淺談綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)設計

時間：2020-06-02作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：508

摘要:通過分析綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)設計、施工及后期運管中需要注意的問題，對通信、廊內設備與環(huán)境監(jiān)控、火災監(jiān)測、自動報警及消防聯(lián)動、監(jiān)控中心計算機等系統(tǒng)進行探討，初步給出各項系統(tǒng)的設計方案，并對優(yōu)化綜合管廊報警與監(jiān)控系統(tǒng)構建提出部分建議。
 
關鍵詞:綜合管廊 監(jiān)控與報警系統(tǒng) 通信網絡 信息化管理平臺 設備供電 接地與安裝


0、引言
       綜合管廊是一種統(tǒng)籌建設管理地下管線的新模式，為電力、通信、供熱、燃氣、供水、排水等各種地下管線建造一個共同的“房子”。由于綜合管廊具有避免道路反復開挖、優(yōu)化利用土地資源、管線敷設擴容方便、延長管線使用壽命等優(yōu)點，被國家及地方大力推廣建設。當前建設綜合管廊的地域分布廣泛，但由于設計、施工及后期運行管理經驗尚淺，故具有一定的試驗性。全國已建成的綜合管廊項目中，入駐管廊的管線主要包括電力、通信、給水等，部分管廊中還含有排水管線，但燃氣、熱力、空氣輸送等管線入駐少。
       管廊本體是鋼筋混凝土地下構筑物，原則上每隔200m設置一個*分區(qū)，廊內設有通風、供配電、排水、標識、監(jiān)控與報警系統(tǒng)等附屬設施。后期管廊運管部門會通過以上附屬設施對管廊進行科學的綜合管理，提高廊內管線安全性、穩(wěn)定性等。其中監(jiān)控與報警系統(tǒng)是決定管廊是否正常運行及運管維護工作是否方便的重要因素之一，目前仍在不斷地改良。
       綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)由管廊**設備、通信網絡、監(jiān)控中心三部分組成。其中，**設備包括布置在綜合管廊內部的檢測、控制及報警設施，主要負責**現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和控制；通信網絡由光纖通信網組成，可實現(xiàn)管廊**設備與通信中心之間的通信功能；監(jiān)控中心為綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)的業(yè)務管理和指揮中心，**所有設備通過通信網絡接入監(jiān)控中心。
       根據(jù)前期建設單位的意見、工程設計中監(jiān)控與報警系統(tǒng)設計經驗、施工現(xiàn)場問題與后期運管部門提出的改進建議，對綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)的設計方案與措施提出以下建議。

1、通信網絡
       通信網絡是綜合管廊內部各子系統(tǒng)與監(jiān)控中心主系統(tǒng)之間通信傳輸及信息交換的重要樞紐，其系統(tǒng)構架具有多樣性。過去，通信網絡的設計采用主干環(huán)網結構，即在監(jiān)控中心設置核心交換機，再通過光纖與廊內底層交換機連接成環(huán)。這種主干環(huán)網結構雖然較為經濟，但由于目前很多綜合管廊項目規(guī)模較大，任意兩個節(jié)點之間的斷線就會造成斷點之間區(qū)段與監(jiān)控中心之間的通信中斷，嚴重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以筆者建議將主干環(huán)網結構只運用于規(guī)模較小的工程中。
       對于規(guī)模較大的綜合管廊，通信網絡可考慮采用底層區(qū)域環(huán)網+主干冗余點對點通信的系統(tǒng)結構，管廊按每6～8個*分區(qū)(可配合電氣供配電轄區(qū)考慮)組建一個底層區(qū)域光纖環(huán)網，這樣就能將一段很長的通信網絡分成幾個較小的底層環(huán)網；每個*分區(qū)內設置1套底層交換機，接入本分區(qū)內除火災報警系統(tǒng)和無線對講系統(tǒng)以外的設備在每個區(qū)域環(huán)網靠近監(jiān)控中心的一個分區(qū)內，交換機通過光纜與監(jiān)控中心實現(xiàn)主干冗余點對點光纖通信；監(jiān)控中心配置2臺核心交換機，互為熱備，負責**通信設備的接入，同時負責與中心計算機系統(tǒng)進行連接。
       上述的設計方案通過增設1套核心交換機實現(xiàn)主干冗余，廊內分區(qū)各自成環(huán)，無論是主干網還是底層環(huán)網出現(xiàn)斷線都不會影響系統(tǒng)運行，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，所以規(guī)模較大的綜合管廊宜采用底層區(qū)域環(huán)網+主干冗余點對點的通信網絡結構。

