(中電建成都建設(shè)投資有限公司,四川成都 610212)
成都市軌道交通18號(hào)線一、二期工程線路全長(zhǎng)69.39 km,共設(shè)車(chē)站13座。其中18號(hào)線一期工程世紀(jì)城站—海昌路區(qū)間隧道下穿錦江河流,根據(jù)規(guī)范要求,在世紀(jì)城站—海昌路區(qū)間錦江河流兩側(cè)分別設(shè)置4樘防淹門(mén),為便于土建實(shí)施,防淹門(mén)分別結(jié)合1#、2#風(fēng)井設(shè)置,其中1#風(fēng)井側(cè)的2樘防淹門(mén)距離世紀(jì)城站為4 800 m,2#風(fēng)井側(cè)的2樘防淹門(mén)距離海昌路站距離為4 600 m,如圖1所示。
防淹門(mén)是為防止因突發(fā)事故導(dǎo)致隧道內(nèi)河水涌進(jìn)地鐵車(chē)站而造成事故進(jìn)一步擴(kuò)大,在城市軌道交通過(guò)江河湖泊段兩端的地鐵車(chē)站端部與隧道接口處或區(qū)間內(nèi)設(shè)置防淹閘門(mén)(以下簡(jiǎn)稱“防淹門(mén)”),以便發(fā)生事故時(shí)能緊急關(guān)閉閘門(mén),封閉經(jīng)過(guò)江河湖泊的隧道,保護(hù)其余隧道和地鐵車(chē)站人員和設(shè)備的安全。正常情況下,防淹門(mén)應(yīng)打開(kāi)并可靠鎖定,不影響行車(chē)安全;在緊急情況下,經(jīng)信號(hào)系統(tǒng)、車(chē)站管理員確認(rèn)災(zāi)害并發(fā)出關(guān)閉防淹門(mén)指令后,防淹門(mén)才能夠緊急關(guān)閉并鎖閉到位。
防淹門(mén)系統(tǒng)由機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)兩大部分組成。防淹門(mén)系統(tǒng)的機(jī)械裝置包括門(mén)葉、門(mén)槽埋件、啟閉機(jī)、鎖定裝置等。門(mén)扇采用平面滑動(dòng)鋼閘門(mén),啟閉機(jī)采用雙吊點(diǎn)固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī),鎖定裝置通過(guò)電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)閘門(mén)的鎖定和解鎖。防淹門(mén)控制系統(tǒng)是指對(duì)安裝于車(chē)站的防淹門(mén)系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制的設(shè)備系統(tǒng),包括區(qū)間隧道內(nèi)水位參數(shù)的檢測(cè)裝置,現(xiàn)地控制箱,車(chē)站控制室綜合后備盤(pán)(IBP),與信號(hào)系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信接口設(shè)備等。
圖1 防淹門(mén)布置示意圖(單位:m)
防淹門(mén)控制系統(tǒng)設(shè)在防淹門(mén)控制室內(nèi),負(fù)責(zé)對(duì)管轄的左、右線隧道防淹門(mén)及其附屬設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,對(duì)水位傳感器傳遞的水位信號(hào)進(jìn)行比較和確認(rèn),并根據(jù)確認(rèn)結(jié)果將相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)送到車(chē)站控制室IBP及綜合監(jiān)控系統(tǒng)。
防淹門(mén)的控制系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)作為控制核心設(shè)備,在區(qū)間水泵房?jī)?nèi)設(shè)置2個(gè)液位傳感器采集水位信息。當(dāng)隧道開(kāi)始積水時(shí),控制系統(tǒng)發(fā)出預(yù)報(bào)警信號(hào),并驅(qū)動(dòng)電鈴;當(dāng)隧道區(qū)間水位達(dá)到危害行車(chē)安全的高度時(shí),控制系統(tǒng)發(fā)出危險(xiǎn)報(bào)警信號(hào),同時(shí)驅(qū)動(dòng)警笛報(bào)警。需要進(jìn)行防淹門(mén)關(guān)門(mén)控制時(shí),向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出“請(qǐng)求關(guān)門(mén)”信號(hào),當(dāng)接收到“允許關(guān)門(mén)”信號(hào)后,才可以通過(guò)人工下達(dá)關(guān)門(mén)指令。防淹門(mén)控制系統(tǒng)收到“允許關(guān)門(mén)”信號(hào)后,由人工操作關(guān)閉防淹門(mén)。
