地鐵氣體滅火系統遠程手動緊急啟停方案研究

李虎軍，杜香榮

（1.中國電建集團鐵路建設有限公司，北京 100044； 2.上海電力安裝第二工程有限公司，上海 200235）

0 引言

地鐵工程中的長大區間須設置中間區間風井滅火系統，以便在正常運行模式下增加隧道內的通風換氣次數；火災情況下，通過中間風井將煙氣快速排出地面，將火災列車與后方列車通過中間風井隔斷，火災列車前后風井組成防排煙單元，可以正常組織氣流，保證人員迎著新風方向疏散，增加安全保護。考慮到區間風井滅火遠程控制系統故障時，仍能遠程啟停滅火系統，須對區間風井氣體滅火系統增設遠程手動緊急啟停功能，由車站值班人員從車站控室按下緊急啟動/停止按鈕，啟動滅火系統。

1 地鐵氣體滅火系統概述

1.1 氣體滅火系統及構成

地鐵由于相對封閉的環境特點導致發生火災比地面建筑物發生火災更具有危險性。對不能用水撲滅的地下重要電氣用房，一般采用氣體滅火，使用的滅火介質為二氧化碳、七氟丙烷、IG-541?惰性氣體。根據滅火迅速、高效、無毒無味無煙、滅火劑環保、不破壞臭氧層、對電氣設備不產生嚴重影響且能盡快地恢復地鐵運行的要求，地鐵滅火系統一般采用介質為惰性氣體的?IG-541?系統。滅火系統一般由滅火劑貯存裝置、管網系統和報警系統組成（圖?1）。

圖1 氣體滅火系統組成

1.2 氣體滅火系統啟動方式

根據?GB?50370《氣體滅火系統設計規范》的要求，地鐵滅火系統設置自動操作、現場手動操作和氣瓶間緊急機械手動操作等方式，其工作流程見圖?2。

圖2 滅火系統工作流程

（1）自動操作，即控制系統處于自動工作狀態，系統自動完成火災探測、報警、聯動控制及滅火整個過程。當某一防護區發生火災時，探測到火災信號的探測器將火災信號傳送給氣體滅火多線控制盤，在火災被另一探測器確認后，發出火災報警信號，現場人員撤離，氣體滅火系統就地控制盤經延時?30??s?后啟動預設流程：開啟火災警報、封閉防護區、向防護區釋放滅火劑。30??s?延時啟動主要有?3?個方面的作用：①考慮防護區內人員的疏散；②及時關閉防護區的開口；③判斷有沒有必要啟動氣體滅火系統。

（2）現場手動操作，即氣體滅火控制的手動狀態。當防護區發生火災時，氣體滅火控制器接到?2?個獨立的火災信號后確認火災發生，氣體滅火系統發出火災聲、光報警信號，但不輸出啟動滅火指令，而是由值班人員按下防護區門外手動緊急啟動/停止按鈕，啟動滅火系統，釋放滅火劑。

（3）緊急機械手動操作，即氣體滅火系統控制器失效，值班人員判斷為火災時，手動關閉聯動設備并切斷電源，通過在氣瓶間內手動操作開啟相應容器閥，釋放滅火劑。

2 成都地鐵既有氣體滅火遠程控制的局限性

成都地鐵?1?號、2?號、3?號、4?號、7?號、10?號線站間距相對較小，區間風井至車站的距離均小于?2??km，區間風井不設值班人員，其遠程手動緊急啟停可以通過區間風井氣體滅火系統就地控制盤與車站控制室氣體滅火主機多線控制盤間的?2.5??mm2銅芯控制線，實現氣滅系統的遠程啟動/停止操作。然而，成都地鐵?18?號線站間距大、中間風井較多且距離車站較遠（圖?3），采用既有地鐵滅火系統?2.5??mm2銅芯控制線實現遠程手動啟動/停止功能存在諸多的限制因素。

