地鐵車站火災自動報警系統故障問題
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〔摘要〕地下車站機電設備繁多，火災報警系統（FAS）與外部設備的接口設計中控制信號采用被控設備方提供的AC220V強電工作電壓，會導致FAS設備感應電壓過高，進而出現接地故障報警的情況。針對此類問題，針對地鐵工程實施中，因電磁干擾導致地下車站FAS大面積接地故障報警的情況原因進行分析，提出了對控制接口和反饋接口進行改進的優化方案。
〔關鍵詞〕城市軌道交通；火災自動報警系統；接口設計；接地故障報警；強電感應
概述
地鐵以其大運量和快捷性在城市交通中擔當著十分重要的角色。地鐵車站屬于人員高度密集的公共場所，一旦發生火災，疏散和救援難度極大，造成的災難和損失將難以估量。因此在地下車站設置火災自動報警系統（FAS），對可能發生的災害進行自動監視，及早發現災情，并針對可能發生的災害情況采取應對措施是地鐵火災風險管控的必要手段。在地鐵工程實施中，FAS除實現火災探測及報警功能外，還需實現消防救災設備的聯動，因此車站FAS與消防風機、消防泵、應急照明等強電設備均存在接口。FAS與外部設備的接口處理不當，往往因被控設備的接入使得監控回路產生過高的感應電壓，進而產生FAS接地故障報警，影響系統正常運行。本文在分析此類問題原因的基礎上，提出具體的解決措施。
1典型地下車站FAS方案
地鐵車站級FAS由火災自動報警控制盤（FACP）、圖形工作站、探測器、手動報警按鈕、消火栓按鈕、聲光報警器、輸入模塊和輸出模塊等組成。車站級FAS系統采用多回路的環形網，各類探測器、手動報警按鈕、輸入、輸出模塊等均采用二總線方式接入相應回路。同時，通過輸入、輸出模塊接入外部消防設備的控制回路，可實現消防設備的聯動控制和狀態監視。典型地下車站的FAS構成方案，如圖1所示。
2FAS與被控設備的接口分析
FAS屬于地鐵弱電系統的設計范疇，與強電設備專用排煙風機、消防水泵、應急照明、非消防電源回路、防火卷簾等均存在硬線接口。以應急照明為例，FAS與應急照明配電箱的接口位置在車站各照明配電室應急照明配電箱相關配電回路的接觸器端子排外線側。通過控制電纜將FAS回路的輸出模塊與應急照明配電箱內的強啟端子連接，實現FAS對應急照明的強啟控制；通過控制電纜將FAS回路的輸入模塊與應急照明配電箱內的強啟反饋端子連接，實現FAS對應急照明的強啟狀態監視。地下車站工程實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立不帶電、不接地的常開觸點控制應急照明的強啟，電源由被控設備提供，通常為AC220V。2）反饋接口。FAS通過輸入模塊接收應急照明強啟后的運行狀態信號，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模塊箱敷設至應急照明配電箱，敷設路徑相同，此時控制電纜上的AC220V強電工作電壓易對DC24V監視電纜產生電磁干擾，使得FAS輸入模塊接收到遠高于正常工作電壓范圍內的超高電平信號，導致FAS系統邏輯判斷紊亂，出現接地故障報警的情況。其次，在照明配電室這種相對局促的空間中，配電箱的配電出線電纜也和FAS控制電纜同槽敷設，進一步加強了電磁干擾。部分地區FAS出于節約成本的考慮，未采用屏蔽電纜，也加劇了故障風險。在地鐵工程實施中，因電磁干擾導致地下車站FAS大面積接地故障報警的情況原因可總結為：1）控制回路的被控設備的端子電壓AC220V對反饋回路造成電磁感應，使得反饋回路監視模塊產生一定強度的感應電壓。2）施工單位未嚴格按圖施工，存在FAS控制電纜與進入環控柜、400V柜、配電箱的強電電纜同槽敷設的情況。3）FAS設計未采用帶屏蔽層的控制電纜。
3FAS與被控設備的接口改進方案
由于地下車站設備用房空間緊張，FAS布線過程中難以實現完全意義上的強弱電分開敷設，配電箱、風機水泵控制柜進線線槽通常僅能做到唯一路徑。為解決FAS設備受強電感應電壓過高進而接地故障報警的情況，本文提出一種FAS與強電設備接口的改進方案。還是以FAS與應急照明的接口為例，改進的接口方案如下：1）控制接口改進內容。FAS通過輸出模塊提供DC24V有源常開觸點控制應急照明強啟。2）反饋接口改進內容。FAS通過輸入模塊接收應急照明強啟后的運行狀態信號，但在輸入模塊前端增加隔離繼電器。改進后的接口方案示意，如圖3所示。通過對控制接口的改進，將FAS對應急照明強啟控制的信號由對方提供AC220V電源，修改為FAS提供DC24V的有源信號，同時在應急照明配電箱內采用中間繼電器實現控制信號的轉換和傳遞。此方案可避免FAS控制電纜上由于采用不同等級的工作電壓造成電磁干擾，導致強電進入FAS系統內部。通過對反饋接口的改進，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的工作電壓造成電磁干擾，還可避免外部強電對FAS控制電纜造成的電磁干擾。但由于地下車站的被控設備眾多，對于所有強電設備的輸入模塊均配備繼電器，一定程度上增加了系統投資。在地鐵車站的FAS實施過程中，筆者遇到部分車站因為FACP大范圍的接地故障問題導致不滿足消防驗收要求無法投用的情況。采用前文改進措施后，經過一段時間的觀察，確認該工程車站FAS系統長期存在的接地故障報警情況基本消除，表明改進方案是有效的。實際工程的整改照面如圖4、圖5所示。除此之外，設計人員對于地鐵車站此類FAS接口設備較多的工程，建議使用屏蔽性能較好的信號電纜。同時，施工過程中，也應提請現場施工人員注意《火災自動報警系統設計規范》（GB50116-2013）11.2.5條的要求，不同電壓等級的線纜不應穿入同一根保護管內。當合用同一線槽時，線槽內應有隔板分隔。
4結語
FAS系統為地鐵安全可靠的運營發揮重要作用，其系統接口問題從設計之初就應該得到重視。本文從系統可能遭受的強電感應風險入手，對FAS與各類強電設備的接口制定合理、可行的接口方案，有效解決了車站FAS因為電磁感應導致的接地故障問題。
參考文獻
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作者：羅亮 徐秋珍 單位：南昌市消防救援支隊
