浅谈非接触式感温电缆和图像感烟技术在综合管廊的应用

龚凯

（平潭综合实验区城市投资建设集团有限公司）

1 引言

综合管廊作为城市重要“生命线”，汇集了电力、通信、燃气、给排水等电缆或管线，其狭长型构筑空间、繁杂的附属机电设备、入廊管线具有一定危险性，使得管廊的消防与安全问题尤为突出。因此，火灾事件的早期识别和精准定位显得至关重要。

目前，综合管廊常用的火灾探测器有点型感烟火灾探测器、图像型感烟火灾探测器、缆式线型感温火灾探测器（以下简称：“感温电缆”）和分布式光纤线型感温火灾探测器（以下简称：“感温光纤”）。由于各种探测技术的手段和优缺点不同，为快速响应和处置综合管廊火灾事故，新型火灾探测技术的适用性研究已成为亟需解决的关键问题。

本文以平潭综合实验区环岛路综合管廊项目（以下简称本项目）为例，针对综合管廊特殊构造下的电气火灾特点，通过现场模拟火灾试验，检验并分析非接触式缆式线型感温火灾探测器（以下简称：“非接触式感温电缆”）和光束复合图像感烟火灾探测器（以下简称：“智能图像火灾探测器”）的性能特性，以为综合管廊的建设和运维提供参考依据。

2 目前综合管廊火灾探测方法及存在问题

根据《城镇综合管廊监控与报警系统工程技术标准》（GB/T 51247-2017）的规定，火灾自动报警的舱室应设置感烟火灾探测器，需要联动触发自动火灾灭火系统的舱室应设置感温火灾探测器[2]，即干线、支线综合管廊含电力电缆的舱室必须同时设置感温和感烟火灾探测器。

感温火灾探测器主要有感温电缆和感温光纤。感温电缆灵敏度高，误报率低，但在强电磁场的环境下，易受电磁干扰，且感温电缆无温度显示功能也无法对火灾精确定位。感温光纤具有高可靠性、高安全性、抗电磁干扰能力强、绝缘性能高等优点，但其对小尺寸火焰不响应，不适用在局部发热或局部起火就需要快速响应的场所。为了保证线型感温火灾探测器的探测有效性，《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116-2013）规定，感温电缆应采用“S”形布置在每层电缆的上表面，感温光纤应采用一根感温光纤保护一根动力电缆的方式，沿动力电缆敷设[1]。然而，这种接触式的安装方式存在诸多缺点。首先高压动力电缆接头由于制作工艺或外部损伤，发生漏电或爆炸时，感温电缆可能被击穿并将高压串到低压供电系统中，存在重大安全隐患；其次，该安装方式对于后期动力电缆的入廊施工，易造成探测器损伤，尤其是感温光纤，一旦受力挤压易引起误报甚至折断损坏。

感烟火灾探测器主要有点型感烟火灾探测器和图像型感烟火灾探测器[2]，根据GB/T51247-2017 的规定，上述两种火灾探测器均可用于综合管廊，但在工程实际中，点型感烟火灾探测器因管廊地下环境潮湿、多尘、凝露易引起误报和故障。

3 非接触式感温电缆与智能图像感烟火灾探测技术

3.1 非接触式感温电缆探测技术

随着新型传感技术的快速发展，目前非接触式感温电缆正广泛用于国内综合管廊建设。非接触式感温电缆由信号处理单元和敏感部件组成，敏感部件包括传感电缆和中继单元，中继单元均布在传感电缆上。工作原理为中继单元中的高灵敏度复合式传感器实时采集空间温度，上传至信号处理单元。当探测器所在的任一防火分区发生火灾，信号处理单元输出火警信号，信号通过总线传输给火灾报警控制器实现火灾报警，同时远程传送至火灾报警上位机发出警报并显示温度信息、位置信息、历史记录等。

非接触式感温电缆，其传感原理可将热源精确定位，可实时监测电缆温度。通过架空安装，便于动力电缆的施工及维护，且有较避免了电磁干扰，减低了误报率。

3.2 智能图像感烟探测技术

图像感烟识别系统由彩色/黑白摄像机、图像采集与预处理、DSP 处理器、红/紫外背景光源和输入/输出界面组成。工作原理是通过CCD 获取图像中烟、火的颜色、形状、轮廓、纹理、运动特征以及光谱特征、空间几何特征等多种因素，利用并行数字处理器DSP 进行量化分析、火灾特性参数的计算、数据融合以及报警决策来实现高效的火灾探测。

