避免火災報警系統因強電干擾發生故障報警的改進措施

黃永波

(廣州地鐵設計研究院股份有限公司，510010，廣州//高級工程師)

為盡早發現火災,實行消防救災，城市軌道交通工程中均設有火災報警系統(FAS)。FAS采用控制中心和車站二級管理，控制中心、車站、就地級三級監控方式設置，對全線及各建筑進行火災探測、報警和控制。FAS負責實現火災探測、向車站控制室及線路運營控制中心(OCC)發出火災警報、報告火災區域，并同環境與設備監控系統(BAS)、綜合監控系統(ISCS)配合或獨立實現消防設備的聯動控制[1]。因此，FAS運行的可靠性對城市軌道交通的整體消防安全起著至關重要的作用。在實際工程中，FAS屬于采用低電壓工作的弱電系統。FAS在實現火災探測及報警功能的同時，還需接入各類外部被控設備，而這些設備很多是由AC 220 V強電供電的。如果FAS與外部被控設備的接口方式處理不當，FAS往往會因被控設備的接入而受到強電的干擾，進而導致系統出現各類故障報警，影響系統正常運行。本文對此進行具體分析并提出相應的解決措施。

1 地鐵車站常用FAS設計方案

地鐵車站的FAS一般由圖形工作站、火災報警控制盤(FACP)、探測器(如感煙探測器、感溫探測器等)、手動報警按鈕、輸入模塊和輸出模塊等組成。車站FAS網絡采用環形網絡方案，各類探測器、手動報警按鈕等均采用二總線方式接入相應環路。同時，采用帶地址碼的單點輸入模塊和輸出模塊實現對相關消防救災設備的狀態監視或聯動控制[2]。地鐵車站的FAS網絡系統構成方案如圖1所示。

2 FAS與被控設備接口設計方案存在問題分析

通常，城市軌道交通工程中由FAS進行監視或控制的設備包括防火閥、感溫電纜控制器、消防水泵、專用排煙風機、排煙風閥、非消防電源回路、AFC(自動售檢票)閘機、門禁、應急照明回路、防火卷簾、聲光報警器等。其中，采用AC 220 V電源供電的設備包括消防水泵、專用排煙風機、排煙風閥、非消防電源回路、應急照明回路、防火卷簾等。FAS與這些設備的接口一般采用硬線接口的形式。即通過硬線控制電纜將這些設備的狀態信息反饋接線端子與FAS的監視模塊接線端子進行連接，實現FAS系統對這些設備狀態的監視；通過硬線控制電纜，將其中需要FAS控制的設備的控制指令接收接線端子，與FAS的控制模塊接線端子進行連接，實現FAS系統對這些設備運行的控制。

圖1 地鐵車站FAS網絡系統構成圖

以FAS對專用排煙風機的監控為例，在以往工程中通常采用的接口設計方案如下[3]：

(1) 接口位置：在風機控制柜的相關接線端子上。

(2) 接口說明：FAS通過輸出模塊提供一組獨立不帶電、不接地的常開觸點控制風機的啟停，通過輸入模塊接收風機反饋的運行狀態信號，并通過FACP上的狀態指示燈進行顯示。

FAS與專用排煙風機的接口示意圖如圖2所示。

該接口設計方案中，FAS對排煙風機的控制電纜采用了被控設備方提供的AC 220 V強電工作電壓而對采用DC 24 V弱電工作電壓的監視電纜產生電磁干擾，使得超過FAS正常工作電壓范圍的高電壓通過輸入模塊進入系統內部，導致FAS系統邏輯判斷紊亂，出現故障報警的情況。特別是在監控電纜屏蔽性能較差或強弱兩種不同工作電壓的電纜在同一線槽內敷設又未設分隔板時，這種情況表現更為突出。即使監視電纜和控制電纜主干路由部分嚴格分管、分槽敷設，但在柜內、箱內仍不可避免地存在局部緊鄰而造成干擾的情況。GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規范》中第11. 2. 5條規定：不同電壓等級的線纜不應穿入同一根保護管內，當合用同一線槽時，線槽內應有隔板分隔。由筆者負責設計的國內某條城市軌道交通線路中的FAS對部分設備的監控就因采用此種接口方案而導致系統局部長期存在故障報警的情況，對系統的正常運行和運營人員的工作造成了一定的影響。當時系統故障報警監視的界面如圖3所示。

