城市轨道交通气体灭火控制子系统的现状及发展趋势

沈惠鑫 贾珅翔

(上海申通地铁集团有限公司,200223,上海∥第一作者,工程师)

城市轨道交通气体灭火控制子系统的现状及发展趋势

沈惠鑫 贾珅翔

(上海申通地铁集团有限公司,200223,上海∥第一作者,工程师)

气体灭火系统是城市轨道交通安全运营的重要保障设备之一。介绍了气体灭火系统的应用场所、形成及设备构成。描述了气体灭火控制子系统的探测及控制方式,分析了相关标准及规范存在的矛盾。以上海轨道交通1号线和2号线为例,阐述了不同标准下气体灭火控制子系统的结构和控制方式,分析了其优缺点,并根据未来的发展趋势,对气体灭火控制子系统的构成方式提出了建议。

城市轨道交通; 气体灭火; 控制子系统;

Author′s address Shanghai Shentong Metrol Group Co.,Ltd.,200223,Shanghai,China

城市轨道交通系统的机房众多,且机房内有很多重要设备。一旦机房发生火灾应能迅速扑灭。现机房灭火普遍采用组合分配式气体灭火的方式。气体灭火的介质从早期的卤代烷到现在所用的混合气体,经历了从纯追求灭火性能到灭火性能与无毒无害并重的过程，而气体灭火的控制多年来也随着国家标准的更替而有显著的变化。

1 气体灭火系统使用现状

1.1 气体灭火系统应用场所

在城市轨道交通线路的重要设备用房内,为保障设备的安全,避免火灾损失,均设立气体灭火系统进行保护。

地下车站涉及的设备用房包括环控电控室、弱电综合机房、综合UPS(不间断电源)室、通信设备室(含通信电源室)、信号设备室(含信号电源室)、民用通信机房、降压变电所和牵引变电所等。控制中心涉及的重要设备用房包括:信号设备室、通信设备室、FAS (火灾报警系统)/EMCS (电力自动化系统)/ACS (门禁系统)设备室、AFC (自动售检票)设备室及集中UPS机房等。地下变电站涉及的重要设备用房包括主变压器室、控制室、滤波器室、0.4 kV开关室、交直流屏室、接地变室、接地电阻室、站用变室、110 kV GIS (地理信息系统)室、35 kV开关柜室、10 kV配电室,以及电缆层和电缆竖井等。区间变电所涉及的重要设备用房包括控制室，环控电控室及开关柜室等。

1.2 气体灭火系统形式

气体灭火系统所采用的灭火介质基本为混合气体。从安全性与经济性平衡观点考虑,在多个保护目标相对集中的区域均采用管网组合的分配形式。

1.3 气体灭火系统的设备组成

气体灭火系统由控制子系统和管网子系统组成。

管网子系统由气瓶及其组件、机械启动器、电磁阀、高压软管、集流管、安全阀、逆止阀、减压装置、选择阀、压力开关及管道和喷头等部分组成。

控制子系统由控制器、探测器或火警信号输入、警铃、声光报警器、疏散指示灯(闪灯)、释放指示灯、紧急释放按钮、紧急止喷按钮和手动/自动转换开关等部分组成。

1.4 气体灭火控制子系统的工作方式

1.4.1 探测

控制子系统应能探知其保护区内的火灾报警信号,并发出火灾报警声及光信号,指示出火灾发生部位,记录火灾报警时间,并予以保持,直至手动复位。

控制子系统只有接收到来自同一灭火保护区的2个或2个以上火灾报警信号才能发出灭火信号。此外,控制子系统还应满足下述要求:①控制装置接收到一个火灾报警信号时,应发出火灾报警声信号或故障声信号,并指示相应部位,但不能进入灭火状态;②控制装置接收到第1个火灾报警信号后,如在60 s内接收到后续火灾报警信号时,则控制子系统应发出火灾报警声及光信号,并立即进入灭火状态;③控制装置接收到第1个火灾报警信号后,如在30 min内仍未接收到后续火灾报警信号,则控制子系统应对第1个火灾报警信号自动复位。

通常发出2个火灾报警信号的探测装置为1个烟雾感应器+1个温度感应器的组合。只有在无法实现2种火灾特征探测的情况下,才会采用2个相同火灾特征的火灾报警信号。

1.4.2 自动启动方式控制

控制子系统在60 s内连续收到同一灭火保护区内的2个火灾报警信号后,应按预置逻辑完成控制功能。

(1) 进入延时(延时范围为0～30 s),延时期间应有延时灯光指示,可显示延时时间和保护区域,关闭保护区域的防火门窗和防火阀等,并停止通风空调系统;延时期间,能手动停止后续动作。

