地鐵隧道火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)_圖文

1、都市快軌交通 第20卷第6期2007年12月機(jī)電工程地鐵隧道火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)唐 敏 毛宇豐(廣州市地下鐵道設(shè)計(jì)研究院 廣州 510010摘 要 地鐵隧道的特殊環(huán)境給火災(zāi)探測(cè)裝置選型帶來(lái)很多困難,光纖測(cè)溫系統(tǒng)的出現(xiàn)為解決地鐵隧道火災(zāi)探測(cè)器的設(shè)置問(wèn)題提供了一個(gè)很好的選擇。分析地鐵隧道火災(zāi)的原因、特點(diǎn),針對(duì)地鐵隧道的環(huán)境特點(diǎn),對(duì)火災(zāi)探測(cè)器的功能、作用和選型進(jìn)行分析,給出地鐵隧道中的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)置方案。關(guān)鍵詞 地鐵 隧道 火災(zāi) 火災(zāi)探測(cè)器 光纖測(cè)溫系統(tǒng)地鐵隧道空間狹小,且處于相對(duì)密閉狀態(tài),自然排煙困難,一旦發(fā)生火災(zāi),燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量不易散發(fā),極易導(dǎo)致火災(zāi)的迅速蔓延;隧道橫斷面小,地面不便

2、行走,人員疏散困難,消防人員也很難接近火源撲救,一旦發(fā)生火災(zāi)不僅將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,還會(huì)造成重大的人員傷亡,引起交通秩序混亂。因此,及時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)隧道火災(zāi)進(jìn)行報(bào)警,實(shí)時(shí)掌握火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情況,為救災(zāi)人員提供決策信息,對(duì)于盡早組織人員疏散、控制火情、組織實(shí)施滅火、降低損失尤為重要。地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范!規(guī)定地下車(chē)站和區(qū)間隧道保護(hù)等級(jí)為一級(jí),但是由于地鐵隧道環(huán)境的制約,地鐵隧道火災(zāi)探測(cè)器的選型一直是個(gè)困擾設(shè)計(jì)人員的難題。光纖測(cè)溫系統(tǒng)的出現(xiàn),為地鐵隧道火災(zāi)探測(cè)器的設(shè)置提供了很好的選擇。1 地鐵隧道火災(zāi)原因分析1電纜引發(fā)的火災(zāi)由于動(dòng)力電纜中間接頭制作質(zhì)量不良、壓接頭不緊、接觸電阻過(guò)大造成的電纜頭過(guò)熱燒穿絕緣,電纜

3、運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)越容易發(fā)生過(guò)熱燒穿事故;#接地故障電流引起火災(zāi);長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行、受潮和受熱等原因,絕緣層被損壞,發(fā)生短路等引發(fā)電纜火災(zāi)。對(duì)于電纜引發(fā)的火災(zāi),在事故以前的物理過(guò)程大收稿日期:2007-04-17 修回日期:2007-08-22作者簡(jiǎn)介:唐敏,男,自動(dòng)化工程師,從事城市軌道交通系統(tǒng)自動(dòng)化方面的設(shè)計(jì)與研究,tangm i nd ts j 致相同:電纜某處絕緣受損%間歇或連續(xù)放電%電纜絕緣明顯下降造成局部發(fā)熱%電纜某處爆炸或發(fā)生電弧并產(chǎn)生不良?xì)怏w%整個(gè)電纜隧道失火。從電纜局部溫度異常到火災(zāi)發(fā)生一般有較長(zhǎng)的時(shí)間,若能及時(shí)檢測(cè)到電纜溫度的異常并及時(shí)采取措施,就完全可以防止火災(zāi)事故的發(fā)生。因此,