2、廊內設備與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
       建議在綜合管廊內部每個*分區(qū)內布設1套PLC控制單元，負責監(jiān)測控制本區(qū)內的設備，包括風機、照明、排水泵、井蓋、出／入口控制器、綜合氣體檢測儀、溫／濕度檢測儀及液位檢測儀、供配電系統(tǒng)信息化數(shù)據(jù)設備等。對于廊內風機、照明、水泵、井蓋、環(huán)境監(jiān)測等設備，可采用點對點傳輸方式接入PLC；出／入口控制器、供配電系統(tǒng)信息化等自帶控制單元的設備可通過RS485總線接入PLc，經處理后通過TCP／IP通信模塊接入工業(yè)級交換機，從而將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心。在遠程控制模式下，PLC接收監(jiān)控中心發(fā)送的聯(lián)動指令，對上述設備進行監(jiān)控；在本地控制模式下，將各設備將運行狀態(tài)輸入后根據(jù)PLC內預設的程序進行控制，接收控制信號進行本地控制。
      考慮到以往工程分區(qū)控制點數(shù)量較少的情況，往往在多個分區(qū)內共用1套PLC主機及數(shù)套分布式I／O系統(tǒng)，造成實際施工時反饋PLC主機與分布式I／0模塊間距過長不便于擴展，且部分PLC廠家主機與分布式I／0模塊之間的線纜需特別定制，會增加投資成本，所以從穩(wěn)定性及擴展性兩方面考慮，建議每個*分區(qū)按1個自控單元設計。

3、火災監(jiān)測、自動報警與消防聯(lián)動系統(tǒng)
       綜合管廊內部多為主干管線，擔負著城市或片區(qū)正常運行的重任。一旦沒有及時發(fā)現(xiàn)、撲滅火災，將導致城市或片區(qū)基礎設施癱瘓，使城市受到巨大的經濟損失及不良的社會影響，故火災監(jiān)測、自動報警與聯(lián)動滅火系統(tǒng)的設置是非常有必要的。
3.1 火災監(jiān)測系統(tǒng)
       火災監(jiān)測宜采用線型光纖測溫，將光纖測溫主機與感溫光纖等作為主要的火災監(jiān)測裝置。先由測溫光纖定位火災發(fā)生的位置，將信息反饋給光纖測溫主機，再由測溫主機將實時溫度、火災發(fā)生位置、火災報警信號輸出至火災報警系統(tǒng)，后由火災報警系統(tǒng)完成相應的消防聯(lián)動。
       以往部分工程在廊內設置感煙探測器、感溫光柵等作為輔助或主要的火災監(jiān)測裝置，但實際使用效果不佳，因為綜合管廊內納入的給排水管、通訊電纜一般不燃或難燃，且廊內電力電纜均為阻燃或耐火電纜，在發(fā)生火災并產生大量煙氣時，感溫裝置早已動作，故采用感煙探測器意義不大；另外在管廊內造成電纜局部升溫進而引發(fā)火災主要是因為電力線路出現(xiàn)相問短路、對地短路、接觸不良、線路過載等問題，而感溫光柵是點式感溫，監(jiān)測時間為循環(huán)非連續(xù)，故也不建議將感溫光柵作為綜合管廊內部主要的火災探測器。所以建議采用感溫光纖測溫作為綜合管廊火災探測系統(tǒng)的可以選擇。
3.2 火災報警系統(tǒng)
       火災報警系統(tǒng)通過接收火災檢測信號或者手動按鈕報警信號，在綜合管廊內部進行聲光報警，以警示管廊內部的工作人員，并同時在監(jiān)控中心內部進行聲光報警及軟件彈窗報警，監(jiān)控管理平臺自動將監(jiān)視器畫面切換到發(fā)生火災的位置并通知監(jiān)控中心工作人員采取相關措施。
       該系統(tǒng)包括設置在監(jiān)控中心的火災報警控制主機、消防控制室圖形顯示裝置、綜合管廊內的火災報警控制分機、手動火災報警按鈕、火災聲光報警器等設備。其中，監(jiān)控中心的火災報警控制主機能接入**所有火災報警控制分機，監(jiān)測每臺分機的運行情況，當監(jiān)控區(qū)域發(fā)生火災時，系統(tǒng)可以采用自動模式聯(lián)動控制相關設備啟／停，并接收各種聯(lián)動設備的反饋信號，監(jiān)視運行狀態(tài)；工作人員可結合消防控制室圖形顯示情況進行火災預警、火警以及消防指揮調度工作：而管廊內部的火災報警控制分機負責接入現(xiàn)場所有的火災報警設備，接收并傳遞火災報警信號，且對設備進行聯(lián)動控制；手動火災報警按鈕和火災聲光報警器接入所在*分區(qū)內的火災報警控制分機。
       各火災報警控制分機通過**消防通信鏈路與監(jiān)控中心火災報警控制主機連接，并通過光纖傳輸實現(xiàn)**設備與監(jiān)控中心的通信。
       由于管廊內部一般需要設置固定式電話，故可與消防**電話合用，只設置單獨通信系統(tǒng)即可。
3.3 消防聯(lián)動系統(tǒng)
       在系統(tǒng)自動控制狀態(tài)下，一旦火災監(jiān)測設備檢測到火災發(fā)生，火災報警系統(tǒng)就能夠自動啟動事先編制好的消防預案，聯(lián)動控制相關消防設備，如切斷非消防電源、啟動風機進行排煙、啟動滅火裝置及時滅火、聯(lián)動控制*門及出／入口控制器等；在手動控制狀態(tài)下，工作人員對火災進行確認后，啟動消防預案，聯(lián)動控制相關消防設備，同時工作人員能夠通過操作按鈕啟／停相關報警設備和消防設備。

