總線短路隔離器環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、設備區等人口密集區發生火災，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，控制器記錄火災發生的部位、時間等，使人們能夠及時發現火災，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出火災警報、報告火災區域、與綜合監控系統及環境與設備監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）與動力照明專業的接口：①動力照明專業提供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）與環控通風專業的接口：火災情況下，FAS控制專用排煙設備執行相應排煙動作。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）與給排水專業的接口：若發生火災，FAS 控制消防泵、電動蝶閥（主要針對地下站）等設備執行相應動作。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）與通信專業的接口：通信系統為FAS 提供6芯光纖，由通信專業統一敷設，接口位置在通信機械室的光纖配線架上。

（6）與綜合監控系統的接口：FAS 系統向ISCS發送火災信息，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）與電氣火災監控系統接口：接收電氣火災監控系統報警信號，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范》中第3.1.6款所規定：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范》中第3.1.5款所規定：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：環形接線與樹形接線。環形接線方式見圖2，樹形接線方式見圖3。

圖2 環形接線方式

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：如果隔離模塊發生故障，不能切斷故障回路，會發生串電事故，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與報廢》GB 29837—2013，第6條中6.1.1款規定：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

環形接線的優勢是在各個回路內，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 系統發生故障的概率。

式中，f（x）為被控模塊發生故障的概率；f（y）為短路隔離器發生故障的概率；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，系統發生串電后，將上述數據代入公式（1）中，可知系統發生故障的概率為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生故障的情況下，才會燒壞主機。環形接線方式故障概率為

式中，f（x）為短路隔離器發生的概率；k為總線回路數量。

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

如果采用環形接線，可有效規避系統老化后出現的串電問題，提高系統穩定性，在環形接線的回路中，當一個隔離模塊發生故障時，還有其他模塊代為工作，不易發生燒毀主機，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。