王 林

(中铁第四勘察设计院集团有限公司电化处，武汉 430063)

牵引变电安全监控系统优化研究

王 林

(中铁第四勘察设计院集团有限公司电化处，武汉 430063)

牵引变电安全监控系统发展近10年，但并不完善。在分析安全监控系统存在问题现状的基础上，按照国家和铁路行业相关规范，并吸取电力行业的先进经验，对牵引变电安全监控系统方案进行优化研究，着力解决设计、施工中遇到的实际问题。采用火灾报警控制器监控火灾信息及消防设施，并实现与综自系统环境监控装置通信接口。优化后的系统架构合理，子系统接口清晰，且易于扩展，能实现对安防、环境、火灾信息及消防设施状态的全面监视。

牵引变电；安全监控系统；优化

随着牵引供电自动化技术的日益发展，牵引变电所已广泛采用无人值班有人值守的管理模式，开闭所、分区所、AT所已实现无人值班无人值守，这就需要在传统牵引变电所综合自动化系统实现“四遥”功能的基础上，同时使铁路运营维护人员能够及时掌握所亭现场的设备及运行环境状况，对其进行实时监视和控制，以便及时发现设备异常、制止盗窃等违法行为，尽早控制火灾事故的蔓延，安全监控系统应运而生[1]。

目前，除《铁路供电调度系统设计规范》(TB 10017—2008)对牵引变电安全监控系统的监控对象、主要功能及配置原则有部分规定外，铁路行业尚无专门配套的施工规范、验收规范、运营管理规程及安全监控系统技术规范[2]。

电力行业虽无安全监控系统的专门规范，但在电力系统变电站内设置有功能类似的图像监视及安全警卫系统、火灾自动报警系统。国家电网公司在《国家电网公司输变电工程典型设计110/220 kV变电站二次系统部分》[3-4]中对图像监视及安全警卫系统、火灾自动报警系统的主要技术原则以及技术条件做了详细的规定；广东电网制定的企业标准《广东电网变电站视频及环境监控系统技术规范》详细规定了变电站视频及环境监控系统的监控对象、技术指标及功能要求。

因此，有必要在国家和铁路行业相关规范的基础上，吸取电力行业的先进经验，对牵引变电安全监控系统进行优化研究。

1 安全监控系统相关标准体系

1.1 安全监控系统的构成

牵引变电安全监控系统实质是一个综合性的监控系统，集成了安防系统、环境监控系统以及火灾自动报警系统中的火灾探测报警子系统。各子系统之间的关系如图1所示。

图1 安全监控各子系统关系示意

牵引变电安全监控系统设计时，除遵循《铁路供电调度系统设计规范》外，仍需满足国家标准中对视频安防监控系统、入侵报警系统、火灾自动报警系统的要求。

1.2 安全防范系统相关规范及图集(表1)

表1 安全防范系统相关规范及图集

序号1～4为安防系统应遵循的设计规范，序号5～6涵盖安防系统主要设备的图形符号及设备安装工艺要求。序号7～8是安全监控系统设备制造应遵循的技术条件。

1.3 火灾自动报警系统相关规范及图集(表2)

序号1～4为牵引变电防火及火灾自动报警应遵循的设计规范，序号5～7涵盖火灾报警及消防联动控制主要设备的安装工艺要求及联动控制的功能要求。序号8～11是火灾自动报警系统设备制造应遵循的技术条件。

1.4 环境监控系统相关规范(表3)