4、檢測(cè)電纜溫度對(duì)于防止電纜引發(fā)火災(zāi)顯得尤為重要。2列車(chē)火災(zāi)列車(chē)發(fā)生火災(zāi)的典型成因主要有車(chē)廂內(nèi)旅客攜帶易燃物;#過(guò)失等人為因素;電氣設(shè)備故障。3區(qū)間變電所火災(zāi)4縱火等其他原因由于地鐵隧道火災(zāi)主要由列車(chē)火災(zāi)和電纜火災(zāi)引發(fā),而且目前大部分地鐵在列車(chē)和區(qū)間變電所均設(shè)置了火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)器裝置,所以應(yīng)考慮在地鐵隧道中安裝可以針對(duì)電纜火災(zāi)和縱火等其他原因引起的火災(zāi)的探測(cè)系統(tǒng)。目前,原則上有點(diǎn)式感溫探測(cè)器、點(diǎn)式感煙探測(cè)器、吸氣式煙霧探測(cè)器、纜式線(xiàn)型定溫探測(cè)器以及光纖測(cè)溫系統(tǒng)幾種,以下對(duì)其選型進(jìn)行分析。2 地鐵隧道中火災(zāi)探測(cè)器的選型分析由于地鐵隧道環(huán)境特殊,所以安裝火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)裝置受到多種因素的制約。1粉塵多地鐵隧

5、道運(yùn)營(yíng)時(shí)風(fēng)速大、地鐵工程車(chē)排放的廢氣含塵量大,會(huì)造成較嚴(yán)重?fù)P塵,粉塵對(duì)點(diǎn)式火災(zāi)探測(cè)器(特別是感煙火災(zāi)探測(cè)器、吸氣式煙霧探測(cè)器來(lái)說(shuō)是&頭號(hào)殺手。過(guò)多的粉塵停留在探測(cè)器的光學(xué)元件上,會(huì)導(dǎo)致探測(cè)器的靈敏度下降或造成失效;過(guò)多的粉塵停留在采樣室中會(huì)造成光線(xiàn)的大量散射,使感光元件接收太多的光線(xiàn)導(dǎo)致探測(cè)器誤報(bào)警;具有腐蝕性的粉塵停留在探測(cè)器的電路板上,會(huì)腐蝕電路板,隧道內(nèi)空氣潮濕時(shí)情況會(huì)變得更嚴(yán)重。2潮氣重地鐵隧道潮濕的環(huán)境不利于點(diǎn)式探測(cè)器的使用,都市快軌交通 第20卷第6期2007年12月潮氣會(huì)對(duì)探測(cè)器的電子板件及探測(cè)元件造成很大的影響。首先,會(huì)造成電子板件受潮短路而損壞,或是使絕緣性降低而產(chǎn)生系統(tǒng)接地

6、;其次,當(dāng)潮氣進(jìn)入探測(cè)器的探測(cè)室時(shí),會(huì)對(duì)探測(cè)元件造成干擾。對(duì)于感煙探測(cè)器,當(dāng)潮氣進(jìn)入探測(cè)室后,大量散射探測(cè)器光源發(fā)出的光線(xiàn)會(huì)導(dǎo)致探測(cè)器誤報(bào)警。3電磁場(chǎng)干擾強(qiáng)在地鐵隧道運(yùn)行的多為電力牽引車(chē)輛,它能產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁低頻干擾信號(hào),而供電系統(tǒng)的不平衡、線(xiàn)路短路也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)電磁干擾。點(diǎn)式火災(zāi)探測(cè)器、吸氣式煙霧探測(cè)器電路或通訊線(xiàn)路受其干擾時(shí)會(huì)造成誤報(bào)警。4風(fēng)速大地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí),列車(chē)高速行駛產(chǎn)生高速氣流。當(dāng)火災(zāi)探測(cè)器安裝在有高速氣流的位置時(shí),一方面高速氣流會(huì)將煙霧吹離探測(cè)器,使探測(cè)器報(bào)警緩慢,另一方面高速氣流進(jìn)入感煙探測(cè)器的采樣室后,會(huì)形成氣流旋,使停留在采樣室的粉塵揚(yáng)起造成誤報(bào)警。綜上所述,環(huán)境特點(diǎn)決定了地鐵隧道

