成都市轨道交通 18号线长大区间防淹门远程控制方案研究

（中电建成都建设投资有限公司，四川成都 610212）

1 概述

成都市轨道交通18号线一、二期工程线路全长69.39 km，共设车站13座。其中18号线一期工程世纪城站—海昌路区间隧道下穿锦江河流，根据规范要求，在世纪城站—海昌路区间锦江河流两侧分别设置4樘防淹门，为便于土建实施，防淹门分别结合1#、2#风井设置，其中1#风井侧的2樘防淹门距离世纪城站为4 800 m，2#风井侧的2樘防淹门距离海昌路站距离为4 600 m，如图1所示。

2 防淹门的功能及构成

2.1 防淹门的功能

防淹门是为防止因突发事故导致隧道内河水涌进地铁车站而造成事故进一步扩大，在城市轨道交通过江河湖泊段两端的地铁车站端部与隧道接口处或区间内设置防淹闸门（以下简称“防淹门”），以便发生事故时能紧急关闭闸门，封闭经过江河湖泊的隧道，保护其余隧道和地铁车站人员和设备的安全。正常情况下，防淹门应打开并可靠锁定，不影响行车安全；在紧急情况下，经信号系统、车站管理员确认灾害并发出关闭防淹门指令后，防淹门才能够紧急关闭并锁闭到位。

2.2 防淹门的构成

防淹门系统由机械装置和控制系统两大部分组成。防淹门系统的机械装置包括门叶、门槽埋件、启闭机、锁定装置等。门扇采用平面滑动钢闸门，启闭机采用双吊点固定卷扬式启闭机，锁定装置通过电动操作机构实现闸门的锁定和解锁。防淹门控制系统是指对安装于车站的防淹门系统的机械设备进行监视和控制的设备系统，包括区间隧道内水位参数的检测装置，现地控制箱，车站控制室综合后备盘（IBP），与信号系统、综合监控系统之间的通信接口设备等。

3 防淹门控制

3.1 控制原理

图1 防淹门布置示意图（单位：m）

防淹门控制系统设在防淹门控制室内，负责对管辖的左、右线隧道防淹门及其附属设备运行状态进行监视，对水位传感器传递的水位信号进行比较和确认，并根据确认结果将相应的报警信号送到车站控制室IBP及综合监控系统。

防淹门的控制系统采用可编程控制器（PLC）作为控制核心设备，在区间水泵房内设置2个液位传感器采集水位信息。当隧道开始积水时，控制系统发出预报警信号，并驱动电铃；当隧道区间水位达到危害行车安全的高度时，控制系统发出危险报警信号，同时驱动警笛报警。需要进行防淹门关门控制时，向信号系统发出“请求关门”信号，当接收到“允许关门”信号后，才可以通过人工下达关门指令。防淹门控制系统收到“允许关门”信号后，由人工操作关闭防淹门。

3.2 控制方式

每道防淹门设1个现地控制箱，可对闸门进行现地控制，同时，通过车站控制室IBP可对闸门进行远程控制，每一道闸门的控制方式均设有车站控制室远程控制和现地控制2种方式。每一个现地控制单元配置1个控制方式选择开关，选择开关设有现地手动、现地检修、远程控制3个位置，实现控制方式的选择和现地操作闭锁。

（1）现地控制。当开关置于现地手动时，操作人员只能在现地手动操作，即通过控制箱上的闸门启、闭、停3个操作按钮，控制防淹门的开启和关闭、锁定的投退。当开关置于现地检修位置时，可以通过现地控制箱控制门体，实现防淹门的检修。检修手动控制只用于防淹门的调试、检修，不能用于正常的防淹门运行控制。

（2）远程控制。当开关置于远程控制时，防淹门由车站控制室IBP进行远程控制（图2）。

（3）紧急控制。当车站IBP接收不到信号系统的同意关门信号时，可通过人工确认（行车调度用电话通知值班人员同意关门），操作带锁的关门按钮后，完成防淹门的关闭。紧急控制可以在车站控制室IBP上操作，也可在防淹门控制室现地控制箱上操作。

3.3 控制功能

3.3.1 远程监控

远程监控主要完成对防淹门的远程监控和隧道内水位的监测，同时接收其他系统（如信号系统）相关信息，根据不同需要，通过车站控制室IBP将关闭或开启防淹门等相关控制命令下发至现地控制单元的PLC，实现防淹门的远程控制。主要功能如下。

图2 防淹门IBP盘布置图

（1）显示防淹门运行状态和现地设备运行的有关状态；显示各防淹门的工作状态；实时监测水位等。

（2）声光报警信号。

（3）通过车站控制室IBP下发关闭或开启防淹门等命令至现地控制单元，远程手动控制防淹门的关闭或开启。

（4）接口及通信功能。

3.3.2 现地控制

防淹门现地控制单元由隧道水位检测单元、PLC、电机控制器、显示单元和机柜等组成。其主要功能如下。

（1）数据采集和处理。现地控制单元实时采集区间隧道水位信息，与预先设定的水位标准参数进行对比，自动生成隧道水位报警信号，并向车站控制室IBP和综合监控系统发出水位报警信息。