每道防淹門(mén)設(shè)1個(gè)現(xiàn)地控制箱,可對(duì)閘門(mén)進(jìn)行現(xiàn)地控制,同時(shí),通過(guò)車(chē)站控制室IBP可對(duì)閘門(mén)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,每一道閘門(mén)的控制方式均設(shè)有車(chē)站控制室遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)地控制2種方式。每一個(gè)現(xiàn)地控制單元配置1個(gè)控制方式選擇開(kāi)關(guān),選擇開(kāi)關(guān)設(shè)有現(xiàn)地手動(dòng)、現(xiàn)地檢修、遠(yuǎn)程控制3個(gè)位置,實(shí)現(xiàn)控制方式的選擇和現(xiàn)地操作閉鎖。
(1)現(xiàn)地控制。當(dāng)開(kāi)關(guān)置于現(xiàn)地手動(dòng)時(shí),操作人員只能在現(xiàn)地手動(dòng)操作,即通過(guò)控制箱上的閘門(mén)啟、閉、停3個(gè)操作按鈕,控制防淹門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉、鎖定的投退。當(dāng)開(kāi)關(guān)置于現(xiàn)地檢修位置時(shí),可以通過(guò)現(xiàn)地控制箱控制門(mén)體,實(shí)現(xiàn)防淹門(mén)的檢修。檢修手動(dòng)控制只用于防淹門(mén)的調(diào)試、檢修,不能用于正常的防淹門(mén)運(yùn)行控制。
(2)遠(yuǎn)程控制。當(dāng)開(kāi)關(guān)置于遠(yuǎn)程控制時(shí),防淹門(mén)由車(chē)站控制室IBP進(jìn)行遠(yuǎn)程控制(圖2)。
(3)緊急控制。當(dāng)車(chē)站IBP接收不到信號(hào)系統(tǒng)的同意關(guān)門(mén)信號(hào)時(shí),可通過(guò)人工確認(rèn)(行車(chē)調(diào)度用電話通知值班人員同意關(guān)門(mén)),操作帶鎖的關(guān)門(mén)按鈕后,完成防淹門(mén)的關(guān)閉。緊急控制可以在車(chē)站控制室IBP上操作,也可在防淹門(mén)控制室現(xiàn)地控制箱上操作。
3.3.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控
遠(yuǎn)程監(jiān)控主要完成對(duì)防淹門(mén)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和隧道內(nèi)水位的監(jiān)測(cè),同時(shí)接收其他系統(tǒng)(如信號(hào)系統(tǒng))相關(guān)信息,根據(jù)不同需要,通過(guò)車(chē)站控制室IBP將關(guān)閉或開(kāi)啟防淹門(mén)等相關(guān)控制命令下發(fā)至現(xiàn)地控制單元的PLC,實(shí)現(xiàn)防淹門(mén)的遠(yuǎn)程控制。主要功能如下。
圖2 防淹門(mén)IBP盤(pán)布置圖
(1)顯示防淹門(mén)運(yùn)行狀態(tài)和現(xiàn)地設(shè)備運(yùn)行的有關(guān)狀態(tài);顯示各防淹門(mén)的工作狀態(tài);實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位等。
(2)聲光報(bào)警信號(hào)。
(3)通過(guò)車(chē)站控制室IBP下發(fā)關(guān)閉或開(kāi)啟防淹門(mén)等命令至現(xiàn)地控制單元,遠(yuǎn)程手動(dòng)控制防淹門(mén)的關(guān)閉或開(kāi)啟。