（1）成都地鐵?18?號線車站與區間風井間平均距離超過?3??km，最遠可達?8.7??km，遠大于成都既有地鐵站間距、區間風井間的距離，直接采用?2.5??mm2銅芯控制線會使得電壓損失較大。氣體滅火系統控制線按?2?芯線考慮，DC24V?中間繼電器線圈輸出的?DC24V?控制信號功耗約為?1??W，吸合電流為?50～60??mA。以?3??km?區間距離計算，并考慮站內及風井內的距離，控制線長約為4.5??km，若?2.5??mm2銅芯線電阻率為?0.017??5，此時的線阻R為：

圖3 成都地鐵 18 號線線路圖

可見，線壓降?3.78??V大于?2.4??V，不能滿足控制電路電壓降不應超過?10%（2.4??V）的要求。因此，在控制線線長?4.5??km?時就不應再采用?2.5??mm2的銅芯線控制線。雖然增加控制線截面可減少線損（表?1），但軌行區強電電纜仍對控制線有電磁干擾，采用帶屏蔽保護的大截面控制線或采用屏蔽金屬管會大量增加項目投資。

（2）成都地鐵?18?號線采用?27.5??kV?交流接觸網供電系統，設計速度為140??km/h，相對于成都既有地鐵采用?15?kV?直流供電系統，18?號線?27.5??kV?交流接觸網供電系統將對?2.5??mm2銅芯控制線產生如下干擾：①27.5??kV高壓交流電對控制線存在干擾，可能會在控制線纜上產生高電壓；②27.5??kV?接觸網供電存在電磁感應，對控制電纜產生的影響較大；③27.5??kV?接觸網采用鋼軌回流（鋼軌和綜合接地網連接），易造成感應電動勢過大。

（3）控制線長距離的線路敷設，存在電線多處中間接頭，對信號等的傳輸產生影響，可能造成接觸器不能準確動作或者誤動作，導致應急遠程啟動不能準確動作或者誤動作。

表1 不同銅芯控制線長度線壓降

3 成都地鐵 18 號線氣體滅火遠程手動緊急啟停方案

鑒于以上限制因素，成都地鐵?18?號線研究采用開關量數據光端機將電信號轉為光信號，并通過光纖傳輸信號，實現在車站控制室對區間風井氣體滅火系統進行遠程手動緊急啟停（圖?4）。

圖4 氣體滅火系統光纖遠程手動緊急啟停框圖

3.1 遠程手動緊急啟停信號傳輸

成都地鐵?18?號線氣體滅火系統主機自帶單模光纖網卡，與消防控制室主機型號一致，通過光纖實現?2?臺主機的信號傳輸。由于光纖的特殊性，其通信距離優于銅芯線，而且能避免強電造成的電磁干擾，解決了距離超長及電磁干擾的問題。

3.2 遠程手動緊急啟停信號轉換

（1）在車站控制室氣體滅火主機安裝多路開關量數據光端機，用于將氣體滅火主機多線聯動控制盤輸出的電平信號轉換成光信號。光端機所需電源由氣體滅火系統自帶?DC24V?聯動電源提供。

（2）同樣，在區間氣體滅火就地控制盤內安裝多路開關量數據光端機，將接收到的車站控制室主機發出的光信號還原成電信號，最終實現車站控制室對區間風井氣體滅火保護區的遠程手動緊急啟動和停止。光端機所需電源由所在模塊箱自帶?DC24V?聯動電源提供。

4 結論

（1）成都地鐵?18?號線滅火系統采用開關量光端機及光纖傳輸，有效解決了區間風井與車站距離遠、環境干擾、信號傳輸不準確等既有遠程氣體滅火系統無法實施遠程緊急啟停功能的技術難題，實現了氣體滅火系統的遠程手動緊急啟停。

（2）開關量光端機之間采用鎧裝光纖進行敷設，無需在區間敷設線管進行保護，有效節約了建設成本。

（3）遠程氣體滅火系統通過光纖構成內網，同FAS主機的通信接口架構無需做任何變動。