某高速公路隧道火灾自动检测报警系统

刘伟亮

温州绕城高速公路有限公司，浙江温州 325000

某高速公路隧道火灾自动检测报警系统

刘伟亮

温州绕城高速公路有限公司，浙江温州 325000

本文对比常用隧道火灾自动检测报警系统的工作原理、性能及优缺点，结合某高速公路隧道群的工程实际，选择相应的隧道火灾自动检测报警系统。

隧道火灾；自动检测报警系统；设计方案

火灾自动检测报警系统主要是通过火灾探测器对物质燃烧过程中产生的各种物理、化学变化进行检测，从而能够尽早发现火情、减少火灾损失，保护人民生命财产安全。本文主要根据某高速公路隧道的特点，分别设计光纤分布式测温系统（以下简称DTS系统）和双波长火焰探测系统方案进行对比分析。

1 DTS系统

1.1 工作原理

光纤用作温度探测器的主要依据是光纤的光时域反射（OTDR）原理以及光纤的背向拉曼散射(Raman Scatforing)温度效应。DTS根据OTDR原理进行分布式温度探测和跟踪。系统向光纤发射一束脉冲光，通过测量发入射光和反射光之间的时间差，可以得出发射散射光的位置和入射端的距离。

反射光中有一种称作Raman散射光，其含有两种成份光，一种光与温度无关，而另一种光的强度则随温度变化，根据实测两种成份光之比便可计算出温度值。光纤测温方式，直接测量的是Raman反射光中两种成分之比，与绝对值无关，因此即使光纤随时间老化，沿程光损失增加，仍可消除光损失的影响，从而可一直保证测温精度。

1.2 系统基本构成的主要部分

1）DTS主机；

2）探测光纤及光纤接线盒；

3）火灾报警计算机。

1.3 DTS系统功能

1）温度的实时监控

以图形或者温度数字筐的形式实时显示隧道内环境温度，可根据用户要求按任意长度、不同或相同报警温度划分防火分区，发生报警时可自动弹开软件界面。

2）准确性

DTS温度分辨率达到±1 ℃，温度精度±2 ℃。根据由用户设定的每个防火分区的平均温度值、最高温度值、温升速率报警，并且每次报警都有预报警，在预报警后可以由人工手动确认报警。系统也可以自动在预报警后3S再次核实温度而自动报警。

3）先进性

通过采用不同的外护套材料，DTS系统可适应各种复杂的环境。在发生火灾时现场操作人员可根据实时温度曲线的变化，以及文本记录温度表的温度值来评估火灾现场情况，并判断火灾蔓延的趋势，为现场人员及时拯救、灭火以及隧道的相关控制操作提供依据和数据。

4）安全性

具备安全记录功能，可储存1年以内的历史数据，供随时查询历史工作状态；可通过调制解调器由专门工程师提供最低限度的系统远程诊断；如果光纤受损，DTS系统可以即时定位受损点；探测光纤本身安全，采用光信号，不会与动力电缆之间产生相互电磁干扰。

2 双波长火焰探测系统

2.1 工作原理

双波长火焰探测器根据火焰光按周期变化具有特有频率的特点，通过过滤器检测火焰特有频率(1Hz～ 15Hz)作为探测信号。探测器内有2个检测部件，分别用于火焰辐射探测和环境光、自然光产生的辐射监视。当隧道内发生火灾时，火焰检测部件的信号幅值大于监视部件的便会报警，但是当监视部件上的信号较强时，说明存在外部干扰辐射，此时不报警。

2.2 系统组成

1）火灾综合盘（包含双波长火焰探测器、手动报警按钮、电话插孔、信号转换器等；

2）消防主机；

3）避雷器；

4）屏蔽双绞线和控制电缆；

5）火灾报警计算机。

2.3 系统功能

1）准确性

由于是捕捉辐射光，所以能够不受气流的影响，报知准确的火灾位置。

2）高灵敏度

具有水平180°，垂直120°广泛的监视视野和半径40m的探测距离，具有极高的灵敏度，能够及早发现40m远0.5m2的汽油火灾。

3）安全性

不会因隧道内的钠蒸汽等、荧光灯和其他车辆灯光而动作，因为采用密封结构，对隧道内的渗水、废气、瓦斯有出色的耐久性。

3 两种方案应用

3.1 采用DTS系统

某高速公路隧道均为单洞三车道的隧道，考虑到一般探测光纤的检测范围，采用在单洞隧道内敷设2 根探测光缆的形式。为了每根探测光缆能更好的覆盖隧道的各个地方，将第1根探测光缆敷设在第一和第二行车道相接部分对应的隧道顶部，第2根探测光缆敷设在第三车道的中线位置对应的隧道顶部。

