地鐵車站火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)故障問題

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〔摘要〕地下車站機(jī)電設(shè)備繁多，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）與外部設(shè)備的接口設(shè)計(jì)中控制信號(hào)采用被控設(shè)備方提供的AC220V強(qiáng)電工作電壓，會(huì)導(dǎo)致FAS設(shè)備感應(yīng)電壓過高，進(jìn)而出現(xiàn)接地故障報(bào)警的情況。針對(duì)此類問題，針對(duì)地鐵工程實(shí)施中，因電磁干擾導(dǎo)致地下車站FAS大面積接地故障報(bào)警的情況原因進(jìn)行分析，提出了對(duì)控制接口和反饋接口進(jìn)行改進(jìn)的優(yōu)化方案。

〔關(guān)鍵詞〕城市軌道交通；火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)；接口設(shè)計(jì)；接地故障報(bào)警；強(qiáng)電感應(yīng)

概述

地鐵以其大運(yùn)量和快捷性在城市交通中擔(dān)當(dāng)著十分重要的角色。地鐵車站屬于人員高度密集的公共場(chǎng)所，一旦發(fā)生火災(zāi)，疏散和救援難度極大，造成的災(zāi)難和損失將難以估量。因此在地下車站設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（FAS），對(duì)可能發(fā)生的災(zāi)害進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)視，及早發(fā)現(xiàn)災(zāi)情，并針對(duì)可能發(fā)生的災(zāi)害情況采取應(yīng)對(duì)措施是地鐵火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管控的必要手段。在地鐵工程實(shí)施中，F(xiàn)AS除實(shí)現(xiàn)火災(zāi)探測(cè)及報(bào)警功能外，還需實(shí)現(xiàn)消防救災(zāi)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)，因此車站FAS與消防風(fēng)機(jī)、消防泵、應(yīng)急照明等強(qiáng)電設(shè)備均存在接口。FAS與外部設(shè)備的接口處理不當(dāng)，往往因被控設(shè)備的接入使得監(jiān)控回路產(chǎn)生過高的感應(yīng)電壓，進(jìn)而產(chǎn)生FAS接地故障報(bào)警，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。本文在分析此類問題原因的基礎(chǔ)上，提出具體的解決措施。

1典型地下車站FAS方案

地鐵車站級(jí)FAS由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制盤（FACP）、圖形工作站、探測(cè)器、手動(dòng)報(bào)警按鈕、消火栓按鈕、聲光報(bào)警器、輸入模塊和輸出模塊等組成。車站級(jí)FAS系統(tǒng)采用多回路的環(huán)形網(wǎng)，各類探測(cè)器、手動(dòng)報(bào)警按鈕、輸入、輸出模塊等均采用二總線方式接入相應(yīng)回路。同時(shí)，通過輸入、輸出模塊接入外部消防設(shè)備的控制回路，可實(shí)現(xiàn)消防設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制和狀態(tài)監(jiān)視。典型地下車站的FAS構(gòu)成方案，如圖1所示。

2FAS與被控設(shè)備的接口分析

FAS屬于地鐵弱電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)范疇，與強(qiáng)電設(shè)備專用排煙風(fēng)機(jī)、消防水泵、應(yīng)急照明、非消防電源回路、防火卷簾等均存在硬線接口。以應(yīng)急照明為例，F(xiàn)AS與應(yīng)急照明配電箱的接口位置在車站各照明配電室應(yīng)急照明配電箱相關(guān)配電回路的接觸器端子排外線側(cè)。通過控制電纜將FAS回路的輸出模塊與應(yīng)急照明配電箱內(nèi)的強(qiáng)啟端子連接，實(shí)現(xiàn)FAS對(duì)應(yīng)急照明的強(qiáng)啟控制；通過控制電纜將FAS回路的輸入模塊與應(yīng)急照明配電箱內(nèi)的強(qiáng)啟反饋端子連接，實(shí)現(xiàn)FAS對(duì)應(yīng)急照明的強(qiáng)啟狀態(tài)監(jiān)視。地下車站工程實(shí)施中具體的接口方案（見圖2）如下：1）控制接口。FAS通過輸出模塊提供一組獨(dú)立不帶電、不接地的常開觸點(diǎn)控制應(yīng)急照明的強(qiáng)啟，電源由被控設(shè)備提供，通常為AC220V。2）反饋接口。FAS通過輸入模塊接收應(yīng)急照明強(qiáng)啟后的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，電源由FAS提供，為DC24V。在該接口方案中，由于控制和反饋接口的控制電纜均由FAS模塊箱敷設(shè)至應(yīng)急照明配電箱，敷設(shè)路徑相同，此時(shí)控制電纜上的AC220V強(qiáng)電工作電壓易對(duì)DC24V監(jiān)視電纜產(chǎn)生電磁干擾，使得FAS輸入模塊接收到遠(yuǎn)高于正常工作電壓范圍內(nèi)的超高電平信號(hào)，導(dǎo)致FAS系統(tǒng)邏輯判斷紊亂，出現(xiàn)接地故障報(bào)警的情況。其次，在照明配電室這種相對(duì)局促的空間中，配電箱的配電出線電纜也和FAS控制電纜同槽敷設(shè)，進(jìn)一步加強(qiáng)了電磁干擾。部分地區(qū)FAS出于節(jié)約成本的考慮，未采用屏蔽電纜，也加劇了故障風(fēng)險(xiǎn)。在地鐵工程實(shí)施中，因電磁干擾導(dǎo)致地下車站FAS大面積接地故障報(bào)警的情況原因可總結(jié)為：1）控制回路的被控設(shè)備的端子電壓AC220V對(duì)反饋回路造成電磁感應(yīng)，使得反饋回路監(jiān)視模塊產(chǎn)生一定強(qiáng)度的感應(yīng)電壓。2）施工單位未嚴(yán)格按圖施工，存在FAS控制電纜與進(jìn)入環(huán)控柜、400V柜、配電箱的強(qiáng)電電纜同槽敷設(shè)的情況。3）FAS設(shè)計(jì)未采用帶屏蔽層的控制電纜。

