總線短路隔離器環(huán)形接線方式在城市軌道交通FAS系統中的應用

徐騰飛

（北京城市快軌建設管理有限公司，北京 100027）

1 城市軌道交通FAS系統概述

與城市中其他公共交通工具相比，城市軌道交通具有速度快、載客量大、價格低廉、避免擁堵等優(yōu)勢，因此，城市軌道交通也成為大部分人出行的最佳選擇。

2021年年底，北京市軌道交通歷史性地完成了“九線開通”，北京地鐵運營里程也達到了783 km，根據“十四五”規(guī)劃，北京市軌道交通要達到1 600 km，城市軌道交通依然是一大熱門板塊。為充分利用有限的土地資源，北京城市軌道交通絕大部分車站位于地面下，空間相對封閉，人員密度較大，不利于疏散，且因地鐵智能化較高，電氣設備數量龐大，如因人為原因或電氣線路老化故障，在地鐵車輛、車站公共區(qū)、設備區(qū)等人口密集區(qū)發(fā)生火災，可能會造成嚴重的人員傷亡和經濟損失。

火災自動報警系統，也稱FAS 系統，是由觸發(fā)裝置、火災報警裝置、聯動輸出裝置以及其他輔助功能裝置組成的。在火災初期，它能將燃燒產生的煙霧、熱量、火焰等物理量，通過火災探測器變成電信號，傳輸到火災報警控制器；同時以聲或光的形式通知整個樓層疏散，控制器記錄火災發(fā)生的部位、時間等，使人們能夠及時發(fā)現火災，并及時采取有效措施，撲滅初期火災，最大限度地減少因火災造成的生命和財產的損失[1]。

經過近20年的發(fā)展，北京軌道交通FAS 系統日臻完善，能夠實現火災探測、向車站控制室及小營控制中心發(fā)出火災警報、報告火災區(qū)域、與綜合監(jiān)控系統及環(huán)境與設備監(jiān)控系統配合或獨立實現對消防設備的聯動控制，真正做到了及時消滅火災隱患，防患于未然[2]。

2 基于城市軌道交通現行FAS系統的改進型接線方式

2.1 FAS系統與各專業(yè)的接口

為實現消防聯動功能，FAS 系統通過232 線、485線、光纖等接口與供電、機電、通信等專業(yè)傳遞信號，并通過輸入輸出模塊控制各系統，達到消防聯動的目的。[3]接口詳情如下：

（1）與動力照明專業(yè)的接口：①動力照明專業(yè)提供FAS 專用供電回路；接口位置預設在動力照明配電箱/控制柜的控制接線端子排；②火災模式下FAS系統啟動應急照明系統，硬線接口位于應急照明電源配電箱出線端。

（2）與低壓配電專業(yè)接口：火災情況下，FAS 給低壓配電系統下達切斷非消防負荷信號，從而切斷非消防用電。硬線接口預設在低壓柜配電回路的分離脫扣器的端子排外線側。

（3）與環(huán)控通風專業(yè)的接口：火災情況下，FAS控制專用排煙設備執(zhí)行相應排煙動作。硬線接口預設在專用防排煙風機、防排煙閥門、擋煙垂簾、電動排煙窗等設備的控制器/箱處。

（4）與給排水專業(yè)的接口：若發(fā)生火災，FAS 控制消防泵、電動蝶閥（主要針對地下站）等設備執(zhí)行相應動作。硬線接口位于消防水泵控制箱、消防水管電動碟閥的接線端子排。

（5）與通信專業(yè)的接口：通信系統為FAS 提供6芯光纖，由通信專業(yè)統一敷設，接口位置在通信機械室的光纖配線架上。

（6）與綜合監(jiān)控系統的接口：FAS 系統向ISCS發(fā)送火災信息，設備運行信息，接口位置在控制中心及車站綜合監(jiān)控設備房ISCS 機柜配線架外側，2路串行接口。

（7）與BAS 的接口：火災模式下向BAS 系統發(fā)送模式控制信號，接口位置在車控室IBP 盤內接線端子，RS232串行接口。

（8）與時鐘系統的接口：接口位置在控制中心時鐘系統的通信接口處，接收時鐘對時信號，為通信接口。

（9）與電氣火災監(jiān)控系統接口：接收電氣火災監(jiān)控系統報警信號，硬線或通信接口位于車控室火災報警控制器接線端子。

（10）與電梯的接口：火災模式下控制電梯停首層，硬線接口位于電梯控制箱接線端子處。

2.2 軌道交通中短路隔離器通用的接線方式

FAS 系統對各專業(yè)的控制功能由FAS 系統主機和模塊箱共同實現，上述各接口統一接入各專業(yè)臨近的FAS 模塊箱中的輸入輸出模塊，FAS 主機通過各個模塊箱內的輸入輸出模塊，達到控制各個專業(yè)的目的，實現聯動功能。FAS 模塊箱見圖1。

圖1 北京地鐵11號線FAS模塊箱

總線隔離器一般位于FAS 系統的模塊箱中，是FAS 主機與回路內所帶各控制點的屏障，當系統局部出現短路故障時，會自動將出現斷路故障部分從系統中隔離出去。若系統分支總線出現故障（如短路）時，會造成整個系統整體的癱瘓，總線隔離器的設置就可使上述問題得到解決。其余分支系統正常工作；當故障修復后，總線隔離器會自動接通總線，使修復后的分支系統接入系統。其特點包括：①反應靈敏，響應時間短；②總線修復后自動恢復；③采用模塊式結構，安裝簡單，維修方便的特點。