圖2 FAS與專用排煙風機的接口示意圖

圖3 FAS系統存在故障報警時的監視界面

3 FAS與被控設備接口設計方案改進

FAS系統在布線過程中無法100%實現監視電纜與控制電纜分管分槽敷設。為解決該線路FAS系統由于強電工作電壓電纜對弱電工作電壓電纜產生電磁干擾，進而導致系統故障報警的問題，針對該工程FAS與專用排煙風機之間的接口設計，筆者提出以下兩種改進方案。

方案一：在FAS模塊箱內所有的輸入模塊前端增設隔離繼電器。

此方案理論上可將FAS從外部采集信號時在線路傳輸過程中受到的電磁干擾信號進行物理隔離，從而達到避免該干擾信號傳導進FAS系統內部，保障系統正常運行的目的。本方案其余接口的設計要求均與以往慣用的接口設計方案相同。FAS與專用排煙風機接口改進方案一示意圖如圖4所示。

方案二：FAS通過輸出模塊提供DC 24 V有源常開觸點控制風機的啟停。

本方案中，FAS對風機的啟停控制信號由原接口設計方案中采用不帶電、不接地的無源常開觸點修改為采用DC 24 V供電的有源常開觸點，同時在風機控制柜內采用中間繼電器實現對FAS控制信號的轉換和傳遞。此方案理論上可徹底杜絕FAS在接入外控設備時，信號傳輸電纜上由于采用不同等級工作電壓而造成的電磁干擾情況，從而避免強電信號進入FAS系統內部，保障系統的正常運行。本方案其余接口的設計要求均與以往慣用的接口設計方案相同。FAS與專用排煙風機接口改進方案二示意圖如圖5所示。

圖4 FAS與專用排煙風機的接口改進方案一示意圖

圖5 FAS與專用排煙風機的接口改進方案二示意圖

筆者認為，以上兩種改進方案均可實施且有效，但相較而言，方案二更優，理由如下：

(1) 采用方案一時，由于城市軌道交通工程中納入FAS監視的設備數量眾多，在所有的輸入模塊前端設置繼電器，必然導致FAS增加大量的繼電器設備及管線工程量，從而增加系統的投資。此外，增設大量的繼電器會導致系統的故障點增加而在一定程度上降低系統的可靠性。

(2) 采用方案二基本不增加設備和管線，對工程投資和系統運行的可靠性基本無影響。且采用方案二時，FAS無論是設備還是線纜均不存在強電工作電壓，因此能更好地保障其“弱電系統”的本色，從而從根本上避免強電對其的干擾。

但當時為保險起見，該工程FAS與專用排煙風機之間的接口改造采用了方案一與方案二兩者相結合的方案。后期通過持續的觀察，確認該工程FAS系統長期存在的故障報警情況基本消除，表明筆者提出的方案是有效的。改造后系統監視的界面如圖6所示。

圖6 FAS系統消除故障報警后的監視界面

4 結語

FAS的可靠運行對軌道交通的整體運營安全起著至關重要的作用。為保證FAS在緊急情況下能及時有效地對相關救災設備發出啟動控制指令，并得到準確的狀態反饋，FAS與被控設備的接口設計應充分考慮到系統本身可能受到的各方面的干擾因素，有針對性地制定出合理、可行、有效的解決方案。由于篇幅有限，本文僅針對個別具有代表性的典型被控設備提出FAS與其的接口設計改進方案，希望能對同行起到一定的參考和借鑒作用。