3FAS與被控設(shè)備的接口改進(jìn)方案

由于地下車站設(shè)備用房空間緊張，F(xiàn)AS布線過程中難以實(shí)現(xiàn)完全意義上的強(qiáng)弱電分開敷設(shè)，配電箱、風(fēng)機(jī)水泵控制柜進(jìn)線線槽通常僅能做到唯一路徑。為解決FAS設(shè)備受強(qiáng)電感應(yīng)電壓過高進(jìn)而接地故障報(bào)警的情況，本文提出一種FAS與強(qiáng)電設(shè)備接口的改進(jìn)方案。還是以FAS與應(yīng)急照明的接口為例，改進(jìn)的接口方案如下：1）控制接口改進(jìn)內(nèi)容。FAS通過輸出模塊提供DC24V有源常開觸點(diǎn)控制應(yīng)急照明強(qiáng)啟。2）反饋接口改進(jìn)內(nèi)容。FAS通過輸入模塊接收應(yīng)急照明強(qiáng)啟后的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，但在輸入模塊前端增加隔離繼電器。改進(jìn)后的接口方案示意，如圖3所示。通過對(duì)控制接口的改進(jìn)，將FAS對(duì)應(yīng)急照明強(qiáng)啟控制的信號(hào)由對(duì)方提供AC220V電源，修改為FAS提供DC24V的有源信號(hào)，同時(shí)在應(yīng)急照明配電箱內(nèi)采用中間繼電器實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換和傳遞。此方案可避免FAS控制電纜上由于采用不同等級(jí)的工作電壓造成電磁干擾，導(dǎo)致強(qiáng)電進(jìn)入FAS系統(tǒng)內(nèi)部。通過對(duì)反饋接口的改進(jìn)，在輸入模塊前端增加隔離繼電器，將FAS控制電纜上受到的電磁感應(yīng)徹底隔離在FAS模塊箱之外。此方案不僅避免了FAS自身控制電纜上不同等級(jí)的工作電壓造成電磁干擾，還可避免外部強(qiáng)電對(duì)FAS控制電纜造成的電磁干擾。但由于地下車站的被控設(shè)備眾多，對(duì)于所有強(qiáng)電設(shè)備的輸入模塊均配備繼電器，一定程度上增加了系統(tǒng)投資。在地鐵車站的FAS實(shí)施過程中，筆者遇到部分車站因?yàn)镕ACP大范圍的接地故障問題導(dǎo)致不滿足消防驗(yàn)收要求無法投用的情況。采用前文改進(jìn)措施后，經(jīng)過一段時(shí)間的觀察，確認(rèn)該工程車站FAS系統(tǒng)長(zhǎng)期存在的接地故障報(bào)警情況基本消除，表明改進(jìn)方案是有效的。實(shí)際工程的整改照面如圖4、圖5所示。除此之外，設(shè)計(jì)人員對(duì)于地鐵車站此類FAS接口設(shè)備較多的工程，建議使用屏蔽性能較好的信號(hào)電纜。同時(shí)，施工過程中，也應(yīng)提請(qǐng)現(xiàn)場(chǎng)施工人員注意《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50116-2013）11.2.5條的要求，不同電壓等級(jí)的線纜不應(yīng)穿入同一根保護(hù)管內(nèi)。當(dāng)合用同一線槽時(shí)，線槽內(nèi)應(yīng)有隔板分隔。

4結(jié)語(yǔ)

FAS系統(tǒng)為地鐵安全可靠的運(yùn)營(yíng)發(fā)揮重要作用，其系統(tǒng)接口問題從設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該得到重視。本文從系統(tǒng)可能遭受的強(qiáng)電感應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)入手，對(duì)FAS與各類強(qiáng)電設(shè)備的接口制定合理、可行的接口方案，有效解決了車站FAS因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)導(dǎo)致的接地故障問題。

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作者：羅亮 徐秋珍 單位：南昌市消防救援支隊(duì)