摘要；本文在分析研究设计高速铁路沿线隧道防灾救援系统各子系统过程中，着重对供配电系统，照明系统及设备监控系统进行了研究。最终在供配电系统上确定采用综合负荷10kV电力贯通线和一级负荷10kV电力贯通线双回电源供电。由变电站为应急照明、疏散指示、通风风机和监控设备提供0.38/0.22kV低压供电，并且可自动切换，保证一级负荷的正常工作；对照明系统的设计给出了供电、设置、照度标准、光源选择、控制方式、安装、配线和接地等详尽的方案,方案节省了人力资源成本和电力能源成本，具有重要推广意义；对设备监控系统的设计则给出了设置原则、设计接口、通信和联动功能的相关介绍；在消防系统的设计上采用了固定式自动高压细水雾灭火、水成膜泡沫消火栓灭火以及水幕灭火三种灭火系统共同构成高速铁路隧道防灾水消防灭火系统。
关键词：高速铁路，隧道防灾救援，供配电，照明系统，设备监控,水消防系统
1本文主要研究工作
在防灾救援的实施过程中，电力系统是否合理可靠运行是其能否顺利实施的关键和保障。本文结合高速铁路工程实际，在分析研究设计高速铁路沿线隧道防灾救援系统各子系统过程中，着重对供配电系统，照明系统及设备监控系统以及消防系统进行了研究设计。
2 铁路隧道灾害成因及特点
2.1 铁路隧道的灾害原因与类型分析
铁路隧道是一个相对封闭的区域，一般除了两端的出入口外，没有其他的通道，当发生火灾、地震、洪水和爆炸时，会造成列车灾害发生。而相对于不可抗原因或是故意破坏原因造成的灾害来讲，火灾的原因相对更加容易发生，也最为常见。隧道内的火灾主要是由于列车本身设备过热或是列车中有易燃易爆物而引起，属突然事件，而且一般发生火灾时大都列车处于运行状态，受到气流的影响，火势往往发展非常迅猛，而大火引起得高温又因隧道处于半封闭的状态而使得受灾范围呈现条形分布，且热量不易散开，极易造成人员的重大伤害。开放空间不足等，所以给铁路隧道的防灾救灾带来了很大的困难。针对其研究切实可行的措施和设置相关的设施有利于减少灾害的损失。
（1）常见的隧道内设施引发的火灾主要是因为线路老化和超负荷运行，当线路的绝缘达不到要求时，可能引起的短路会引发火灾或是设备故障，从而造成如信号失灵、列车出轨或是冲撞等方面的问题。
（2）常见的列车方面的火灾主要是由于机车内设备故障引起的，电器设备短路可能造成高温或电弧，引发火灾。还有如轴温过高而引起的导致易燃物起火也是主要的原因。
（3）常见的乘客方面引发火灾主要是其违反安全规定携带易燃易爆物品，或者在车厢内吸烟引燃可燃物品造成的。
（4）相对少见的恐怖袭击或人为破坏也是造成火灾的一个因素；可分为无知或有组织的人为破坏，遭成的破坏可能引发火灾。
3防灾救援系统组成
紧急救援站设置的防灾救援系统为：防灾救援配电系统、疏散指示标志和应急照明系统、防灾救援设备监控系统、应急通信系统、通风系统、防护门、消防系统、通场道路等设施。
3.1 防灾救援电气工程范围
（1）变配电工程：包括10kV电源线T接及线路、箱变、防灾设备的低压供电、远程控制设备的低压供电。
（2）各救援通道、避难所等应急照明，包括防灾救援引起的正线隧道的应急照明的变更调整。
（3）各救援通道的疏散标示工程，包括应急疏散方向及距离标示、应急电话标示、疏散洞口标示等。
（4）防灾救援设备监控系统工程，包括现场、车站工务工区防灾二级监控设备及控制线缆，其中：主控制器至附近的通信传输设备光缆由通信专业设计。
3.1 防灾救援供配电系统
3.1.1 防灾救援电源及供电方式
（1）根据《铁路隧道防灾救援疏散工程设计规范》及相关专业要求，高速铁路增设隧道防灾救援系统负荷主要有防灾通风风机、应急照明、疏散指示、监控设备。新增负荷均属于一级负荷，采用两路低压电源末端切换的方式供电。
（2）根据防灾救援疏散原则，按照全线只发生一处事故救援工况考虑用电负荷，即同时使用一处救援通道的用电负荷，经经济技术比选，10kV电源采用综合负荷10kV电力贯通线和一级负荷10kV电力贯通线双回电源供电。
