測器和聲光報警器[1]。手動報警按鈕以總線方式接入火災報警主機，火災報警主機的通訊口（RS485）采用光端機方式傳到監(jiān)控中心的火災報警主機。

隧道拱頂按不大于10 m的間距布設光纖光柵火災檢測單元[1]，每250 m范圍內(nèi)的光纖光柵火災檢測單元用1芯光纜將其串接并接入光纖光柵處理主機，光纖光柵處理主機通過網(wǎng)絡與火災報警計算機聯(lián)網(wǎng)，可實時自動顯示洞內(nèi)各檢測單元串的實時溫度，一旦超過設定溫度時，可輸出火災報警信號。

各隧道外變電所、隧道內(nèi)地下箱變、斜井風機房內(nèi)的高低壓柜均設置光纖光柵感溫檢測單元，其中高壓進線柜、出線柜連接電纜的每根相線的接頭處均設置接觸式檢測單元，低壓電容柜每層電容器進線處設置接觸式檢測單元，低壓出線柜電纜接頭處的電纜本體位置設置接觸式檢測單元。斜井風機房高壓進線柜、中壓出線柜連接電纜的每根相線的接頭處均設置接觸式檢測單元。

隧道主洞兩側(cè)電纜管箱、變電所和箱變的電纜溝中設置感溫光纜火災探測器，感溫光纜在電纜管箱中采用接觸式敷設方式對所有線纜進行保護，敷設時需重點對10 kV高壓線纜、風機供電電纜、電磁閥供電電纜多次反復接觸，其他線纜適當接觸。

所有火災檢測設施均接入隧道管理中心，當檢測到火災發(fā)生或收到報警信號時，自動向監(jiān)控人員發(fā)出預警，并將距離報警點最近的攝像機圖像顯示至主監(jiān)視器上，供監(jiān)控人員人工確認，若確實異常，則立即啟動相應應急預案。

3.5 隧道緊急電話系統(tǒng)

緊急電話系統(tǒng)是為供暖隧道內(nèi)人員提供緊急呼叫設置的[1]，當隧道內(nèi)現(xiàn)場發(fā)生意外時，使用者可以利用設置在隧道內(nèi)的緊急電話向緊急電話控制臺進行呼叫，報告事故情況，控制臺值班員由監(jiān)控圖像確認后啟動相應預案并及時處置。

考慮本項目的特殊性，在全部隧道均設置光纖型緊急電話，在隧道監(jiān)控中心設置緊急電話主控制臺，光纖型緊急電話設備信號衰減較小、傳輸距離遠、抗干擾、抗雷擊能力強。

3.6 通風與照明控制系統(tǒng)

3.6.1 通風控制可分自動控制模式和手動控制模式[3]

a）自動模式下，光纖光柵火災檢測報警系統(tǒng)和感溫光纜檢測報警系統(tǒng)可以顯示隧道內(nèi)各點的環(huán)境溫度，各點環(huán)境溫度應從隧道送風口至排風口段線性升高，當某點溫度異常時，應及時啟動附近攝像機判定漏水或火災。

b）手動控制模式下，以隧道本地控制器為控制終端；在手動控制模式下，操作員可在觸摸屏軟件界面下點擊相應風機圖標通過隧道本地控制器下發(fā)風機組編號，實現(xiàn)隧道通風的控制。

3.6.2 照明控制

隧道內(nèi)設置照明系統(tǒng)主要是為檢修人員例行進洞維修提供所需的亮度，其次可為隧道監(jiān)控中心監(jiān)控值班人員隨時遠程巡視洞內(nèi)狀況時提供所需的亮度。一般工況下，燈具處于關(guān)閉狀態(tài)。

隧道主洞照明燈具平時不開啟，當需要工作人員進洞進行檢修時，通過監(jiān)控系統(tǒng)照明控制系統(tǒng)開啟全線應急照明，部分段落需要增強照明亮度時，由檢修人員通過現(xiàn)場按鈕或通過對講設備通知監(jiān)控室值班人員開啟。當檢修完畢后，確定檢修人員安全撤離后，通過監(jiān)控系統(tǒng)遠程關(guān)閉全部照明燈具[3]。

3.7 隧道本地控制系統(tǒng)

3座供暖隧道均采用工業(yè)以太網(wǎng)組成獨立的環(huán)網(wǎng)，通過光纜進行數(shù)據(jù)的傳輸。各工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)均設置1臺主控PLC，主控PLC設置觸摸屏。隧道內(nèi)監(jiān)控設備（如隧道內(nèi)溫度檢測器、濕度檢測器、氧含量檢測器、風速檢測器、風機照明控制等）通過隧道現(xiàn)場工業(yè)以太網(wǎng)+PLC系統(tǒng)集成并與隧道監(jiān)控中心通信。

3.8 網(wǎng)絡廣播系統(tǒng)

隧道廣播功放與監(jiān)控攝像機同址，與監(jiān)控攝像機共用1臺千兆環(huán)網(wǎng)遠端設備，依靠視頻自愈環(huán)網(wǎng)傳輸。廣播系統(tǒng)的用途是，當隧道內(nèi)發(fā)生供暖管道故障或火災等緊急情況時，隧道監(jiān)控中心可通過本系統(tǒng)對隧道洞內(nèi)外進行廣播，指揮調(diào)度和組織救援等[1]。

本子系統(tǒng)主要由控制臺、功放設備、遠端控制模塊、揚聲器、廣播電纜等組成。

3.9 光、電纜工程

隧道內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)供電主電纜選用硅橡膠絕緣和護套耐火電力電纜（NH-YGF），最高工作溫度可達180℃，具有耐熱輻射、耐寒、耐酸堿及防水等特性，電纜結(jié)構(gòu)柔軟，敷設方便，高溫環(huán)境下電氣性能穩(wěn)定，抗老化性能較好，變電所及箱變洞室內(nèi)設備供電電纜采用阻燃或耐火型電纜。

根據(jù)隧道監(jiān)控設備布設特點分設監(jiān)控光纜，32/64芯監(jiān)控系統(tǒng)主干光纜主要用于供暖隧道視頻主干線、PLC、環(huán)境監(jiān)測、消防系統(tǒng)的傳輸；斜井風機房采用12芯主干光纜連接至最近的箱變洞室。閉路電視系統(tǒng)采用4芯分支光纜組環(huán)后通過沿線的32芯/64芯主干光纜將視頻信號傳輸至隧道監(jiān)控中心。

在隧道拱頂中線處設置1道強電電纜橋架，用于照明供電線纜、監(jiān)控供電線纜的敷設；另外靠近外側(cè)再設置1道弱電電纜橋架，用于手動報警按鈕、監(jiān)控系統(tǒng)光纜、光纖光柵用纜等的敷設。

4 結(jié)語

本文介紹了古交興能電廠至太原集中供熱主管線及中繼能源站工程中供暖隧道的監(jiān)控系統(tǒng)設計方案，具體說明了隧道監(jiān)控系統(tǒng)各子系統(tǒng)的設計方案、功能及布設原則。對同類隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設計有一定的借鑒作用。