避免火灾报警系统因强电干扰发生故障报警的改进措施

黄永波

(广州地铁设计研究院股份有限公司，510010，广州//高级工程师)

为尽早发现火灾,实行消防救灾，城市轨道交通工程中均设有火灾报警系统(FAS)。FAS采用控制中心和车站二级管理，控制中心、车站、就地级三级监控方式设置，对全线及各建筑进行火灾探测、报警和控制。FAS负责实现火灾探测、向车站控制室及线路运营控制中心(OCC)发出火灾警报、报告火灾区域，并同环境与设备监控系统(BAS)、综合监控系统(ISCS)配合或独立实现消防设备的联动控制[1]。因此，FAS运行的可靠性对城市轨道交通的整体消防安全起着至关重要的作用。在实际工程中，FAS属于采用低电压工作的弱电系统。FAS在实现火灾探测及报警功能的同时，还需接入各类外部被控设备，而这些设备很多是由AC 220 V强电供电的。如果FAS与外部被控设备的接口方式处理不当，FAS往往会因被控设备的接入而受到强电的干扰，进而导致系统出现各类故障报警，影响系统正常运行。本文对此进行具体分析并提出相应的解决措施。

1 地铁车站常用FAS设计方案

地铁车站的FAS一般由图形工作站、火灾报警控制盘(FACP)、探测器(如感烟探测器、感温探测器等)、手动报警按钮、输入模块和输出模块等组成。车站FAS网络采用环形网络方案，各类探测器、手动报警按钮等均采用二总线方式接入相应环路。同时，采用带地址码的单点输入模块和输出模块实现对相关消防救灾设备的状态监视或联动控制[2]。地铁车站的FAS网络系统构成方案如图1所示。

2 FAS与被控设备接口设计方案存在问题分析

通常，城市轨道交通工程中由FAS进行监视或控制的设备包括防火阀、感温电缆控制器、消防水泵、专用排烟风机、排烟风阀、非消防电源回路、AFC(自动售检票)闸机、门禁、应急照明回路、防火卷帘、声光报警器等。其中，采用AC 220 V电源供电的设备包括消防水泵、专用排烟风机、排烟风阀、非消防电源回路、应急照明回路、防火卷帘等。FAS与这些设备的接口一般采用硬线接口的形式。即通过硬线控制电缆将这些设备的状态信息反馈接线端子与FAS的监视模块接线端子进行连接，实现FAS系统对这些设备状态的监视；通过硬线控制电缆，将其中需要FAS控制的设备的控制指令接收接线端子，与FAS的控制模块接线端子进行连接，实现FAS系统对这些设备运行的控制。

图1 地铁车站FAS网络系统构成图

以FAS对专用排烟风机的监控为例，在以往工程中通常采用的接口设计方案如下[3]：

(1) 接口位置：在风机控制柜的相关接线端子上。

(2) 接口说明：FAS通过输出模块提供一组独立不带电、不接地的常开触点控制风机的启停，通过输入模块接收风机反馈的运行状态信号，并通过FACP上的状态指示灯进行显示。

FAS与专用排烟风机的接口示意图如图2所示。

该接口设计方案中，FAS对排烟风机的控制电缆采用了被控设备方提供的AC 220 V强电工作电压而对采用DC 24 V弱电工作电压的监视电缆产生电磁干扰，使得超过FAS正常工作电压范围的高电压通过输入模块进入系统内部，导致FAS系统逻辑判断紊乱，出现故障报警的情况。特别是在监控电缆屏蔽性能较差或强弱两种不同工作电压的电缆在同一线槽内敷设又未设分隔板时，这种情况表现更为突出。即使监视电缆和控制电缆主干路由部分严格分管、分槽敷设，但在柜内、箱内仍不可避免地存在局部紧邻而造成干扰的情况。GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》中第11. 2. 5条规定：不同电压等级的线缆不应穿入同一根保护管内，当合用同一线槽时，线槽内应有隔板分隔。由笔者负责设计的国内某条城市轨道交通线路中的FAS对部分设备的监控就因采用此种接口方案而导致系统局部长期存在故障报警的情况，对系统的正常运行和运营人员的工作造成了一定的影响。当时系统故障报警监视的界面如图3所示。

图2 FAS与专用排烟风机的接口示意图

图3 FAS系统存在故障报警时的监视界面

3 FAS与被控设备接口设计方案改进

FAS系统在布线过程中无法100%实现监视电缆与控制电缆分管分槽敷设。为解决该线路FAS系统由于强电工作电压电缆对弱电工作电压电缆产生电磁干扰，进而导致系统故障报警的问题，针对该工程FAS与专用排烟风机之间的接口设计，笔者提出以下两种改进方案。

方案一：在FAS模块箱内所有的输入模块前端增设隔离继电器。

此方案理论上可将FAS从外部采集信号时在线路传输过程中受到的电磁干扰信号进行物理隔离，从而达到避免该干扰信号传导进FAS系统内部，保障系统正常运行的目的。本方案其余接口的设计要求均与以往惯用的接口设计方案相同。FAS与专用排烟风机接口改进方案一示意图如图4所示。

方案二：FAS通过输出模块提供DC 24 V有源常开触点控制风机的启停。

本方案中，FAS对风机的启停控制信号由原接口设计方案中采用不带电、不接地的无源常开触点修改为采用DC 24 V供电的有源常开触点，同时在风机控制柜内采用中间继电器实现对FAS控制信号的转换和传递。此方案理论上可彻底杜绝FAS在接入外控设备时，信号传输电缆上由于采用不同等级工作电压而造成的电磁干扰情况，从而避免强电信号进入FAS系统内部，保障系统的正常运行。本方案其余接口的设计要求均与以往惯用的接口设计方案相同。FAS与专用排烟风机接口改进方案二示意图如图5所示。

图4 FAS与专用排烟风机的接口改进方案一示意图

图5 FAS与专用排烟风机的接口改进方案二示意图

笔者认为，以上两种改进方案均可实施且有效，但相较而言，方案二更优，理由如下：

(1) 采用方案一时，由于城市轨道交通工程中纳入FAS监视的设备数量众多，在所有的输入模块前端设置继电器，必然导致FAS增加大量的继电器设备及管线工程量，从而增加系统的投资。此外，增设大量的继电器会导致系统的故障点增加而在一定程度上降低系统的可靠性。

(2) 采用方案二基本不增加设备和管线，对工程投资和系统运行的可靠性基本无影响。且采用方案二时，FAS无论是设备还是线缆均不存在强电工作电压，因此能更好地保障其“弱电系统”的本色，从而从根本上避免强电对其的干扰。

但当时为保险起见，该工程FAS与专用排烟风机之间的接口改造采用了方案一与方案二两者相结合的方案。后期通过持续的观察，确认该工程FAS系统长期存在的故障报警情况基本消除，表明笔者提出的方案是有效的。改造后系统监视的界面如图6所示。

图6 FAS系统消除故障报警后的监视界面

4 结语

FAS的可靠运行对轨道交通的整体运营安全起着至关重要的作用。为保证FAS在紧急情况下能及时有效地对相关救灾设备发出启动控制指令，并得到准确的状态反馈，FAS与被控设备的接口设计应充分考虑到系统本身可能受到的各方面的干扰因素，有针对性地制定出合理、可行、有效的解决方案。由于篇幅有限，本文仅针对个别具有代表性的典型被控设备提出FAS与其的接口设计改进方案，希望能对同行起到一定的参考和借鉴作用。