（3）在紧急救援通道出口或与正线交叉的正洞内设置10/0.4kV箱式变电站, 提供两路低压电源供电为应急照明、疏散指示、防灾通风风机、监控设备等一级负荷供电，采用冗余设计提高可靠性，即为设备提供双电源自动切换装置。
（4）防灾救援通道应急照明设置应急电源装置（EPS/K），EPS装置连续供电时间不小于2.0h, 应急电源装置（EPS/K）包括：双电源切换、EPS、馈出及控制回路。
3.1.2 防灾救援动力配电系统
（1）防灾风机设备按一级负荷供电，从防灾救援10/0.4kV箱式变电站两台变压器低压母线各引一路电源至设备控制柜附近，并设置双电源切换箱。
（2）根据相关专业资料，防灾风机在校验电源、开关及配线容量时均采用软启动方式。
（3）隧道内所有的供电回路均采用防火设计，电缆使用低烟无卤阻燃耐火特性的材料，采用穿钢管沿隧道壁敷设方式的防火设计、沿正线隧道设置电缆沟，所有的电力电缆放置在电缆沟中布线。
（4）动力箱一般采用墙面悬挂或地面支持落地的方式靠墙安装；明挂安装时，为了防水，箱体底边应距地面1.3m。
（5）供配电系统接地方式：采作三相五线制中性线与接地线分开的TN-S方式。
4 防灾救援照明系统
铁路隧道照明对于在铁路隧道内安全行车和防灾救灾都显得至关重要。现在隧道照明较以往的设计规范,提高了隧道照明的标准;并在防灾条款中,对应急照明、疏散照明作了一些要求。
4.1 隧道照明系统构成
隧道照明应包括固定式照明、移动式临时作业照明、疏散指示照明、应急照明。显然,它扩展了以前隧道照明的范畴。固定式照明设置在隧道大、小避车洞的门洞上方,存放维修、防灾工具的辅助洞室,以及变配电、紧急呼叫电话器材等专用洞室。移动式临时作业照明,仍然是采用照明插座箱的形式,通常设置在小避车洞内。疏散指示照明,用于单、双线隧道的救援通道,两单线隧道间的联络通道。应急照明,是指断电或者发生灾害的情况下,仍然能提供的电气照明,以增强人们防灾、抗灾的能力。
4.2 隧道照明方案
综合上述原则，结合现场工程实际制定具体隧道照明方案如下：
(1)供电方式：防灾救援照明按一级负荷供电，设置两台防灾救援10/0.4kV箱式变电站，分别引出一路低压母线至EPS/K柜，两路低压母线互为备用，设置电源自动切换装置，其后连接EPS，从EPS采用星形接法分别馈出动力控制电源、疏散应急照明、疏散指示等回路。EPS/K柜充电电源选用高频开关电源充电模块，整流/充电机有N+1(N≥1)的冗余功能，一个模块故障不应影响系统正常运行。
(2)照明设置方式
1).5km以上隧道均利用部分隧道施工的辅助坑道作为隧道防灾救援通道，类型有：斜井、横洞、平导及横通道，与隧道正洞两侧疏散救援通道、隧道进出口共同构成隧道防灾救援疏散通道。在所有救援疏散路线、救援通道以及紧急救援站都应设置疏散照明系统和疏散指示标志。
2).根据《铁路隧道防灾救援疏散工程设计规范》，在隧道防灾救援疏散通道的救援路线上，疏散指示均需标志距离最近的救援通道的方向及距离。原施工图疏散标志单向指示及百米标相应变更为：双向指示+距离标示，距离标示文字为至相邻隧道防灾救援通道口的米数，按25m倍数标志(救援站范围除外)。
3).本设计新增防灾救援疏散通道设置应急疏散照明、疏散出口标志、疏散指示照明，其中疏散指示标志设置又包括方向指示及距疏散出口的距离标识。
4).一般每25m设置疏散指示标志和应急疏散照明，因为隧道内疏散时可能有较高的人员密度，所以在疏散通道口（斜井、横洞、平导及横通道）正线450m范围内、疏散救援通道的避难所、紧急出口入口段、横通道入口段区域照明灯具间距均按12.5m间距设置。
(3)照度标准及光源选择
1).应急疏散照明在疏散通道中心地面的水平照度不小于0.5lx。
2).应急疏散光源选用能快速点燃的光源，采用30W LED灯；疏散指示灯光源采用带蓄电池的2x3W LED灯，蓄电池连续供电时间不小于2.0h。
3).隧道内灯具采用高效率、防腐蚀、防潮、防震灯具，并具有安全可靠、维修方便等特点；灯具的防护等级不低于IP65。瓦斯隧道内灯具采用防爆型。
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(4)照明控制方式