（2）运行状态监视和故障报警。显示隧道内水位状况、防淹门状态（开启、关闭）等信息，并实时监测防淹门的运行状况，自动诊断故障，在防淹门设备运行发生异常时，可自动报警并进行相应安全处理。

（3）防淹门关闭及开启控制。在现地控制单元上手动发出关闭或开启控制命令，通过输入输出接口单元接收防淹门关闭或开启要求和相关控制命令，控制防淹门的关闭或开启。

（4）实现防淹门现地控制、远程控制的权限转换。

（5）防淹门现地控制单元通过输入输出接口、通信接口实现与车站控制室IBP、综合监控系统等的通信功能。

3.3.3 其他功能

（1）防淹门系统设备运行状态监视。

（2）控制回路具有短路等保护功能，实现各操作方式之间的互锁，系统控制电路出现故障时发出报警信号。

（3）与信号系统的接口控制功能。

4 防淹门远程控制方案

4.1 接口控制原理

根据上述要求，防淹门需要在车站控制室进行远程操作，其防淹门与车站控制室IBP之间的接口采用继电接口电路，采用JWXC-1700安全型无极继电器，控制电源为直流24 V。控制原理如图3所示。

4.2 存在问题

由于18号线防淹门距离车站控制室距离较远，分别为4 800 m和4 600 m，在国内尚无超过2 km远距离对防淹门成功控制的先例。因此，若采用继电电路硬线控制可能存在距离远压降问题，若采用其他方式又无成功的经验可以借鉴，需要进一步研究确定工程实施方案。

4.3 解决方案

结合本工程的实际情况以及防淹门传统控制方式，有以下2种解决方案。

方案1：采用传统的继电电路+电缆方式进行控制。该控制方案技术成熟、可靠，作为传统的控制方式长期使用。但本项目由于防淹门距离车站较远，线间压降损耗较大，缺乏远距离控制的成功案例，存在继电器不能吸起的风险。

方案2：采用电缆+光纤传输方式进行控制。该方案在区间采用光纤进行传输，在防淹门控制室和车站设备室通过光电转换器将光信号转化成电信号，再与继电电路连接，实现远程控制功能。该方案能够解决远距离传输的问题，但需在两端设备室增加光电转换器，在国内尚无成功应用的先例，存在技术风险。

4.4 研究分析

对于方案2，技术上可行，但缺乏应用先例，并且增加了两端的光电转换环节，故障点增加，增大了维护工作量。若方案1能够成功实现控制，一般情况下不推荐采用方案2，因此，本文重点对方案1进行研究，其电路工作原理图如图4所示。

假设电缆线路电阻为R，线路压降UR，继电器两端电压为UJ，继电器电阻为RJ，电路中电流为I，控制回路电压为U，则：

图3 防淹门系统IBP远程控制电路图

图4 继电器控制电路原理图

已知控制电压U为24 V，JWXC-1700安全型继电器的电阻RJ为1 700 Ω，继电器吸起门限电压值UJ为18.4 V。根据上述公式，可计算出回路中电流I、电阻R分别为：

假设控制电缆芯线截面积为S，控制回路长度为L，铜芯电缆电阻率为ρ（17.2 Ω·mm2/ km），则芯线截面积与控制回路芯线长度之间的逻辑关系如下：

S=ρ×L/R；已知常规信号电缆截面积为1.0 mm2、1.5 mm2、2.0 mm2、2.5 mm2，计算结果如表1所示。

由于该继电电路为安全电路，采用双断电路设计，因此，该控制回路长度为实际电缆长度的4倍。根据表1可以看出，理论上采用1.0 mm2以上的芯线截面积均能满足防淹门远程控制需求，考虑到本工程处在25 kV交流牵引电磁环境下，对电缆压降有一定影响，结合工程经济性考虑，建议采用截面积1.5 mm2的芯线实施。

表1 JWXC-1700安全型继电器控制距离计算表

若采用截面积1.5 mm2的芯线，根据公式初步计算继电器两端的电压为21.25 V，满足继电器门限电压18.4 V要求。

根据以上分析，方案1从理论上计算能满足要求，最终确定本工程防淹门远程控制电缆采用截面积1.5 mm2的芯线，考虑为交流牵引电磁环境，采用铝护套电缆。

4.5 测试验证

目前，防淹门远程控制电缆已经实施完成，在接口测试时，现场测得防淹门关门继电器两端电压为21 V，考虑现场环境、电缆实际等因素，实际电压值与理论计算值基本一致，经现场接口调试，各项功能满足要求。

5 结束语

近年来随着城市化进程的加速，各城市正在加速建设至周边城镇的市域快线，着力打造城镇协同发展，因此，类似成都市轨道交通18号线涉及长大区间的线路较多，特别是涉及跨越江河湖泊的区间需要设置防淹门，长大地下区间需设置多个中间风井等附属设施，必须由车站远程控制时，可参照本文的计算原则并结合具体工程实际情况使用。在涉及特别长大区间的远程控制时，可采用性价比较高的光纤传输方式实现，也可以在招标设计阶段采用直流24～60 V可调电源，提高输入端电压等方式解决。