根據GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規(guī)范》中第3.1.6款所規(guī)定：系統總線上應設置總線短路隔離器，每支總線短路隔離器保護的火災探測器、手動火災報警按鈕和模塊等消防設備的總數不應超過32點；總線穿越防火分區(qū)時，應在穿越處設置總線短路隔離器。又由GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規(guī)范》中第3.1.5款所規(guī)定：任一臺火災報警控制器所連接的火災探測器、手動火災報警按鈕和模塊等設備總數和地址總數，均不應超過3 200點，其中每一總線回路連接設備的總數不宜超過200點，且應留有不少于額定容量10 %的余量；任一臺消防聯動控制器地址總數或火災報警控制器（聯動型）所控制的各類模塊總數不應超過1 600點，每一聯動總線回路連接設備的總數不宜超過100點，且應留有不少于額定容量10 %的余量。

當前主流FAS 系統短路隔離器的接線方式有兩種：環(huán)形接線與樹形接線。環(huán)形接線方式見圖2，樹形接線方式見圖3。

圖2 環(huán)形接線方式

圖3 樹形接線方式

樹形接線是單個模塊帶本回路內的所有控制點，短路隔離器位于FAS 主機與被控模塊之間，其優(yōu)勢在于：系統結構簡單，所用短路隔離器數量較少，建設成本較低。因此，樹形接線方式廣泛應用于北京軌道交通的設計中。

在北京市11號線、16號線的設計中，就采用了樹形設計，煙感、溫感中自帶隔離模塊。但是在實際應用中，軌道交通中現行的樹形接線方式有以下弊端：如果隔離模塊發(fā)生故障，不能切斷故障回路，會發(fā)生串電事故，嚴重時甚至會因短路燒毀主機，導致車站的主機癱瘓，失去報警功能。在11號線、16號線施工過程中，曾多次發(fā)生模塊串電，燒毀FAS 主機的情況。

另根據《火災探測報警產品的維修保養(yǎng)與報廢》GB 29837—2013，第6條中6.1.1款規(guī)定：火災探測報警產品使用壽命一般不超過12年。

北京地鐵部分線路FAS 系統設備使用壽命詳見表1。

表1 北京地鐵部分線路FAS系統設備使用壽命統計

環(huán)形接線的優(yōu)勢是在各個回路內，增加了短路隔離模塊，當本回路內有一個短路隔離器出現故障時，可由其相鄰的短路隔離器繼續(xù)進行隔離保護。理論上，只要緊鄰FAS 主機的兩個短路隔離器正常運行，即可確保本回路發(fā)生故障后，不會燒毀主機。即使在地鐵后期的運營過程中，也可以對緊鄰FAS 主機的兩個短路隔離器進行重點維護，減少了運營維護成本，提高了維護效率。

環(huán)形接線方式雖然抬升了一些建設成本，但是大幅度提高了系統穩(wěn)定性，更有利于超年限運營的線路，降低了FAS 主機燒毀的概率，減少了運營開銷，更適用于城市軌道交通。

2.3 兩種接線方式穩(wěn)定性對比

如果總線隔離器采用樹形接線方式，可根據公式（1），計算出消防報警設備使用滿12年后，FAS 系統發(fā)生故障的概率。

式中，f（x）為被控模塊發(fā)生故障的概率；f（y）為短路隔離器發(fā)生故障的概率；m 為單個回路內被控設備數量；n 為短路隔離器數量。

由公式（1），假設單個短路隔離器、輸入輸出模塊、煙感、溫感發(fā)生故障的概率均為0.1，全站40個短路隔離器，每個短路隔離器保護20個點考慮，系統發(fā)生串電后，將上述數據代入公式（1）中，可知系統發(fā)生故障的概率為89.06%。

為避免該類事故，在北京S1 線的系統設計中，采用了環(huán)形接線方式，考慮最極端情況，只有在緊鄰主機的短路隔離器發(fā)生故障的情況下，才會燒壞主機。環(huán)形接線方式故障概率為

式中，f（x）為短路隔離器發(fā)生的概率；k為總線回路數量。

由公式（2）可知，當被控模塊發(fā)生漏電，燒毀主機，癱瘓整個系統的出現故障的概率不超過10 %。

如果采用環(huán)形接線，可有效規(guī)避系統老化后出現的串電問題，提高系統穩(wěn)定性，在環(huán)形接線的回路中，當一個隔離模塊發(fā)生故障時，還有其他模塊代為工作，不易發(fā)生燒毀主機，導致全站消防報警系統癱瘓的情況。

3 結束語

通過采用總線隔離模塊環(huán)形接線技術，可以更有效地保護火災報警系統主機回路卡和主板，確保火災自動報警系統的穩(wěn)定運行。當個別隔離模塊出現故障時，相鄰的隔離模塊將自動切斷短路部分與總線的連接，短路故障排除后，隔離模塊自動恢復正常運行，將先前切斷的報警回路接入FAS 報警主機，保障人民群眾生命財產安全，避免國家財產損失。