(2) 延时结束后,发出启动喷洒控制信号,并有光指示,启动保护区域的喷洒光警报器。

(3) 气体喷洒阶段发出的声光信号应保持至控制子系统复位,并记录时间。

1.4.3 其他启动方式的控制

除了自动启动外,气体灭火控制子系统还有手动启动方式和应急机械启动方式。

(1) 手动启动方式。当确认防护区域需要立即释放气体进行灭火时,工作人员可通过启动保护区外设置的紧急释放按钮,直接释放灭火气体,并实现防火阀及声光报警器等的控制。

(2) 应急机械启动方式。在气瓶间通过操作瓶头阀及选择阀上的机械启动器,可人为开启瓶头阀及选择阀以释放灭火气体。这是在自动启动控制和手动启动控制方式均失效时直接喷放时的应急操作。

2 相关国家标准和规范存在的问题

目前，有关各项标准规范之间的矛盾，导致了城市轨道交通中站点气体灭火控制子系统构成的无所适从。

2.1 产品标准的矛盾

对于气体灭火控制子系统(特别是控制器),国内目前有2个有效的产品标准与其相对应,分别是GB 16806—2006《消防联动控制系统》和GA 61—2010《固定灭火系统驱动、控制装置通用技术条件》。这2个标准均对气体灭火系统中控制子系统提出了强制性要求。但2个标准存在着相互矛盾之处：

(1) 名称略有不同：GB 16806—2006中赋予该类控制器的名称是气体灭火控制器;GA 61—2010中赋予的名称是气体灭火系统控制装置。

(2) 火灾探测器连接方式不同：GB 16806—2006明文规定气体灭火控制器不应直接接收火灾报警触发器件的火灾报警信号；GA 61—2010的条文却是“控制装置应能直接或间接地接收来自火灾探测器级其他火灾报警触发器件的火灾报警信号”,即允许控制器自带探测器。

(3) 按GB 16806—2006的描述,气体灭火控制器应接收启动控制信号(推测该信号应来自于消防联动控制器)后执行灭火剂的喷洒等控制功能,控制器无法独立实现气体灭火系统的全部功能,必须有火灾报警控制器和消防联动控制器或联动型火灾报警控制器协助其完成火灾探测功能,从而导致系统构成时必须由多种控制器级联而成。而按GA 61—2010的描述,气体灭火系统控制装置可完成气体灭火系统的全部监控功能。

2.2 设计规范的矛盾

GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》第4.4.2款中的描述是“气体灭火控制器、泡沫灭火控制器直接连接火灾探测器时……”。可见,这一描述即允许气体灭火控制器直接连接火灾探测器。

3 上海城市轨道交通气体灭火系统控制子系统的发展

3.1 早期的系统结构和控制方式

在早期建成的上海轨道交通建设1号线2号线中，各灭火保护区的控制子系统典型结构如图1所示。各保护区门口设置气体灭火控制器。控制器具备2个独立的探测器接入端口,分别接入非编址感烟探测器(组)和非编址感温探测器(组)。设置紧急释放按钮、紧急止喷按钮、手动/自动转换开关、警铃、声光报警器及疏散指示灯等设备并接入控制器。控制器在收到1路由其自带的火灾探测器发出的火灾报警信号后向车站级火灾报警系统输出1次报警信号(无源触点),同时计时等待第2路火灾报警信号。在时限内收到由其自带的火灾探测器发出的第2路火灾报警信号后向车站级火灾报警系统输出2次报警信号(无源触点),并同时进入喷洒前延时。延时过后,控制器喷洒驱动端口动作,灭火药剂被喷洒至被保护区,喷洒信息同样以无源触点方式输出至车站级火灾报警系统。在此期间的声、光警报及其他联动不再此处赘述。

图1 上海轨道交通1、2号线气体灭火控制子系统典型结构

此种系统结构和控制方式的规范和标准依据是GA 61—1993,此时GB 16806—1997尚未对气体灭火控制器做出产品标准要求。

可以看出,依据此种结构,对于每1个保护区气体灭火控制子系统集探测功能和控制功能于一体,与车站级火灾自动报警系统接口界面清晰,权责分明。在车站级火灾自动报警系统无法工作的极端情况下,各保护区的气体灭火控制子系统不受任何影响仍能对保护区内的火灾进行探测及进行灭火保护。当某一保护区的气体灭火控制子系统设备故障时,其影响面也只是该保护区,而不会波及其他保护区。但鉴于当时的技术发展,用于该种控制器的探测器为非编址型,其智能程度较低,报警和故障只能报到组别,不能报到设备点,不便于及时检修。