7、不適宜采用點(diǎn)式火災(zāi)探測(cè)器及吸氣式煙霧探測(cè)器進(jìn)行火災(zāi)探測(cè),宜采用線(xiàn)性感溫探測(cè)器進(jìn)行火災(zāi)探測(cè)。以下對(duì)光纖測(cè)溫系統(tǒng)和纜式線(xiàn)型定溫探測(cè)器兩種線(xiàn)性感溫探測(cè)器,用于地鐵隧道火災(zāi)探測(cè)時(shí)的性能進(jìn)行比較。1光纖測(cè)溫系統(tǒng)傳感線(xiàn)纜具有高絕緣性能,直接敷設(shè)在高壓電纜上時(shí),其安全性遠(yuǎn)高于纜式線(xiàn)型定溫探測(cè)器。 2由于光纖測(cè)溫系統(tǒng)傳感線(xiàn)纜最長(zhǎng)可達(dá)8000m,安裝在地鐵隧道中的僅為傳感線(xiàn)纜,線(xiàn)型定溫探測(cè)器由于受到探測(cè)原理的限制,其傳感線(xiàn)纜一般不能大于200m,其控制器和傳感線(xiàn)纜的連接線(xiàn)的長(zhǎng)度一般不能超過(guò)1000m 。這樣,在地鐵長(zhǎng)區(qū)間中敷設(shè)時(shí),線(xiàn)型定溫探測(cè)器的控制器必須裝設(shè)在隧道中,隧道潮濕、強(qiáng)電磁場(chǎng)的環(huán)境對(duì)于線(xiàn)型定溫探測(cè)器

8、的可靠性有很大影響。3光纖測(cè)溫系統(tǒng)能提供探測(cè)對(duì)象的實(shí)時(shí)、連續(xù)的基于時(shí)間和空間二維的溫度場(chǎng)信息。一方面,這有利于在電纜火災(zāi)發(fā)生之前發(fā)現(xiàn)電纜事故隱患,防止火災(zāi)事故的發(fā)生,實(shí)現(xiàn)&防消結(jié)合,預(yù)防為主;另一方面,由于光纖測(cè)溫系統(tǒng)能將隧道大范圍或局部范圍的溫度隨時(shí)間變化的情況連續(xù)地顯示,為控制指揮中心調(diào)度指揮人員提供分析火災(zāi)災(zāi)情所需的詳細(xì)的隧道溫度場(chǎng)信息。在地鐵隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí),調(diào)度指揮人員需要完成指揮列車(chē)行駛和斷電、啟動(dòng)隧道排煙系統(tǒng)、組織乘客疏散等工作,責(zé)任重大。光纖測(cè)溫系統(tǒng)提供的詳細(xì)溫度場(chǎng)信息可以顯示發(fā)生火災(zāi)的精確位置、火災(zāi)蔓延方向和速度,這對(duì)于幫助調(diào)度指揮人員在短時(shí)間內(nèi)做出正確決策有重大的意義。相比之

9、下,線(xiàn)型定溫探測(cè)器提供的在200m 左右一段的探測(cè)范圍內(nèi)對(duì)象溫度超過(guò)設(shè)定值的報(bào)警信號(hào),遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足調(diào)度指揮人員的信息需求。綜上所述,光纖測(cè)溫系統(tǒng)在安全性、可靠性、提供的信息豐富程度等方面優(yōu)于纜式線(xiàn)型定溫探測(cè)器,更適合被用于地鐵隧道火災(zāi)的探測(cè)。3 光纖測(cè)溫系統(tǒng)的工作原理目前,光纖測(cè)溫系統(tǒng)主要有基于光纖光柵傳感技術(shù)和基于光時(shí)域反射技術(shù)兩種,以下簡(jiǎn)單介紹這兩種光纖測(cè)溫系統(tǒng)的基本工作原理。3.1 光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)光纖光柵是利用光纖材料的光敏性,在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵,其作用實(shí)質(zhì)上是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的濾波器或反射鏡。當(dāng)寬帶光經(jīng)光纖傳輸?shù)焦鈻盘帟r(shí),光柵將有選擇地反射回一窄帶光。在環(huán)境溫度恒定時(shí)該窄帶光

10、的中心波長(zhǎng)為一固定值;當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí),光柵柵距將發(fā)生變化(同時(shí),光柵處纖芯折射率也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化,反射窄帶光的中心波長(zhǎng)將隨之發(fā)生改變,通過(guò)檢測(cè)反射窄帶光中心波長(zhǎng)的變化值,就可以測(cè)量到光柵處有關(guān)物理量的變化。利用光柵的這一特性,可以制成用于檢測(cè)溫度的光纖傳感器,其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。圖1 光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)3.2 基于光時(shí)域反射的光纖測(cè)溫系統(tǒng)基于光時(shí)域反射的光纖測(cè)溫系統(tǒng)的基本原理是利用光纖中石英分子鍵會(huì)受溫度上升而產(chǎn)生晶格振動(dòng),導(dǎo)致在光纖中傳輸?shù)墓猱a(chǎn)生散射,而散射量的大小可地鐵隧道火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 圖3 地鐵光纖測(cè)溫系統(tǒng)構(gòu)成方案圖以直接反映溫度的高低。因此,光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)可以將環(huán)境

