铁路隧道防灾救援系统电气设计

杨 剑

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

1 概述

随着我国铁路建设的快速发展，铁路不仅仅在平原、丘陵地带建设，也开始在复杂地质情况的山岭地区和河流湖泊纵横的区域建设。为了优化线路走向，缩短线路长度，克服不良地质条件，在铁路线路中长大山岭隧道和水下隧道越来越显示其优越性，但是同时也带来了防灾疏散方面的新问题。由于铁路隧道防灾救援系统的复杂性，目前在我国尚无专门的规范遵循。虽然2007年颁布了《铁路工程设计防火规范》(TB1063—2007)，但关于长大隧道防灾救援设施供电、消防报警联动控制、防灾应急照明、主要电气设备材料选择要求等相关条文甚少。

以向莆铁路青云山隧道、武广客运专线浏阳河隧道、广深港客运专线狮子洋隧道为例，对铁路山岭隧道和水下隧道的防灾救援系统电气设计作一个归纳总结，力求对我国铁路隧道防灾救援系统电气技术发展起到抛砖引玉的作用。

2 防灾电源接引及供电原则

2.1 供电负荷的分布

铁路隧道的供电负荷主要分布在正线隧道进出口、正线隧道内的防灾救援定点、辅助疏散通道、双洞单线隧道的联络横通道、特长隧道的通风排烟隧洞、水下隧道的最低处废水泵房等地方。

正线隧道进出口段分布有射流风机、雨水泵;正线隧道内的防灾救援定点分布有射流风机、通信负荷、消防水泵等;辅助疏散通道分布有射流风机、水泵;特长隧道的通风排烟隧洞分布有通风排烟风机;水下隧道的最低处废水泵房设有排污泵;另外，各隧洞沿线还分布有照明负荷，各设备洞室设置防护门后的设备洞室通风机。

山岭隧道以向莆线青云山隧道为例，主要供电负荷分布见表1。

表1 向莆线青云山隧道主要供电负荷分布

水下隧道以武广客运专线浏阳河隧道为例，其主要供电负荷分布，见表2。

表2 武广客运专线浏阳河隧道主要供电负荷分布

2.2 负荷等级

一级负荷主要包括:与防灾安全相关的射流风机、排烟风机、各类水泵、应急照明、通信负荷、消防负荷、接触网开关远动控制站等。其中通信负荷、应急照明、水下隧道最低处的废水排污泵为一级负荷中特别重要的负荷。

二级负荷主要包括:设备洞室通风机等。

其余负荷等级划分则参照现行国家及行业相关规程规范确定。

2.3 防灾电源接引

在用电负荷中心设变配电所，优先采用公共电网接引可靠电源，当用电负荷较小时，可接引铁路10 kV贯通线电源。对于一级负荷中特别重要的负荷，应设UPS、EPS、柴油发电机组等应急电源。

2.4 供电原则

一级负荷:2路相对独立电源分别供电至用电设备或低压双电源切换装置处，当2个电源中一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除设两路电源外，还必须设置应急电源。

二级负荷:有条件时提供2路高压电源供电，当两路电源供电确有困难时可为1路高压电源供电。

三级负荷:一般采用单回路供电，当供电系统为非正常运行方式时，允许将其切除。

3 隧道供电方案及应急照明

3.1 隧道供电方案

3.1.1 变配电系统

根据负荷分布情况，在隧道一端或两端设置35(10)kV变配电所。对于特长隧道可在隧道出、入口各设1座35(10)kV变配电所，分别对一半长度的隧道供电，各变配电所分别由地方电网接引2路独立电源。变配电所高压主接线采用单母线分段，设双台变压器;在防灾救援定点、辅助疏散通道口、水下隧道废水泵房等负荷集中点设10/0.4 kV箱式变电站，另外隧道沿线分段设照明箱式变电站供照明负荷及区间通信基站、直放站等负荷。照明箱式变电站由综合负荷贯通线和一级负荷贯通线各接引1路电源环网供电，其他各变电站分别由两侧35(10)kV配电所不同10 kV母线各接引1路电源环网供电，保证隧道内的一级负荷有2路可靠电源供电。

对于通信负荷、应急照明等一级负荷中特别重要的负荷，除保证2路独立电源供电外，还设置EPS电源作为应急电源;对于水下隧道最低处的废水排污泵还可设置备用低压柴油发电机组作为水下隧道排水应急备用电源。

