太古供暖隧道监控系统设计

段飞飞

（山西省交通规划勘察设计院，山西 太原030012）

1 概述

近年来，太原市总供热面积以每年约800万m2的速度增加，市区现有大型集中供热热源（太钢、太一、太二、瑞光等）供热能力远远不能满足需求。古交电厂是发电容量1 800 MW的纯凝火力发电厂，将古交电厂改造为供热机组，并配合余热回收及末端燃气调峰，可承担太原市8 000万m2供热面积的供热量。在不增加当地环境污染排放量的情况下，可极大地缓解太原市热源不足的问题。

古交电厂距太原市城区37.8 km，若要在古交电厂至太原市之间敷设专用供热管道，需跨经3座单洞隧道，分别为供热1号隧道；供热2号隧道（2 435 m）；供热3号隧道（11 040 m）。3座隧道均净高5 m，内轮廓净宽10.86 m，两侧分别布设有两层直径为DN1400的供热管道，道路的中央为行车道，行车道路面净宽4 m。隧道内部环境较为特殊，典型的湿热环境。在供暖3号隧道出口约800 m处设隧道监控中心，为隧道运营监控系统的运营控制中心。隧道运营监控系统用于对隧道内视频监控、火灾检测、环境信息采集、通信系统的管理[1]，并具有控制隧道内通风、照明、供电等机电设施的功能。

2 设计采用的标准

由于本项目既不属于公路隧道又不属于城市管廊，缺少已运营案例和可直接执行的设计规范，因此采用专题研讨、类比参考《公路隧道交通工程设计规范》JTG/T D71—2004和《城市综合管廊工程技术规范》GB 50838—2012，并依据供热管道实际特点进行归纳总结，并在此基础上完成开拓性设计。

3 设计内容

供暖隧道监控系统设计内容包括[1]：计算机系统、闭路电视系统、信息采集系统、火灾检测系统、隧道紧急电话系统、通风与照明控制系统、隧道本地控制系统、网络广播系统、隧道监控系统软件、隧道内外监控系统光、电缆工程等。

3.1 计算机系统

本项目隧道监控中心计算机系统采用最为广泛的快速以太网技术，在隧道监控中心设骨干交换机两台，通过布线系统分别与服务器、职能计算机相连，通过10/100 M接口，实现与外部数据的交换。计算机网络的拓扑结构采用“星型”模式，计算机、服务器等设备均以超五类非屏蔽双绞线直接接入交换机，连接速度为100 Mbps。

隧道监控中心设置5台服务器和9台计算机，9台计算机作为监控系统的职能计算机，分工完成监控系统数据采集、处理、控制等工作。

3.2 闭路电视系统

将隧道内供暖管道阀门集中处作为重点监控路段，设置网络高清红外快球摄像机，既可以更全面地了解隧道内供暖管道的运行状况，也可以在异常情况下控制摄像机转动及调整焦距，对前后几百米范围内的隧道情况进行监视。

其余路段按间距100 m设置高清网络固定枪式摄像机[1]，并为每台固定摄像机配置LED红外补光灯，摄像机吊装于隧道顶端。另外在隧道外变电所，隧道内箱变洞室及斜井变电所也设置网络高清红外快球摄像机[2]。实现对供暖管道、风机房、隧道外变电所、隧道内箱变洞室的实时监视。

隧道监控中心设置数字视频综合平台、液晶监视器（高清）、视频服务器、网络存储服务器等设备。监控系统视频图像通过环网方式接入数字视频综合平台，经高清解码卡输出在电视墙显示，通过IP-SAN存储系统进行图像的存储。

3.3 信息采集系统

环境信息检测系统用于实时掌握隧道内当前的温度、湿度、风速、氧气含量等指标，用于监控人员对通风系统的自动控制运行是否正常提供依据[2]，一旦发生管道事故，采集的各类指标信息还能为是否具备进洞检修条件提供依据。除此外，系统应具有综合分析、处理并形成控制方案的能力。

隧道环境信息采集系统由温度检测器、湿度检测器、风速检测器、氧含量检测器、主洞光纤光栅检测报警系统组成[2]。

3.4 火灾检测系统

隧道内火灾检测系统[1]由手动报警按钮、烟感、温感探测器、光纤光栅检测、感温光缆检测系统组成。

隧道内每隔50 m设置1套手动报警按钮[1]，各隧道外变电所、隧道内地下箱变、斜井风机房均设置手动报警按钮、烟感、温感探测器和声光报警器[1]。手动报警按钮以总线方式接入火灾报警主机，火灾报警主机的通讯口（RS485）采用光端机方式传到监控中心的火灾报警主机。

隧道拱顶按不大于10 m的间距布设光纤光栅火灾检测单元[1]，每250 m范围内的光纤光栅火灾检测单元用1芯光缆将其串接并接入光纤光栅处理主机，光纤光栅处理主机通过网络与火灾报警计算机联网，可实时自动显示洞内各检测单元串的实时温度，一旦超过设定温度时，可输出火灾报警信号。

