感温光纤探测系统在地铁中的应用

杨大雷

摘要：地铁隧道空间狭长，且处于相对密闭状态，一旦发生火灾，燃烧时产生的烟雾很难通过自然排烟散發出去，极易导致火势蔓延;且浓烟积聚，给人员疏散和火灾扑救都将带来很大的困难。文章针对感温光纤探测系统关联启动环控制冷系统以及对隧道火灾探测预警做简要论述。

关键词：消防;感温光纤;地铁;报警系统

地铁区间隧道存着空间窄，长度长等显著特点，以笔者所在城市为例，地铁区间隧道平均长度达2500余米，一旦发生火灾，人员疏散和灭火救援都很困难，必然会造成重大社会影响和财产损失，甚至会造成重大人员伤亡，因此，对于地铁热源的早期预警尤为重要。笔者以某地铁工程为例，探讨分析感温光纤探测系统在地铁地下区间隧道防护救灾中的应用，以供商榷。

1  地铁区间隧道热源分析

1.1  列车启动和制动过程产生热量

列车启动和制动过程中均会在区间隧道产生大量热量。在列车启动过程中，电机绕组电流和电机控制机构加速电阻作用，产生能量转换，由电能转化为热能，产生热量。列车制动房面，当前列车制动主要采用电制动加摩擦制动。电制动是通过改变电机的工作模式，产生制动力矩，形成电阻制动，期间会将电能转化为热能，形成热量。摩擦制动是将列车动能通过机械摩擦转化为热能消耗掉从而进行制动，也必然会产生大量热量。

1.2  列车平稳运行过程产生热量

在列车平稳运行过程中，维持运行的牵引电力由于要克服空气阻力、机械阻力等方面的影响和其自身牵引电机电能损失，会形成热能损失，释放大量热量。空气阻力与列车速度成正比，且由于受到地下区间隧道相对封闭的影响，空气压缩严重，密度变大，阻力就会更大，为了维持快速行驶，所需消耗电能也将随之也更大，产生的热量也随之增加。

1.3  列车设备等生热量

地铁列车在地下行驶，采用全封闭的车厢结构，为了保证安全性、舒适性，配备了大量的辅助设施，以满足乘客心理、生理需要和列车运行需要，如空调、照明设备、气动空压机、发电机组等。而这些设备在工作状态下，就必然会产生热能，尤其是空调设备，需要进行热量交换，将热量排出。而由于运行过程中的空间限制，在地下运行期间，热量也只能将进入地铁区间隧道内。

1.4  区间隧道排烟排热效率低

由于地铁隧道构造上的特殊性，通往地面的出入口数量少，发生火灾时，大量的烟气聚集在车站或区间隧道内，易使温度骤升，加之一般车站站厅与站台层为上下构造，空气流通对流速度慢，受地面影响，风亭数量较少，尤其是列车运行过程中地下洞口的“吸风”效应明显，容易导致地下烟气无法排出或被洞口卷回，排烟排热效率低。同时，由于列车在隧道中运行状态下发生火灾，受隧道气流及活塞效应的影响，其烟气蔓延速度及方向和地面建筑热对流形式不同，呈现上游向下游的蔓延发展方向，即起火车厢后部受灾会更严重，且会比地面场所火灾更容易造成人员缺氧窒息，这对火灾工况下的排烟、送风设备的启动机制和联动控制也提出了更高的要求。

因此，如何控制区间隧道空气温度和压力变化率，并控制隧道内气流满足火灾和阻塞时的通风、排烟要求，通风空调系统（隧道通风系统、车站通风系统等）事关重要。而在非火灾工况下隧道风机是否动作，隧道温度是则重要的判断依据。设置感温光纤探测系统既解决了地铁隧道内强磁场、多粉尘、强风力、强噪音这一特殊环境下普通探测设备难以实现的问题，又能实现对隧道环境温度的连续监测，进行高温预警，为监控中心系统发出启动指令提供依据和遵循。此外，感温光纤探测系统可对地下区间隧道、变电所、UPS不间断电源电池组（机房）、电缆井、电缆夹层以及折返线和停车线的火灾进行探测，达到早期预警目的。

2  感温光纤探测系统构成及方案

2.1  感温光纤探测系统的原理

基于拉曼散射的光纤温度传感器的探测原理是检测后向拉曼散射光的光强，其光强会随着检测光缆周围温度的变化而变化，从而能测得光缆周围的温度值，并将相关温度数据进行信号处理，传输，最终得出环境温度的检测值，其探测原理如图1所示。

火灾的重要特征是发光发热，针对该特征，感温探测器能够准确及时反馈探测场所的温度信息，与预设值进行比较分析，进而预警或者整合应用。但由于后向拉曼散射光的光强非常微弱，甚至会受到光源影响而存在一定的不稳定性，为保障感温光纤探测精度，光纤在敷设和使用过程中，施工要求高，尽量避免折叠和扭曲，末端断口处做屏蔽处理。

2.2  感温光纤探测系统的温度信息传递流程

感温光纤探测系统为线型差定温光纤感温探测器，一般报警动作温度设定值为60℃、70℃、85℃且可调。感温光纤实时监视区间隧道及电缆夹层的温度，并将温度信息上传至综合监控系统，感温光纤温度信息传递流程如图2所示。当出现环境温度的温升速度超过设定值时，感温光纤系统将触发综合监控系统报警;当环境温度达到第一级报警时，触发综合监控系统报警进行报警提示。当环境温度达到火灾报警温度时，除了触发综合监控系统报警之外，还会触发火灾自动报警系统进行报警。其温度信息传递流程如图2所示。