3.2 目前的系统结构和控制方式

自GB 16806—2006生效后,鉴于该标准要求气体灭火控制器不能自带火灾探测器,上海城市轨道交通站点的气体灭火控制子系统结构发生了变化。新系统结构如图2所示。

由图2可见,站点的各气体灭火保护区设置了不连接火灾探测器的气体灭火控制器(气体灭火控制器按照产品标准不直接连接火灾探测器)。紧急释放按钮、紧急止喷按钮、手动/自动转换开关、警铃、声光报警器及疏散指示灯等设备接入该气体灭火控制盘。同时,由于气体灭火系统和火灾自动报警系统属于2个专业招标,故在车站级专门设置了联动型气体灭火报警主机。各保护区内的火灾探测器通过通信总线回路接入气体灭火报警主机,并将各气体灭火保护区内的火灾报警信号发送给各气体灭火控制器。在各站点形成了相对独立的另1套火灾报警系统。此种结构下,站点级2个系统的接口多通过火灾报警系统主机和气体灭火报警主机之间的通信实现。

这种系统构成方式的缺点是显而易见的:

(1) 投资的浪费。每个站点设置了2台功能一样的火灾报警控制器(联动型);同时占用多一倍的火灾报警系统网络节点容量,浪费了有限的车辆控制室安装空间。

(2) 巨大的安全隐患。当气体灭火报警主机故障无法运行时,全站点所有的气体灭火保护区将完全丧失探测功能,从而所有保护区都无法实现气体灭火自动启动方式。

图2 GB 16806—2006生效后上海轨道交通气体灭火控制子系统典型结构

4 发展趋势及建议

4.1 发展趋势

从2006年限制气体灭火控制器自带火灾探测器,到2010年和2013年隐约可见气体灭火控制器可以自带火灾探测器(所谓隐约可见是指：行业标准GA 61和国家标准GB 50116已有相关表述，但国家级的产品标准GB 16806尚未修改),气体灭火控制器可自带火灾报警探测器是当前的一种发展趋势，也是对以前错误的修正。

有的气体灭火控制器生产厂家(如西门子等)也已做好了适应市场需求的准备。新一代可以自带火灾探测器的气体灭火控制器已经诞生。这一代气体灭火控制器较20世纪90年代末及21世纪初的气体灭火控制盘有了很大的进步。最为明显的是回路总线通信得到了应用。这意味着不但可以使用智能编码式火灾探测器,同时也能使用各类联动模块，控制盘的联动控制能力也得到了极大的提升。此外，若干问题得到了有效的解决，例如：1个大保护区内若干小房间火灾探测定位问题,保护区内多种多个联动设备(风阀关闭、空调停止、门窗关闭)的控制问题等。

4.2 气体灭火控制子系统构成方式建议

根据新的发展趋势,城市轨道交通各站点气体灭火控制子系统构成以及与站点的火灾报警系统接口关系应如下:

(1) 为各气体灭火保护区设立独立的控制子系统,取消站点级气体灭火集中报警主机。

(2) 每个气体灭火控制子系统的气体灭火控制盘应采用自带火灾探测器型。

(3) 每个气体灭火控制子系统可与站点火灾报警系统通过无源触点接口,但优先采用通过数据通信方式进行接口衔接。

(4) 气体灭火控制子系统应划归火灾报警系统专业进行设计、招投标及施工建设。

实现上述几点后,站点内各气体灭火保护区的安全性将得到大大提升，局部设备故障将不影响其他保护区，站点内保护区和非保护区衔接区域联动容易实现(特别是送风排烟通道的建立)，建设投资也能得到了节省。

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.消防联动控制系统:GB 16806—2006[S].北京：中国标准出版社,2006.

[2] 中华人民共和国公安部.固定灭火系统驱动、控制装置通用技术条件:GA 61—2010[S].北京：中国标准出版社,2010.

[3] 中华人民共和国公安部.火灾自动报警系统设计规范:GB 50116—2013[S].北京：中国计划出版社,2013.

Current Situation and Development Trend of Gas Fire Extinguishing Control Subsystem for Urban Rail Transit

SHEN Huixin, JIA Shenxiang

Fire extinguishing system is one of the important measures for the safety operation of urban rail transit. In this papr,the performance,structure of GFE system and the application places are introduced.Then,the detection and control mode of GFE subsystem are described,the contradictions between the relevant standards and norms are analyzed.Based on Shanghai metro Line 1 and Line 2,the structures and control modes of diffeerent GFE,their advantages and defects are pointed out.According to the development trend,the structural ways of GFE are proposed.

urban rail transit; gas fire extinguishing (GFE); control subsystem

U 231.96

10.16037/j.1007-869x.2016.12.031

2015-04-20)