山岭隧道以向莆线青云山隧道为例，变电所分布见表3。

水下隧道以武广客运专线浏阳河隧道为例，变电所分布见表4。

表3 向莆线青云山隧道变电所分布

表4 武广客运专线浏阳河隧道变电所分布

3.1.2 防灾动力设备供电、控制和保护方式

(1)由于隧道内防灾用电设备容量较大，从变电所至用电设备处采用放射式双电源和树干式双电源结合的混合式配电网络。

(2)对于隧道内防灾用电设备等一级负荷，在用电设备处或低压配电末端设双电源切换装置，双电源经双电源切换装置切换后供电。

(3)较大容量射流风机、水泵采用软启动或变频装置启动。

(4)隧道内设备洞室通风机或去湿设备从照明电源箱接取电源，并根据洞室环境自动控制其起停。

(5)各类风机、水泵等控制系统纳入隧道火灾报警联动控制系统。

3.2 防灾应急照明

3.2.1 隧道应急照明

(1)设置原则:长度5 km以上或有紧急出口的隧道内设置应急照明和疏散指示标志。

(2)隧道设正常固定照明并作为疏散应急照明使用，采用可快速启动光源的专用隧道灯。双线隧道照明灯沿隧道两侧交错布置，单线隧道照明灯沿隧道单侧布置，地面最低照度不应小于0.5 lx，供电时间不应小于2 h。

(3)隧道设疏散指示灯及标志灯，光源采用LED灯。双线隧道照明灯沿隧道两侧对称布置，单线隧道照明灯沿隧道单侧布置，距地0.5 m。疏散指示照明标志安装间距不大于30 m。

3.2.2 室外照明

疏散通道洞外疏散场地照明采用投光灯塔照明，可远方控制。

4 火灾报警及联动控制系统

由于目前我国尚无专门的针对铁路隧道火灾自动报警系统的规范遵循。各条已完成设计的铁路隧道火灾报警及联动控制系统采用了不同的设计标准。

4.1 武广客运专线浏阳河隧道

4.1.1 系统设计原则

(1)隧道内按同一时间只发生一次火灾考虑救灾能力。

(2)系统保护范围为隧道全段范围。

(3)采用以防为主，防消结合的方针。

(4)报警系统设有自动和手动两种触发装置;自动报警装置须尽可能早且准确地探测到火灾情况。

4.1.2 系统构成

由设置在隧道武汉端洞口配电所控制室内的火灾自动报警系统主机及工作站、隧道洞室内分段设置的火灾区域报警控制器及风机现场控制器、隧道内光纤感温火情监控控制器、手动报警按钮、消火栓启泵按钮及相应的通信网络构成。

隧道火灾自动报警系统工作站预留上传信息至隧道机电监控中心的接口。

4.1.3 系统基本功能

(1)基本功能

实时数据管理、人机界面、报警功能、打印功能、在线自诊断功能及设备维修管理。

(2)报警功能

监测隧道内的空气温度及火情，监测隧道风机设备和水消防、废水雨水排水等设备的运行状态。当检测到火灾危险情况后，及时向火灾自动报警系统工作站及相关控制系统发送报警信息。

(3)控制功能

在隧道洞室内设置风机现场控制设备，可对风机就地现场控制;也可对风机的各种工况模式进行自动控制。

在消防泵房的消防联动控制柜、隧道最低处废水泵房控制柜设置直接控制按钮，对各类水泵直接强行控制。

在隧道北口配电所控制室内火灾自动报警系统工作站上可对隧道风机、各类水泵进行远方控制，并接受其反馈信号。

(4)显示功能

报警点及消防设备状态在智能火灾报警控制器上显示，同时也可在FAS工作站中文彩色图形终端上显示。

4.2 广深港客运专线狮子洋隧道

4.2.1 系统设计原则

(1)隧道内按同一时间只发生1次火灾考虑救灾能力。

(2)系统保护范围为江中最低处防灾救援定点约500 m范围。

(3)采用以防为主，防消结合的方针。

(4)报警系统只设有手动触发装置。

4.2.2 系统构成及基本功能

根据隧道内水消防系统消火栓箱的布置，在消火栓箱旁设置手动报警按钮及消火栓启动按钮。在江中泵房设置区域报警控制器，将消火栓箱及消防泵状态信息上传至进口变配电所内的消防控制工作站，并接收消防水泵控制命令。根据隧道火灾工况模式，对隧道风机进行火灾模式控制。射流风机启动按顺序延时启动，延时时间考虑启动开始到稳定运行的时间。