2.3  感温光纤系统构成

某地铁工程设置感温光纤报警系统，对地下区间隧道、地下区间停车线和折返线、车站电缆井及变电所电缆夹层等处的温度、火灾进行实时探测，系统组成如图3所示。系统在车控室机房配置一套感温光纤主机，主机采用一站一机方式，管辖范围与车站火灾报警控制器一致;感温光纤报警系统通过感温光纤主机接入综合监控系统，并通过输入模块与火灾报警控制器连接，实现火灾报警控制器对感温光纤报警系统火灾信息的监视。

感温光纤分布安装在地下车站站台板下的电缆通道内和变电所电缆夹层内，并经车站站内电缆通道和变电所的电缆夹层后进入隧道，设置在隧道供电电缆支架最上一层的上面，感温光纤对被检测对象进行分布式、线性的连续性温度探测。被检测对象有地铁地下区间隧道内、车站站台板下电缆通道内、折返线、站台板下排热风口附近、隧道轨顶排热风道处、主变电站、车站站厅和站台公共区吊顶内。主变电所和站台板下夹层感温光纤探测系统组成分别如图4、图5所示。

感温光纤主机通过两个RJ45接口与ISCS系统交换机相连，上传隧道火灾探测系统的所有信息至ISCS系统，由ISCS系统完成车站级和中央级控制、监测和管理等功能;配置以太网接口可供便携机进行系统参数设置、编程、测试、维护等操作;通过继电器接点与FAS监控主机连接。实时检测隧道温度与火灾情况，如发生火灾输出报警信号。感温光纤探测系统与BAS、FAS的组成图如图6所示、感温光纤探测系统与BAS的接口如图7所示。

2.4  感温光纤火灾探测系统与其他报警系统的组合应用

温度是电力设备的重要运行参数，通过监测电力设备温度信息获取电力设备的运行状况是电力系统故障预报与诊断的应用重点。感温光纤火灾探测系统集光纤通讯、光纤传感、光电控制等技术于一体，，通过光纤探测器实时监测测量光纤上各点的温度变化，来实时监测被检测区域的温度状况，解决了人工巡查、电磁影响等缺点，可精确定位升温位置，对地铁隧道进行大范围侦测，但作为电子类产品，本身就会存在一定的故障率，而且光纤施工安装要求极高，如光纤的弯曲半径控制、接头连接控制、装置固定等，尤其是地铁隧道中列车长期快速运行带来的风压，会对感温光纤的固定带来很大影响。笔者认为，应进一步强化感温光纤火灾探测系统与电气火灾监控系统的配套组合使用。目前，在一些民用建筑和地铁设施内，对于火灾自动报警系统等设施的控制方式，考虑到误报的影响，管理者一般都将其设置在手动控制状态，为了避免造成恐慌事件，产生不必要次生灾害，决策者往往无法迅速作出决断。地铁轨道内的设施一旦产生相关报警，不能第一时间排查或采取必要措施，当发生起火且地铁列车被迫停靠在隧道区间内时，极易造成旅客的心理恐慌，产生灾害。究其原因，地铁的疏散演练开展一般是以内部员工为主，模拟乘客进行疏散，广大群众没有接受过类似的疏散逃生训练、不具备相应的心理素质，逃生现场容易造成混乱，尤其是对于采用三轨供电的地铁列车，从地铁专业工作人员进行轨道断电到完成接地操作期间，一旦逃生者不慎，极易触电。而电气火灾监控系统一般具有对故障剩余电流、故障过电流、故障过电压、温度、故障电弧进行监测报警功能，但受限于安装的回路或配电开关后端用电设备众多，无法精确定位到个体设备。对于地铁工程而言，用电设备数量是远远超过一般建筑工程的，且往往在设备运行時，瞬间电流会激增，容易形成误报，且无法有效排查。如果两套系统配合使用，一方面提升探测的精度，另一方面增加探测的广度，将会为地铁控制枢纽遇到紧急状况时做出正确决策提供有效数据支撑，从而真正使监测系统动起来，避免处于摆设状态。

3  感温光纤探测系统其他辅助功能

感温光纤在地铁工程中的作用不仅仅是起到预警报警作用，对于地铁运营的能耗资源节约也是大有用途。炎热夏季时，采用闭式系统制式的地铁环控系统采用闭式运行，通常关闭隧道通风井，打开车站内迂回风道，车站一般采用空调系统，而区间隧道的冷却是借助列车运行的活塞效应和在站台处车站排热系统兼排烟系统排除余热。为了节省能耗，对轨行区轨排风机系统确定工作温度启动值。夏季确定为40℃～45℃，冬季确定为35℃～40℃，当停车区温度达到风机启动温度则开启轨行区轨排风机系统，这个温度信息即由感温光纤火灾探测系统提供实时探测提供。

4  结语

感温光纤探测系统可抗电磁干扰、抗震动、能在高温、有灰尘、活塞风流动的等恶劣环境中正常工作，可对区间隧道、电缆夹层、电缆廊道温度进行实时、动态、连续的监测及定位，实现了区间隧道火灾报警功能。同时地铁环境监控系统根据感温光纤探测系统提供的温度参数，可对区间隧道风机、车站排热风机等进行联动控制，在一定程度上实现了节能降耗。

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Application of temperature sensitive

fiber optic detection system in the subway

Yang Dalei

Wuxi Fire and Rescue Brigade

Abstract：Subway tunnel space is long and narrow， and in a relatively confined state. Once a fire occurs， the smoke generated during combustion is difficult to emit through natural smoke exhaust， which can easily lead to the spread of fire and the accumulation of smoke which will bring great difficulties to evacuating and firefighting. This paper briefly discusses the associated start loop control cold system for temperature sensitive fiber optic detection system and the early warning of tunnel fire detection.

Keywords： fire protection， temperature sensitive fiber optic， subway， alarm system