太古供暖隧道監控系統設計

段飛飛

（山西省交通規劃勘察設計院，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，市區現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。古交電廠是發電容量1 800 MW的純凝火力發電廠，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峰，可承擔太原市8 000萬m2供熱面積的供熱量。在不增加當地環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，內輪廓凈寬10.86 m，兩側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。隧道內部環境較為特殊，典型的濕熱環境。在供暖3號隧道出口約800 m處設隧道監控中心，為隧道運營監控系統的運營控制中心。隧道運營監控系統用于對隧道內視頻監控、火災檢測、環境信息采集、通信系統的管理[1]，并具有控制隧道內通風、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行的設計規范，因此采用專題研討、類比參考《公路隧道交通工程設計規范》JTG/T D71—2004和《城市綜合管廊工程技術規范》GB 50838—2012，并依據供熱管道實際特點進行歸納總結，并在此基礎上完成開拓性設計。

3 設計內容

供暖隧道監控系統設計內容包括[1]：計算機系統、閉路電視系統、信息采集系統、火災檢測系統、隧道緊急電話系統、通風與照明控制系統、隧道本地控制系統、網絡廣播系統、隧道監控系統軟件、隧道內外監控系統光、電纜工程等。

3.1 計算機系統

本項目隧道監控中心計算機系統采用最為廣泛的快速以太網技術，在隧道監控中心設骨干交換機兩臺，通過布線系統分別與服務器、職能計算機相連，通過10/100 M接口，實現與外部數據的交換。計算機網絡的拓撲結構采用“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。

隧道監控中心設置5臺服務器和9臺計算機，9臺計算機作為監控系統的職能計算機，分工完成監控系統數據采集、處理、控制等工作。

3.2 閉路電視系統

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

其余路段按間距100 m設置高清網絡固定槍式攝像機[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，隧道內箱變洞室及斜井變電所也設置網絡高清紅外快球攝像機[2]。實現對供暖管道、風機房、隧道外變電所、隧道內箱變洞室的實時監視。

隧道監控中心設置數字視頻綜合平臺、液晶監視器（高清）、視頻服務器、網絡存儲服務器等設備。監控系統視頻圖像通過環網方式接入數字視頻綜合平臺，經高清解碼卡輸出在電視墻顯示，通過IP-SAN存儲系統進行圖像的存儲。

3.3 信息采集系統

環境信息檢測系統用于實時掌握隧道內當前的溫度、濕度、風速、氧氣含量等指標，用于監控人員對通風系統的自動控制運行是否正常提供依據[2]，一旦發生管道事故，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。除此外，系統應具有綜合分析、處理并形成控制方案的能力。

隧道環境信息采集系統由溫度檢測器、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組成[2]。

3.4 火災檢測系統

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

隧道內每隔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絡與火災報警計算機聯網，可實時自動顯示洞內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、隧道內地下箱變、斜井風機房內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，當檢測到火災發生或收到報警信號時，自動向監控人員發出預警，并將距離報警點最近的攝像機圖像顯示至主監視器上，供監控人員人工確認，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

緊急電話系統是為供暖隧道內人員提供緊急呼叫設置的[1]，當隧道內現場發生意外時，使用者可以利用設置在隧道內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

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和感溫光纜檢測報警系統可以顯示隧道內各點的環境溫度，各點環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風機組編號，實現隧道通風的控制。

3.6.2 照明控制

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

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，通過監控系統照明控制系統開啟全線應急照明，部分段落需要增強照明亮度時，由檢修人員通過現場按鈕或通過對講設備通知監控室值班人員開啟。當檢修完畢后，確定檢修人員安全撤離后，通過監控系統遠程關閉全部照明燈具[3]。

3.7 隧道本地控制系統

3座供暖隧道均采用工業以太網組成獨立的環網，通過光纜進行數據的傳輸。各工業以太環網均設置1臺主控PLC，主控PLC設置觸摸屏。隧道內監控設備（如隧道內溫度檢測器、濕度檢測器、氧含量檢測器、風速檢測器、風機照明控制等）通過隧道現場工業以太網+PLC系統集成并與隧道監控中心通信。

3.8 網絡廣播系統

隧道廣播功放與監控攝像機同址，與監控攝像機共用1臺千兆環網遠端設備，依靠視頻自愈環網傳輸。廣播系統的用途是，當隧道內發生供暖管道故障或火災等緊急情況時，隧道監控中心可通過本系統對隧道洞內外進行廣播，指揮調度和組織救援等[1]。

本子系統主要由控制臺、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

隧道內監控系統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，電纜結構柔軟，敷設方便，高溫環境下電氣性能穩定，抗老化性能較好，變電所及箱變洞室內設備供電電纜采用阻燃或耐火型電纜。

根據隧道監控設備布設特點分設監控光纜，32/64芯監控系統主干光纜主要用于供暖隧道視頻主干線、PLC、環境監測、消防系統的傳輸；斜井風機房采用12芯主干光纜連接至最近的箱變洞室。閉路電視系統采用4芯分支光纜組環后通過沿線的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、監控供電線纜的敷設；另外靠近外側再設置1道弱電電纜橋架，用于手動報警按鈕、監控系統光纜、光纖光柵用纜等的敷設。

4 結語

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控系統設計方案，具體說明了隧道監控系統各子系統的設計方案、功能及布設原則。對同類隧道監控系統的設計有一定的借鑒作用。