(4)接口及通信功能。
3.3.2 現(xiàn)地控制
防淹門(mén)現(xiàn)地控制單元由隧道水位檢測(cè)單元、PLC、電機(jī)控制器、顯示單元和機(jī)柜等組成。其主要功能如下。
(1)數(shù)據(jù)采集和處理?,F(xiàn)地控制單元實(shí)時(shí)采集區(qū)間隧道水位信息,與預(yù)先設(shè)定的水位標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比,自動(dòng)生成隧道水位報(bào)警信號(hào),并向車(chē)站控制室IBP和綜合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出水位報(bào)警信息。
(2)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視和故障報(bào)警。顯示隧道內(nèi)水位狀況、防淹門(mén)狀態(tài)(開(kāi)啟、關(guān)閉)等信息,并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)防淹門(mén)的運(yùn)行狀況,自動(dòng)診斷故障,在防淹門(mén)設(shè)備運(yùn)行發(fā)生異常時(shí),可自動(dòng)報(bào)警并進(jìn)行相應(yīng)安全處理。
(3)防淹門(mén)關(guān)閉及開(kāi)啟控制。在現(xiàn)地控制單元上手動(dòng)發(fā)出關(guān)閉或開(kāi)啟控制命令,通過(guò)輸入輸出接口單元接收防淹門(mén)關(guān)閉或開(kāi)啟要求和相關(guān)控制命令,控制防淹門(mén)的關(guān)閉或開(kāi)啟。
(4)實(shí)現(xiàn)防淹門(mén)現(xiàn)地控制、遠(yuǎn)程控制的權(quán)限轉(zhuǎn)換。
(5)防淹門(mén)現(xiàn)地控制單元通過(guò)輸入輸出接口、通信接口實(shí)現(xiàn)與車(chē)站控制室IBP、綜合監(jiān)控系統(tǒng)等的通信功能。
3.3.3 其他功能
(1)防淹門(mén)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視。
(2)控制回路具有短路等保護(hù)功能,實(shí)現(xiàn)各操作方式之間的互鎖,系統(tǒng)控制電路出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
(3)與信號(hào)系統(tǒng)的接口控制功能。
根據(jù)上述要求,防淹門(mén)需要在車(chē)站控制室進(jìn)行遠(yuǎn)程操作,其防淹門(mén)與車(chē)站控制室IBP之間的接口采用繼電接口電路,采用JWXC-1700安全型無(wú)極繼電器,控制電源為直流24 V??刂圃砣鐖D3所示。
由于18號(hào)線防淹門(mén)距離車(chē)站控制室距離較遠(yuǎn),分別為4 800 m和4 600 m,在國(guó)內(nèi)尚無(wú)超過(guò)2 km遠(yuǎn)距離對(duì)防淹門(mén)成功控制的先例。因此,若采用繼電電路硬線控制可能存在距離遠(yuǎn)壓降問(wèn)題,若采用其他方式又無(wú)成功的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒,需要進(jìn)一步研究確定工程實(shí)施方案。
結(jié)合本工程的實(shí)際情況以及防淹門(mén)傳統(tǒng)控制方式,有以下2種解決方案。
方案1:采用傳統(tǒng)的繼電電路+電纜方式進(jìn)行控制。該控制方案技術(shù)成熟、可靠,作為傳統(tǒng)的控制方式長(zhǎng)期使用。但本項(xiàng)目由于防淹門(mén)距離車(chē)站較遠(yuǎn),線間壓降損耗較大,缺乏遠(yuǎn)距離控制的成功案例,存在繼電器不能吸起的風(fēng)險(xiǎn)。