11、溫度以連續(xù)的線(xiàn)性方式表示出來(lái),準(zhǔn)確地定位溫度變化的確切位置。系統(tǒng)通過(guò)光時(shí)域反射測(cè)量法及連續(xù)快速傅立葉變換對(duì)信息進(jìn)行處理,將微小的時(shí)空差別以頻率方式體現(xiàn)出來(lái),實(shí)現(xiàn)精確定位。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。圖2 基于光時(shí)域反射的光纖測(cè)溫系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)4 地鐵隧道火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 地鐵列車(chē)空間封閉且狹小,車(chē)輛內(nèi)人員密集,一旦發(fā)生火災(zāi),極易造成群死群傷的惡性事故。列車(chē)火災(zāi)是地鐵隧道火災(zāi)探測(cè)的重點(diǎn),為了及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并實(shí)現(xiàn)報(bào)警,應(yīng)在列車(chē)上設(shè)置包括火災(zāi)探測(cè)器、手動(dòng)報(bào)警按鈕、消防對(duì)講電話(huà)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),火災(zāi)探測(cè)結(jié)果可通過(guò)列車(chē)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)發(fā)到附近的地鐵車(chē)站,并由車(chē)站將信息發(fā)送到控制指揮中心?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可以和列車(chē)

12、上設(shè)置的視頻監(jiān)視系統(tǒng)配合,為列車(chē)火災(zāi)的防范與處置提供必要的信息。地鐵隧道列車(chē)外的火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)任務(wù)由光纖測(cè)溫系統(tǒng)承擔(dān),同時(shí)在區(qū)間設(shè)置手動(dòng)報(bào)警按鈕。地鐵隧道的火災(zāi)報(bào)警按就近原則納入最近的車(chē)站。每個(gè)地下車(chē)站配備一臺(tái)感溫光纖控制器,采用差定溫報(bào)警方式,火災(zāi)報(bào)警控制盤(pán)通過(guò)輸入模塊與感溫光纖控制器的輸出繼電器相連,接收其火災(zāi)報(bào)警信息,同時(shí)感溫光纖控制器通過(guò)通信口與車(chē)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)通信。感溫光纖控制器能通過(guò)通信接口,給車(chē)站及中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供以圖形方式顯示的探測(cè)對(duì)象實(shí)時(shí)、連續(xù)、基于時(shí)間空間二維的溫度場(chǎng)信息,供控制指揮中心調(diào)度指揮人員決策使用。光纖測(cè)溫系統(tǒng)構(gòu)成方案見(jiàn)圖3。感溫光纖在地鐵隧道內(nèi)的敷設(shè)方案有4

13、個(gè)。方案1 每條隧道敷設(shè)兩條感溫光纖,一條直線(xiàn)懸吊于隧道斜上部,另一條則蛇行敷設(shè)在強(qiáng)電電纜橋架上。方案2 每條隧道僅在隧道斜上部直線(xiàn)懸吊一條感溫光纖。方案3 每條隧道僅在強(qiáng)電電纜橋架上蛇行敷設(shè)一條感溫光纖(安裝示意見(jiàn)圖4。方案4 每條隧道一條除在強(qiáng)電電纜橋架上蛇行圖4 感溫光纖在電纜橋架上的安裝示意圖敷設(shè)感溫光纖外,每隔一段距離(間隔距離可結(jié)合區(qū)間手動(dòng)報(bào)警按鈕和消火栓箱的設(shè)置,一般為25m 繞出強(qiáng)電電纜橋架,在隧道壁上也敷設(shè)一條感溫光纖(安裝示意見(jiàn)圖5。圖5 感溫光纖在電纜橋架上及隧道壁上的安裝示意圖當(dāng)?shù)罔F列車(chē)內(nèi)未安裝火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)時(shí),為了能對(duì)隧道環(huán)境溫度進(jìn)行較完整的探測(cè),應(yīng)按方案1設(shè)置感溫

