广州地铁
摘要:地铁线路先后发生了变电所配电柜冒烟事件及扶梯配电箱冒烟事件，两次事件都给地铁安全运营造成了一定的负面影响。由于配电箱柜较为密闭，当柜内设备烧坏后，所产生的烟雾经过长时间的蔓延才能被房间内FAS系统烟感探测器监测到，这在一定程度上延误了救灾时间。云雾室空气采样式火灾探测系统以及光纤光栅感温火灾探测系统具有早期探测火灾的技术优点，能够较早发现配电柜火情，及时消除隐患，我们从两种系统的原理、各种指标数据对比分析，来对系统进行选型。
关键字：配电柜 FAS 火灾探测系统
一、光纤光栅感温火灾探测系统结构及原理
（一）光纤光栅感温火灾探测系统结构
光纤光栅温度传感器由陶瓷外壳、绝缘护套、光纤引线和接头四部分构成， 如附图1所示。陶瓷外壳既有很好的导热性还有很高的绝缘性，尾纤绝缘护套为聚四氟乙烯（俗称铁氟龙），它在较宽频率范围内的介电常数和介电损耗都很低，而且击穿电压、体积电阻率和耐电弧性都较高，所以有很好的绝缘性。同时它还具有不亲油不亲水、耐磨损、耐腐蚀等特性，在高压环境中可以很好避免因污染、潮湿而发生的闪络。光纤传感器的尾纤可以达到220KV的绝缘等级。
图2 光纤光栅温度传感原理
光栅也是普通单模光纤，作为光纤传感器。但是光栅要经过特殊的加工处理以改变其折射率，使其只对特定的波长进行反射。这样，一个宽谱的入射光经过光纤光栅后，只有满足波长匹配条件的极小谱宽的光信号被反射，其余波长的光信号透射进入下一个光纤光栅。当环境温度变化时，光纤光栅的反射光中心波长会随之改变（温度越高，波长偏移量越大）。通过对待测光栅的反射光中心波长进行数字化精确测量，即可获得该光栅位置的环境温度，如图2所示。
整个光纤光栅传感系统如图3所示。光源发出宽带光谱，经耦合器输出到分路盒，由分路盒将光信号均分为12路分别送到各个光栅处。每个光栅反射不同波长的光信号，经耦合器传输到光谱分析模块。通过光谱分析模块进行光谱扫描采集，可得到各光栅反射的光信号的中心波长值，CPU处理单元根据各中心波长值即可算出对应光栅测得的实际温度。这些温度值可以输出显示，超过设定阈值的温度值将送到报警单元。
图5 云雾室处理前后对比
经过云雾室处理后，每一个火灾极早期阶段所产生的不可见次微米粒子与灰尘粒子皆由一水滴所包围，其产生的有效遮光率与包围灰尘粒子的水滴产生的有效遮光率相当，故其在数量上的悬殊差异(500,000/cc >> 20,000/cc)即可被光电仪器辨识出来。
三、两套系统各项指标的对比分析
从系统价格、实施难易度、质量及性能、维护管理对两套系统进行对比分析。
（一）系统价格
目前两套系统均能实现两个设备房的早期火灾保护，且保护的区域及设备数量均为一致，云雾室空气采样式极早期火灾探测系统安装及调试费用约为18万，光纤光栅感温火灾探测系统安装及调试费用约为20万。云雾室空气采样式极早期火灾探测系统成本略低，但总体相差不大。
（二）实施难易度
由于地铁运营的特殊性，车站内的施工需要考虑很多运营因素的影响。在配合需求方面，光纤光栅感温火灾探测系统大部分施工作业都需要变电专业配合停电才能开展。云雾室空气采样式极早期火灾探测系统大部分作业不需要停电，因此工期相对较短，后者总体施工天数不到的前者的一半。在调试安排上，云雾室空气采样式极早期火灾探测系统操作更为简便。总体来说，在实施难易度的对比上，云雾室空气采样式极早期火灾探测系统整体实施难度比光纤光栅感温火灾探测系统要小。
（三）质量及性能
从技术参数的角度看两套系统在工作环境参数方面区别不大，主机工作温度、电源功率等几乎一致。但在探测技术参数方面，光纤光栅感温火灾探测系统在探测距离、探测点数、反馈灵敏度、报警点定位这几方面均优于云雾室空气采样式极早期火灾探测系统。
（四）维护管理
1、计划修
两套系统检修工作内容相差不大，云雾室空气采样式极早期火灾探测系统相比于光纤光栅感温火灾探测系统维护更加便利。
2、故障修
云雾室空气采样式极早期火灾探测系统相比与光纤光栅感温火灾探测系统来说，其在故障处理方面难度不大，但在故障排查和备件更换方面则有着明显的劣势。
在维护管理的角度，云雾室空气采样式极早期火灾探测系统的计划性维护要优于光纤光栅感温火灾探测系统，但在故障检修的效率和便利性方面，光纤光栅感温火灾探测系统相对占优。
四、结论
光纤光栅感温式系统及云雾室空气采样式早期火灾报警系统在配电柜火灾探测中各有其优势，其中云雾室空气采样式早期火灾探测系统具有价格成本低、安装便利、维护及故障修简单等优势，而光纤光栅感温式系统则有探测准确、测点多，灵敏等特点，考虑到配电柜一般安装在室内环境，柜内空间小，误报几率小等特点，采用云雾室空气采样式系统更适合地铁配电柜火灾探测使用。当然，目前分析方法仅是从其中几项重要度高的指标分析的角度对比系统的优劣，我们需要在两套系统同时投用的过程中获得更多的数据和信息，比如误报率、故障率等，以便我们对两者形成更为全面的判断，也为后期进一步的推广应用做准备。
论文作者:李延华
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/3
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