各隧道外变电所、隧道内地下箱变、斜井风机房内的高低压柜均设置光纤光栅感温检测单元，其中高压进线柜、出线柜连接电缆的每根相线的接头处均设置接触式检测单元，低压电容柜每层电容器进线处设置接触式检测单元，低压出线柜电缆接头处的电缆本体位置设置接触式检测单元。斜井风机房高压进线柜、中压出线柜连接电缆的每根相线的接头处均设置接触式检测单元。

隧道主洞两侧电缆管箱、变电所和箱变的电缆沟中设置感温光缆火灾探测器，感温光缆在电缆管箱中采用接触式敷设方式对所有线缆进行保护，敷设时需重点对10 kV高压线缆、风机供电电缆、电磁阀供电电缆多次反复接触，其他线缆适当接触。

所有火灾检测设施均接入隧道管理中心，当检测到火灾发生或收到报警信号时，自动向监控人员发出预警，并将距离报警点最近的摄像机图像显示至主监视器上，供监控人员人工确认，若确实异常，则立即启动相应应急预案。

3.5 隧道紧急电话系统

紧急电话系统是为供暖隧道内人员提供紧急呼叫设置的[1]，当隧道内现场发生意外时，使用者可以利用设置在隧道内的紧急电话向紧急电话控制台进行呼叫，报告事故情况，控制台值班员由监控图像确认后启动相应预案并及时处置。

考虑本项目的特殊性，在全部隧道均设置光纤型紧急电话，在隧道监控中心设置紧急电话主控制台，光纤型紧急电话设备信号衰减较小、传输距离远、抗干扰、抗雷击能力强。

3.6 通风与照明控制系统

3.6.1 通风控制可分自动控制模式和手动控制模式[3]

a）自动模式下，光纤光栅火灾检测报警系统和感温光缆检测报警系统可以显示隧道内各点的环境温度，各点环境温度应从隧道送风口至排风口段线性升高，当某点温度异常时，应及时启动附近摄像机判定漏水或火灾。

b）手动控制模式下，以隧道本地控制器为控制终端；在手动控制模式下，操作员可在触摸屏软件界面下点击相应风机图标通过隧道本地控制器下发风机组编号，实现隧道通风的控制。

3.6.2 照明控制

隧道内设置照明系统主要是为检修人员例行进洞维修提供所需的亮度，其次可为隧道监控中心监控值班人员随时远程巡视洞内状况时提供所需的亮度。一般工况下，灯具处于关闭状态。

隧道主洞照明灯具平时不开启，当需要工作人员进洞进行检修时，通过监控系统照明控制系统开启全线应急照明，部分段落需要增强照明亮度时，由检修人员通过现场按钮或通过对讲设备通知监控室值班人员开启。当检修完毕后，确定检修人员安全撤离后，通过监控系统远程关闭全部照明灯具[3]。

3.7 隧道本地控制系统

3座供暖隧道均采用工业以太网组成独立的环网，通过光缆进行数据的传输。各工业以太环网均设置1台主控PLC，主控PLC设置触摸屏。隧道内监控设备（如隧道内温度检测器、湿度检测器、氧含量检测器、风速检测器、风机照明控制等）通过隧道现场工业以太网+PLC系统集成并与隧道监控中心通信。

3.8 网络广播系统

隧道广播功放与监控摄像机同址，与监控摄像机共用1台千兆环网远端设备，依靠视频自愈环网传输。广播系统的用途是，当隧道内发生供暖管道故障或火灾等紧急情况时，隧道监控中心可通过本系统对隧道洞内外进行广播，指挥调度和组织救援等[1]。

本子系统主要由控制台、功放设备、远端控制模块、扬声器、广播电缆等组成。

3.9 光、电缆工程

隧道内监控系统供电主电缆选用硅橡胶绝缘和护套耐火电力电缆（NH-YGF），最高工作温度可达180℃，具有耐热辐射、耐寒、耐酸碱及防水等特性，电缆结构柔软，敷设方便，高温环境下电气性能稳定，抗老化性能较好，变电所及箱变洞室内设备供电电缆采用阻燃或耐火型电缆。

根据隧道监控设备布设特点分设监控光缆，32/64芯监控系统主干光缆主要用于供暖隧道视频主干线、PLC、环境监测、消防系统的传输；斜井风机房采用12芯主干光缆连接至最近的箱变洞室。闭路电视系统采用4芯分支光缆组环后通过沿线的32芯/64芯主干光缆将视频信号传输至隧道监控中心。

在隧道拱顶中线处设置1道强电电缆桥架，用于照明供电线缆、监控供电线缆的敷设；另外靠近外侧再设置1道弱电电缆桥架，用于手动报警按钮、监控系统光缆、光纤光栅用缆等的敷设。

4 结语

本文介绍了古交兴能电厂至太原集中供热主管线及中继能源站工程中供暖隧道的监控系统设计方案，具体说明了隧道监控系统各子系统的设计方案、功能及布设原则。对同类隧道监控系统的设计有一定的借鉴作用。