14、光纖。當(dāng)?shù)罔F列車(chē)內(nèi)安裝火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)時(shí),光纖測(cè)溫系統(tǒng)重點(diǎn)針對(duì)強(qiáng)電電纜火災(zāi),按方案3設(shè)都市快軌交通 第20卷第6期2007年12月置的光纖測(cè)溫系統(tǒng)能在電纜事故發(fā)生的早期提供報(bào)警,但不能提供隧道環(huán)境溫度作為非火災(zāi)情況下隧道風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的依據(jù)及電纜背景溫度。方案4較好地解決了這個(gè)問(wèn)題,是最經(jīng)濟(jì)合理的方案。地鐵隧道除了采用光纖測(cè)溫系統(tǒng)、區(qū)間手動(dòng)報(bào)警按鈕、車(chē)載火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)作為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警手段外,發(fā)生火災(zāi)時(shí)還可利用軌旁電話(huà)、車(chē)載無(wú)線(xiàn)電話(huà)等進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警。當(dāng)控制指揮中心的調(diào)度指揮人員確定區(qū)間發(fā)生火災(zāi)時(shí),可以由中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出模式控制指令,通過(guò)車(chē)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施消防聯(lián)動(dòng),指揮救災(zāi),地鐵隧道火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警

15、信息流程如圖6所示。在非火災(zāi)工況下,隧道風(fēng)機(jī)是否需要啟動(dòng),隧道溫度是重要的判斷依據(jù),光纖測(cè)溫系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道的環(huán)境溫度監(jiān)測(cè),其監(jiān)測(cè)結(jié)果通過(guò)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的通信接口,提供給車(chē)站及中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng),為其發(fā)出啟動(dòng)隧道風(fēng)機(jī)的模式指令提供依據(jù)。圖6 地鐵隧道火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警信息流程圖5 結(jié)論地鐵隧道火災(zāi)危害大、救災(zāi)困難,火災(zāi)的自動(dòng)探測(cè)及報(bào)警尤為重要,在地鐵隧道中除了設(shè)置手動(dòng)報(bào)警按鈕以外,還應(yīng)設(shè)置火災(zāi)探測(cè)器。環(huán)境特點(diǎn)決定了地鐵隧道不適宜采用點(diǎn)式火災(zāi)探測(cè)器及吸氣式煙霧探測(cè)器,當(dāng)采用線(xiàn)性感溫探測(cè)器進(jìn)行地鐵隧道火災(zāi)報(bào)警時(shí),光纖測(cè)溫系統(tǒng)有比纜式線(xiàn)型定溫探測(cè)器更好的性能。地鐵隧道火災(zāi)原因主要為電纜引發(fā)的火災(zāi)和列車(chē)火災(zāi)

16、。為實(shí)現(xiàn)列車(chē)火災(zāi)的報(bào)警,應(yīng)在列車(chē)上設(shè)置包括火災(zāi)探測(cè)器、手動(dòng)報(bào)警按鈕、消防對(duì)講電話(huà)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。地鐵隧道列車(chē)外的火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)任務(wù)由光纖測(cè)溫系統(tǒng)承擔(dān),地鐵隧道的火災(zāi)報(bào)警按就近原則納入最近的車(chē)站監(jiān)控范圍。光纖測(cè)溫系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道的環(huán)境溫度監(jiān)測(cè),其監(jiān)測(cè)結(jié)果通過(guò)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的通信接口,提供給車(chē)站及中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng),從而為科學(xué)地改善隧道內(nèi)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)隧道風(fēng)機(jī)節(jié)能運(yùn)行提供依據(jù)。參考文獻(xiàn)1郝際賢.地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范!問(wèn)與答(13J.都市快軌交通,2006,19(3.2曲廣軍.光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)在電纜隧道的應(yīng)用J.消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2005(12:19-20.3秦科雁,鄭小波,童潮鎮(zhèn).電纜隧道消防報(bào)警

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18、trac:t Due to the speci al envir onm ent of subw ay tunnels, it had bee n d iffi cult to c hoose su itab l e fire detectors un til fi ber optic te m perature sensi ng syste m w as inve n ted.The paper analyzes t he ca u ses and characteri stics of fires i n sub w a ys on the one hand and the fun cti ons,eff ecti ve ness a nd m odel selectio n of fir e dete