1).疏散通道应急疏散照明控制：疏散通道应急疏散照明控制可以采用自动控制和手动控制两种方式，自动控制可以设计为远程控制，就地控制可以采用手动控制，当有紧急情况发生时，首先通过远程自动启动应急照明，若通信损坏或意外未能远程启动，则由人工启动现场应急按钮箱，该按钮箱设置有应急照明按钮箱和应急一键启动箱，其中应急一键启动箱能同时启动应急照明和防灾风机。
2).救援站应急疏散照明控制：救援站应急疏散照明控制以采用自动控制和手动控制两种方式，自动控制可以设计为远程控制，就地控制可以采用手动控制，当有紧急情况发生时，首先通过远程自动启动相应的救援站900m范围内疏散平台的室外及隧道照明，否则由人工去启动现场应急一键启动箱, 应急一键启动箱可同时启动防灾风机、应急照明设备。应急一键启动箱设置于隧道进出口两侧。
3).正线隧道应急疏散照明控制：原设计在5km以上隧道设置隧道照明监控系统，由现场智能监控装置、列车速度测控单元（LC）、通信单元等组成。当列车紧急情况下低速通过列车速度测控装置（LC）时，现场RTU单元能计算列车时速，当低于设定的时速时，默认为列车为故障应急状态，触发全隧道应急照明启动。
4).应急疏散照明的正常启停控制：均在合适的位置的正常照明按钮箱，便于巡检及事故处理完成后的操作，为防止疏散人员误操作，关闭疏散照明，正常照明按钮箱均设带锁门。
5).疏散指示标志均为平时点亮状态。
(5)照明设备安装
1).疏散救援通道单侧设置应急疏散照明灯，距救援通道地面不大于3.0m。
2).疏散救援通道单侧设置疏散指示灯，距救援通道地面0.5m，并标识距疏散出口的距离及方向标识。
3).设置在救援通道洞室及防护门上的标志灯距洞（门）顶0.2m。
4).各类照明按钮箱均为明挂，箱体底边距地1.3m，EPS电源设备为落地靠墙安装。
5).所有安装在隧道壁的灯具均采用φ12mm不锈钢膨胀螺栓固定。
6).所有灯具、电源箱、控制按钮箱等设备均应具有防震动、防腐蚀、防潮和防风压功能，其防护等级要求至少达到IP65等级,瓦斯隧道内所有灯具、电源箱、控制按钮箱等设备应具有防爆功能。
(6)配线方式
隧道防灾救援系统内的照明回路、控制回路及使用的光纤均采用阻燃耐火、低烟无卤型线材。疏散指示照明采用穿钢管沿隧道壁电缆敷设；应急照明干线电缆、控制电缆及监控光缆采用双层电缆挂架分层敷设，挂架安装间距为0.8m。若电缆通过救援横通道、横穿救援通道等情况无法避让时，采用穿钢管沿隧道壁明敷入地敷设方式予以通过。
(7)接地方式：救援照明接地系统采用TN-S系统。
4.3 防灾救援设备监控系统
4.3.1 防灾救援设备监控系统概述
（1）防灾救援设备监控系统是对所有设有防灾救援设施进行远程监控的系统，它是保证救援防灾的重要环节，所有的隧道或者隧道群内与防灾有关的设备均需在监控范围内（以下简称设备监控系统）。
（2）设备监控系统的作用在于将包含疏散照明设备在内的照明系统、通风系统和消防系统等防灾救援设备及设施构成一个有机整体。设备监控系统本身为了与系统外联系，还要配套应急通信系统。为了能够临时指挥行车，配套相应的通信有线、无线调度系统和对隧道内灾情进行观察的视频监控系统，它们共同构成了一套完整的隧道（群）防灾救援系统。这样的系统能在隧道内火灾发生时快速地实现既定的联动控制并且安全、可靠和准确，以此保证整个工作的按序进行，提高救援的效率。
（3）设备监控系统从功能上分主要包括了通风排烟设施监控、普通照明和应急照明监控以及消防设施监控等系统。为其提供支持和保障的还有综合视频监控系统、通信网络系统，自然灾害及异物侵限监测系统（简称灾害监测系统），同时为了与线路控制相配合中，需接入隧道两边相邻路局中心系统等。
4.3.2 设置原则
（1）设备监控系统的监控对象为救援通道内各类照明、通风用的电动机、为所有设备供应电力的供配电等系统的相关设施设备，一般对设备的监控采用现场级、工区级分二类进行设置。