4.3 向莆线青云山隧道

4.3.1 系统方案

防灾设备控制系统采用多级控制方案。

在各防灾设备附近设置现场手操箱用于隧道内设备维护检修的就地级控制，手操箱控制具有最高优先级别，优先级判断通过动力控制箱二次电路实现。

在隧道内的救援平台处设置紧急启/停装置，实现灾害情况下隧道内对防灾设备的紧急控制，增强防灾设备应急启动的及时性和可靠性。

另外，为了实现对全线隧道内防灾设备的统一监控及管理，在向莆线永泰车站综合工区控制中心设置集中监视/控制平台，同时预留数据接口，需要时可将设备状态信息上传至中心调度所。

4.3.2 系统构成

本次控制系统采用PLC设备，通过现场总线技术，搭建独立的监控网络。

在永泰综合工区控制中心内设置冗余监控工作站和服务器，用于系统参数配置和日常维护。系统在青云山隧道救援平台处设置冗余现场PLC控制器，负责监控隧道内的防灾设备。在永泰控制中心内设置冗余网络交换机，通过100 M光口与青云山隧道救援平台处的PLC控制权互联。

控制系统网络采用工业级现场总线，通过单模光缆将各PLC设备及各现场模块箱相连，增加网络中继设备保证通信距离。

4.3.3 系统功能

(1)远程监控各类防灾设备的运行状态，统计主要设备状态记录及累计运行时间，提出维修保养策略。

(2)根据防灾通风工艺，协调各类风机及相应风阀联动，确保风机设备运行安全可靠。

(3)根据不同灾害模式，预置各设备运行参数，对所有的监控设备可以实现单独控制、联锁控制和各种模式控制。

(4)同时具有档案管理、统计报表、分级显示等系统功能。

5 主要电气设备材料选型

5.1 主要电气设备选型

隧道内所有电气设备全部无油化，消除火灾隐患，并且选用低噪声、空气自冷、无自爆、免维护、符合防火安全和五防要求的产品。隧道内的电力配电、控制等箱柜、照明灯具应满足隧道特殊环境条件要求，防护等级一般为IP54及以上，具备抗风压、防潮、防腐蚀、防振动等功能。

对于向莆铁路青云山隧道、武广客运专线浏阳河隧道等采用钻爆法施工的隧道，隧道内的变配电设备设于隧道壁开凿的专用的设备洞室内，设备洞室设防火门。对于广深港客运专线狮子洋隧道，由于其采用盾构法施工，隧道断面较小，无法设置设备洞室和洞室防护门，变配电设备设于隧道侧壁旁，因此必须进一步加强隧道内变配电设备本体的防火性能。在箱式变电站内增加了气体灭火装置，采用火探管式自动灭火系统。火探管通过容器阀连接到灭火剂容器上，进行火源探测，遇火时火探管爆破，利用火探管中的压力下降，启动容器阀，通过装在容器阀出口处的转换接头，将灭火剂输送到原火探管爆破孔释放。灭火装置按贮存灭火剂种类不同可分为:二氧化碳直接式火探灭火装置和七氟丙烷直接式火探灭火装置。

5.2 主要电气材料选型

隧道内的高、低压电缆采用低烟无卤阻燃铜芯电力电缆;低压电线采用低烟无卤阻燃铜芯电线。给消防设备供电的电力电缆和电线均采用耐火型。对于进出箱变的高低压电缆在进出电缆孔做好防火封堵。施工时对电缆头的制作及安装，严格执行安装工艺要求，避免由于电缆头安装不当造成的爆炸燃烧隐患。

另外，根据《关于发布高速铁路设计规范等14项铁路工程建设标准局部修订条文的通知》(铁建设［2012］29号)第12条的规定，当长及特长隧道的电缆槽内电力电缆敷设于隧道内的电缆槽，并且采取了盖板、铺砂等防阻燃措施，也可采用非阻燃电缆。既可以降低工程造价也可延长电缆使用寿命。

隧道内的所有灯具安装、电气设备安装及配线应满足列车最高速度值运行时的要求。

6 结语

长大隧道防灾救援系统电气设计主要包括防灾设施供电、消防报警联动控制、防灾应急照明等几个主要方面。

针对山岭隧道和水下隧道不同类型，其电气设计方案有所不同，特别是主要电气设备材料的选择还与隧道主体工程采用钻爆法、盾构法等施工方法相关。

［1］TB10008—2006 铁路电力设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2007.

［2］TB10063—2007 铁路工程设计防火规范［S］.北京:中国铁道出版社，2007.

［3］TB10003-2005 铁路隧道设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［4］铁道部专业设计院主编.铁路工程设计技术手册·电力［M］.北京:中国铁道出版社，1991.

［5］中国航空工业规划研究院主编.工业与民用配电设计手册［M］.北京:中国电力出版社出版，2005.

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