4、監(jiān)控中心計算機系統(tǒng)
       監(jiān)控中心計算機系統(tǒng)通過集成**監(jiān)控系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、分析和存儲以及業(yè)務管理和應急指揮等功能。系統(tǒng)應包含服務器及各子系統(tǒng)監(jiān)控計算機，其中，服務器通過安裝信息化監(jiān)控管理平臺客戶端，實現(xiàn)對監(jiān)控系統(tǒng)進行整體業(yè)務管理和數(shù)據(jù)管理以及對計算機系統(tǒng)中各設備的整體管理和控制。

5、設備供電、接地與安裝
       綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)設備均按不**二級負荷考慮，要求雙回路供電，且兩路電源互為熱備，并設置不問斷供電電源。系統(tǒng)應采用每個*分區(qū)單獨供配電的方式，要求提供兩路電源，且每個*分區(qū)配置單獨的uPs為監(jiān)控與報警設備供電。一般電氣工程在綜合管廊內部均設有通長接地干線，布設在監(jiān)控與報警系統(tǒng)機箱以外的現(xiàn)場設備需通過接地導線連接至通長接地干線：布設在機箱內的設備應在機箱中設置接地匯流排；箱內設備通過接地導線連接至接地匯流排，接地匯流排引出接地導線與管廊內的通長接地干線連接，監(jiān)控與報警系統(tǒng)接地電阻≤ln。以往工程中，為安裝方便，除在設備夾層內布置現(xiàn)場監(jiān)控與報警設備外，管廊內部也有不少采用貼廊內墻壁的安裝方式，待管廊建成完畢后，特別是管線敷設完成后出現(xiàn)不少管道或電纜遮擋住設備的現(xiàn)象，嚴重影響設備的運行與操作。故建議管廊內部的現(xiàn)場監(jiān)控與報警設備宜先固定在底座安裝板上，再整體安裝在廊道內支架上，方便后期運管人員觀察與操作。

6、安科瑞管廊產品介紹選型
6.1 管廊電力監(jiān)控系統(tǒng)（10/0.4kV地面變電所）
產品選型


6.2 管廊設備監(jiān)控系統(tǒng)（0.4kV動力箱/動力柜）
產品選型


6.3 消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)（管廊地下部分）
產品選型


6.4、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)（管廊地下部分）
產品選型
注：地下管廊使用的動力箱/柜符合管廊相關標準，防護等級達IP65
7、結語
       由于綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)子項繁多，且系統(tǒng)延伸性與擴展性較強，經過多年發(fā)展，新理念與新技術層出不窮，技術規(guī)范修訂也較為頻繁，但出不少技術問題在現(xiàn)場施工與后期使用中仍突顯，只有不斷總結完善，才能保證系統(tǒng)運行安全、方便、合理、經濟、高效。

參考文獻
【1】《城市綜合管廊工程技術規(guī)范》GB 50838-2015 北京：中國計劃出版社，2015
【2】李蕊 付浩程，綜合綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)設計淺析[J]
【3】安科瑞企業(yè)微電網設計及應用手冊.2019.11版

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