方案2:采用電纜+光纖傳輸方式進(jìn)行控制。該方案在區(qū)間采用光纖進(jìn)行傳輸,在防淹門(mén)控制室和車(chē)站設(shè)備室通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào),再與繼電電路連接,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。該方案能夠解決遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯?wèn)題,但需在兩端設(shè)備室增加光電轉(zhuǎn)換器,在國(guó)內(nèi)尚無(wú)成功應(yīng)用的先例,存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
對(duì)于方案2,技術(shù)上可行,但缺乏應(yīng)用先例,并且增加了兩端的光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),故障點(diǎn)增加,增大了維護(hù)工作量。若方案1能夠成功實(shí)現(xiàn)控制,一般情況下不推薦采用方案2,因此,本文重點(diǎn)對(duì)方案1進(jìn)行研究,其電路工作原理圖如圖4所示。
假設(shè)電纜線路電阻為R,線路壓降UR,繼電器兩端電壓為UJ,繼電器電阻為RJ,電路中電流為I,控制回路電壓為U,則:
圖3 防淹門(mén)系統(tǒng)IBP遠(yuǎn)程控制電路圖
圖4 繼電器控制電路原理圖
已知控制電壓U為24 V,JWXC-1700安全型繼電器的電阻RJ為1 700 Ω,繼電器吸起門(mén)限電壓值UJ為18.4 V。根據(jù)上述公式,可計(jì)算出回路中電流I、電阻R分別為:
假設(shè)控制電纜芯線截面積為S,控制回路長(zhǎng)度為L(zhǎng),銅芯電纜電阻率為ρ(17.2 Ω·mm2/ km),則芯線截面積與控制回路芯線長(zhǎng)度之間的邏輯關(guān)系如下:
S=ρ×L/R;已知常規(guī)信號(hào)電纜截面積為1.0 mm2、1.5 mm2、2.0 mm2、2.5 mm2,計(jì)算結(jié)果如表1所示。
由于該繼電電路為安全電路,采用雙斷電路設(shè)計(jì),因此,該控制回路長(zhǎng)度為實(shí)際電纜長(zhǎng)度的4倍。根據(jù)表1可以看出,理論上采用1.0 mm2以上的芯線截面積均能滿足防淹門(mén)遠(yuǎn)程控制需求,考慮到本工程處在25 kV交流牽引電磁環(huán)境下,對(duì)電纜壓降有一定影響,結(jié)合工程經(jīng)濟(jì)性考慮,建議采用截面積1.5 mm2的芯線實(shí)施。
表1 JWXC-1700安全型繼電器控制距離計(jì)算表
若采用截面積1.5 mm2的芯線,根據(jù)公式初步計(jì)算繼電器兩端的電壓為21.25 V,滿足繼電器門(mén)限電壓18.4 V要求。
根據(jù)以上分析,方案1從理論上計(jì)算能滿足要求,最終確定本工程防淹門(mén)遠(yuǎn)程控制電纜采用截面積1.5 mm2的芯線,考慮為交流牽引電磁環(huán)境,采用鋁護(hù)套電纜。
目前,防淹門(mén)遠(yuǎn)程控制電纜已經(jīng)實(shí)施完成,在接口測(cè)試時(shí),現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得防淹門(mén)關(guān)門(mén)繼電器兩端電壓為21 V,考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、電纜實(shí)際等因素,實(shí)際電壓值與理論計(jì)算值基本一致,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)接口調(diào)試,各項(xiàng)功能滿足要求。
近年來(lái)隨著城市化進(jìn)程的加速,各城市正在加速建設(shè)至周邊城鎮(zhèn)的市域快線,著力打造城鎮(zhèn)協(xié)同發(fā)展,因此,類似成都市軌道交通18號(hào)線涉及長(zhǎng)大區(qū)間的線路較多,特別是涉及跨越江河湖泊的區(qū)間需要設(shè)置防淹門(mén),長(zhǎng)大地下區(qū)間需設(shè)置多個(gè)中間風(fēng)井等附屬設(shè)施,必須由車(chē)站遠(yuǎn)程控制時(shí),可參照本文的計(jì)算原則并結(jié)合具體工程實(shí)際情況使用。在涉及特別長(zhǎng)大區(qū)間的遠(yuǎn)程控制時(shí),可采用性價(jià)比較高的光纖傳輸方式實(shí)現(xiàn),也可以在招標(biāo)設(shè)計(jì)階段采用直流24~60 V可調(diào)電源,提高輸入端電壓等方式解決。