智能图像火灾探测器较传统的图像型感烟火灾探测器（VID）仅配置红外光源，设备采用两个波长（红外、紫外）的光束光源，可有效避免水蒸汽、扬尘及环境光线变化引起误报的不利影响，确保了火灾探测器在远距离、低照度条件下烟雾或火焰的探测能力。探测器输出两类信号。一类是继电器报警信号，该信号与非接触式感温电缆报警信号联动触发自动灭火系统。另一类是TCP/IP网络信号，主要传输探测器的监控视频，通过光纤网络传输到监控中心。

4 综合管廊火灾探测器报警实践

4.1 工程项目应用情况

本项目采用的可恢复式非接触式感温电缆，标准报警长度为1m，10℃～30℃/min 的差温动作速率响应时间为15s ～180s，定温动作温度为85℃。安装敷设方式如图1 所示，敏感部件通过固定卡具沿电缆托架下表面的中心线架空吊装敷设在动力电缆上方。

采用的智能图像火灾探测器，分辨率为1080P；像素500 万；照度等级：彩色≤0.01Lux，黑色≤0.001Lux；火灾响应时间：火焰5s ～30s，烟雾10s ～60s。智能图像火灾探测器沿电力舱舱顶纵向中心线每100m 布置一套（与视频监控系统合用）。两种火灾探测器在综合管廊的安装布置如图2 所示。

图1 直线吊装示意图

图2 综合管廊电力舱剖面布置图

4.2 火灾探测器报警模拟试验

试验针对综合管廊可能出现的电气火灾，开展火灾探测有效性检验。

1）试验工况设置

将非接触式感温电缆的架空高度分别置于试验电缆上方300mm 和550mm，智能图像火灾探测器与试验电缆位置的直线距离为50m。

①用丙烷气体引燃试验电缆模拟电缆接头的闪烁和火焰；

②设置电缆短路模拟装置使试验电缆因表面温度逐渐均匀上升直至燃烧，以5℃/min 的升温速率测试探测器的定温动作性能，以10℃/min 的升温速率测试探测器的差温动作性能，并利用热电偶测量试验电缆表面温度。经实测两种升温速率分别为（4℃～6℃）/min(以下简称“慢速升温速率”)和（12℃～15℃）/min(以下简称“快速升温速率”)。

2）试验结果分析

①电缆接头火焰模拟试验

电缆引燃后计时，300mm 架空高度，非接触式感温电缆在第7s 报警，智能图像火灾探测器在第21s 火焰报警；550 mm 架空高度，非接触式感温电缆在第10s 报警，智能图像火灾探测器在第17s 火焰报警。试验结果表明：非接触式感温电缆对小尺寸高温响应很快。智能图像火灾探测器的响应时间受动力电缆、电缆支架和托架等遮挡物的影响，当试验电缆燃烧的火焰较大时，探测器才能捕捉到火焰视频图像并发出警报。

②电缆短路温升模拟试验

试验数据如表1 所示。数据表明：非接触式感温电缆的报警速度主要受升温速率的影响，若起火初期温度低，其报警时间较长。同时，针对试验电缆因短路产生的缓慢升温，智能图像火灾探测器能够及时探测可燃物产生的烟，弥补非接触式感温电缆对初期火灾探测的不足。

表1 300mm 和550mm 架空高度快慢速升温数据

上述两项试验证明，两种火灾探测器取长补短，相互配合下可快速触发自动灭火系统联动信号，使火情得到及时控制。由于本试验条件有限，未将感温电缆和感温光纤纳入试验与非接触感温电缆进行性能的横向对比，但国内许多学者针对非接触式感温探测技术取得的研究成果验证了非接触式感温电缆比接触式安装的感温电缆和感温光纤火灾响应时间快得多[3-4]。

5 结语

非接触式感温电缆解决了感温电缆和感温光纤探测性能上的局限性，通过与智能图像火灾探测器的组合应用，发挥了两类火灾探测器的优点，进一步提高火灾自动探测系统的整体可靠性。同时非接触感温电缆先进的安装方式扩大了保护面积，减少了设备材料的用量，降低了工程造价。该组合在平潭综合实验区环岛路综合管廊项目的火灾监测中效果良好，具有很好的推广意义。