（2）现场级设备主要是隧道现场内的通风电动机，照明灯具，一般采集的数据为电压、电流，有条件时可以采集风速和风量，照明可采集现场的照度情况，其监控设备为中央控制器，远程控制站，主控制器，集中监控操作盘，现场手动启动箱等。现场级设备监控的通信网络采用双总线结构或是环网结构，现场设备的物理量数据先汇集接入主控制器，通过单模光纤将数据上传到现场通信传输设备、中央控制器和集中监控操作盘。现场级设备控制采用远程自动化控制和现场手动控制相结合的方式，保障其正常的运行。
（3）工区级设备主要是维修车间等场所设备，设备监控系统在本次工程仅预留中心级设备监控系统接入条件。
4.4 消防系统
4.4.1 火灾报警系统
火灾自动报警系统（FAS）的组成部分主要包括设备洞室火灾报警系统与隧道正洞火灾报警系统。设备洞室火灾报警系统包括：温度点式报警探测器、烟雾报警探测器、FAS火灾报警控制器、FAS输入输出模块、FAS火灾监控主机等，分别设置于电力、电力牵引、通信、信号等设备洞室内；隧道正洞FAS系统由现场控制器、缆式感湿报警探测器、手动报警按钮、控制监控总机等组成。用于监控的主站一般由综合监控系统集成。
(1)FAS系统联网方案
FAS采用光纤对报警控制器进行联网，光纤的应用解决了隧道内信号传输的传输距离长以及工作环境恶劣等诸多问题。将用于光电信号转换的光纤转换器配置到每个控制主机上，每个控制器一般都标配相应的通讯网卡，在报警控制器相互之间组建对等网络，即组网方式为不分主要次要的无主从方式，由于不同节点的级别相同，在整个网络内的所有连接到网络的设备，它们的工作情况是否存在故障状态可以在每台控制器上都可以进行观察。
(2)火灾报警控制器
隧道内采用的报警控制器其组网的方式也是对等网模式，工作方式采用多处理器模式，也就是其工作可以是独立的，也可以几个同时协同工作，互为备用，其显示采用智能型中英文液晶显示屏。
(3)智能温度报警传感探测器、烟雾传感探测器
在设置探测器时，一般室内两种探测器都需要设置，其场所主要包括箱式变电站洞室、分区所洞室、无线中继站洞室、消防累洞室。两种探测器分别可以探测的物理量为温湿度、烟雾浓度。
(4)智能输入输出模块
一般来讲，智能输入输出模块为标准模块，分别以DI、DO、AI、AO表示，其含义为数字输入、数字输出、模拟输入、模拟输出，该模块的不同接口分别与送风、压差开关、排烟等系统联合工作，当有火灾发生时，来自上级的火灾监控系统的控制信号就能够远程自动启动送风排烟系统的相关设备。
(5)线型感湿探测器
该火灾探测器采用可恢复式线型差定温的工作原理，即探测器既有差温火灾探测报警特性，又有定温火灾探测报警特性。该探测器由传感电缆、转换盒、终端盒组成，采用继电器无源触点方式输出，与火灾报警控制器配套使用，对隧道内异常温度进行连续探测，对于异常情况造成的温度升高和断线、短路等进行报警。
(6)手动报警按钮
手动报警按钮一般设置在主要的出入口处以及疏散横道两侧，主要作用是在火灾发生时由人手动触发报警，其间距设置大约每420米布置一套。手动报警按钮一般在二总线通讯回路上直接安装，为可恢复式按下式按钮。手动报警按钮在发生火警时由相关人员按下按钮，这时手动按钮的按钮指示灯就会亮起，由于其连接了控制器，控制器得到按下的信号后会启动报警喇叭，从而发出报警声响，同时控制器面板上显示相对应按钮的地址信息。
4.4.3 复合灭火系统工作流程
首先将受灾列车停靠在救援点，先等车上人员疏散到相对安全的场所，然后能过远程控制后水消防系统的水幕系统启动工作，用来降温灭火。并集成到了综合监控系统之中。水幕系统能够分隔开着火的区间，无论是列车上发生的火灾，还是隧道中发生的火灾，相当于设立了不同的防火分区，避免了大火和烟雾扩散到另外一个防火分区。通过BAS也可以启动固定式自动高压细水雾灭火系统。用它来自动对着火的列车或是隧道的着火区域进行降温灭火。水成膜泡沫消火栓灭火系统其工作原理决定了它只能用于小范围的灭火，一般来讲需要人工操作而无法采用BAS进行控制。
论文作者:尹程飞
论文发表刊物:《中国电业》2019年21期
论文发表时间:2020/3/10
标签：隧道论文; 设备论文; 火灾论文; 系统论文; 通道论文; 监控系统论文; 方式论文; 《中国电业》2019年21期论文;