以A隧道（左洞2455m，右洞2445m）为例，采用1 台DTS200-240（4km，4 通道）光纤火灾自动报警控制主机对此隧道的火情进行实时自动监测。采用1 台EST3 火灾报警控制器，通过2 路总线带手动报警按钮对隧道左右洞进行手动监测。将DTS光纤分布式温度监测系统主机和EST3 火灾报警控制主机放置在隧道口的变电站里。报警区间长度按100m区间定位。

探测光缆安装如下：

通道1、通道2：探测光缆的一端连接在DTS 光纤分布式温度监测系统主机上的1＃和2＃光纤接口上，另一端分别沿电缆沟进入左线隧道的顶部直线敷设至此线隧道的末端。见图1。

通道3、通道4：探测光缆的一端连接在DTS 光纤分布式温度监测系统主机上的3＃和4＃光纤接口上，另一端分别沿电缆沟进入右线隧道的顶部直线敷设至此线隧道的末端。

手动按钮按照间隔50m一个，分别安装于隧道的侧壁上。

图1 DTS系统设备安装示意图

3.2 采用双波长火焰探测系统

同样也以A隧道为例，采用1台火灾自动报警控制器主机对此隧道的火情进行实时自动监测，报警信号经过避雷器传送到报警主机。将火灾自动报警控制器主机和避雷器放置在隧道口的变电站里。

隧道内综合盘安装于隧道右侧壁，每隔50m安装一个，所有综合盘经避雷器连接至隧道消防主机，主信号线采用2*4mm屏蔽双绞线，电源线采用2*2.5mm屏蔽双绞线，安装示意图详见图2。

图2 双波长火焰探测系统设备安装示意图

3.3 性能比较

DTS系统和双波长火焰探测系统的性能比较如下表所示：

火灾自动检测系统 DTS系统 双波长火焰探测系统探测器类型 线型感温探测器 点型火焰探测器安装位置 沿隧道敷设于隧道顶部中间 间隔50m安装于隧道一侧探测反应时间时间较长：由于隧道内风速大；强风将竖直向上扩散热流方向变倾斜，延长探测器反应时间；环境温度较低时，火灾已发展到一定规模，但隧道顶部温度仍较低。时间短：探测器依靠火焰光谱和频率报警，通过探测器中的部件，可有效避免环境对这两个参数的干扰实时性火灾点的准确定位、火势蔓延方向、现场的温度分布火灾的确切位置

监测范围3车道隧道需两通道，单通道最大检测范围30km，适用于特长隧道风速小于12m/s的工况下，探测器受光窗污损率（光学减光率）0%时，探测半径40 m；探测器受光窗污损率（光学减光率）50%时，探测半径30m，可监视3车道或4车道隧道；适用于大断面隧道和自然风速较高的隧道漏报率 较低较高：探测器安装在一侧墙壁，存在盲区；隧道中有物体遮住火焰或阴燃误报率较高：随着季节的变化隧道内的温度不同，系统灵敏度和报警阀值难以调节；受风速影响，火灾发生点温度很高，但到达顶部时温度低了很多较低：雷电天气偶尔引起误报可采用避雷器避免防火分区的划分较简单：可以通过上层控制管理软件任意设置防火分区，不同防火分区采用不同的报警方式，还以针对不同的外联系统设置的不同的防火分区方式。较复杂：该探测器为点式探测器，不易进行灵活的防火分区划分不能很好的配合其他隧道系统融合使用维护感温光纤需安装在隧道顶部，施工维护较困难，维护频率低；每隔三年更换激光发光源置于隧道侧壁方便清洗与维护

4 结论

隧道火灾自动报警系统必须做到安全、可靠，并具有高灵敏度和极低的误报率。双波长火焰探测系统报警时间短，灵敏度极高，某高速公路隧道为单向三车道隧道，且地处山区、自然风较大，因此采用双波长火焰探测系统；至于DTS系统，其造价略高于双波长火焰探测系统，且误报率较高，隧道内温度四季变化，系统灵敏度和报警阀值难以调节，维护较困难，故未采用此系统。

[1]章一红.几种火灾探测器在公路隧道中的应用[J].福建建筑，2007(9)．

[2]张有琳.浅谈福建和溪一龙门高速公路火灾报警系统施工[J].工程科技，2006(2)．

[3]李丽芳.光纤分布式温度监测在汕梅高速公路火灾报警系统中的应用[J].公路，2004(10)．

[4]邵勇，邬宁.火灾自动探测、报警设施在高速公路长隧道中应用实例及比较[J].华东公路，2002(6)．

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1674-6708（2011）53-0188-02