国家标准体系中无对环境监控系统的相关规范要求，广东电网公司企业规范中相关要求可作为设计参考。

表2 火灾自动报警系统相关规范及图集

表3 环境监控系统相关规范

2 安全监控系统存在的问题

2.1 铁路行业相关规范的缺失

铁路牵引变电设计、施工人员及设备制造商开展牵引变电安全监控系统设计、制造、施工时，由于牵引变电安全监控系统施工/验收规范的缺失造成环监、安防、火警前端设备安装及系统布线随意，投运时间不长就发生设备损坏、频繁误报警等现象。运营管理规程的缺失造成安监系统发现的问题得不到及时的处理，对于系统误报采取简单关闭报警信息的方式，带来很大的安全隐患[5]。技术规范的缺失造成不同工程、不同厂家设备功能不尽相同，系统性能指标差异明显，与综合视频监控、消防联动控制等系统很难实现信息共享及联动的功能。

2.2 安全监控系统设计中存在的问题

2.2.1 专业接口问题

(1)与综合视频监控系统的接口问题

客运专线安全监控系统中的视频监控纳入综合视频监控系统，由通信专业设计。通信专业摄像头选型及布点不尽合理，设备运行状况无法清晰反映，同时安防范围内可能存在死角。视频监控系统与安全监控系统的灯光控制及防盗、火灾报警并未实现联动功能。

(2)与气体灭火控制系统的接口问题

牵引变电所气体灭火装置、防火阀、轴流风机、压力释放阀由暖通专业设计，相关控制由变电专业完成。目前，牵引变电所气体灭火控制系统一般在控制室设专用的火灾探测器，在防护区外设置气体灭火控制器，用于启动控制室出入口的声光报警、放气指示及气体灭火装置。气体灭火控制系统与安全监控系统相互独立、自成系统，消防设施状态并未纳入监视，不满足《35～110 kV变电站设计规范》5.0.9条明确要求消防控制室应与变电站控制室合并设置，《火灾自动报警设计规范》6.3节对消防控制室的要求能控制显示消防设备状态的相关要求。

2.2.2 设备选型问题

近年来高速、城际铁路的迅猛发展，部分牵引变电所受规划、征地等因素影响不得不采用全户内布置方案，出现了牵引变压器户内布置、电缆夹层、竖井等广泛应用的特殊布置形式，传统的点型感温、感烟火灾探测器不满足《火力发电厂与变电站设计防火规范》等的对不同部位火灾探测器选型的要求。

近期建成的个别枢纽牵引变电所(如京广高速铁路广州南、郑州东牵引变电所)除承担为多条线路的牵引供电外，还与电力配电所合建，按国家电网公司《供电劳动定员标准》来看也属于大型变电站，其火灾探测器数量特别巨大，现在的环境监控装置已无法提供足够的开入接口。设计时，只能采取多个分线制火灾探测器，采用并接方式开入，由此造成一旦发生火灾将无法精确定位。

2.3 安全监控系统施工中存在的问题

入侵报警设备安装不合理：围墙四角的激光对射探测器户外安装不合理，造成探测器由于受到雨淋进水损坏。双鉴门禁探测器及玻璃破碎探测器因安装位置不合理，容易造成误动和拒动。

2.4 安全监控系统设备制造中存在的问题

安全监控系统设备制造商并未实时追踪安防、火灾报警、消防联动控制技术的发展。目前，安全监控系统制造商一般设有环境安全监控装置/报警处理器，用于对安防、环境、火灾信息进行采集和处理，并用于实现对室内外照明、切断空调、轴流风机及非消防电源等联动控制功能。从装置功能配置来看应同时满足《防盗报警控制器通用技术条件》和《火灾报警控制器》的相关技术条件。

目前，火灾自动报警系统已采用信号二总线技术，为适应大规模系统的需要，分线制火灾探测器已逐步由总线制火灾探测器替代。

然而，安全监控系统制造商大多采用开发综自系统通用测控装置的方式来开发该装置，将环境、安防及火灾信息按类似于开关设备四遥量进行处理，火灾探测器仍选用分线制火灾探测器；采用该装置切除轴流风机、空调等设备电源，一旦有火灾报警信号，就会切除相应的电源。该功能实际不满足《火灾自动报警设计规范》以及《35～110 kV变电站设计规范》5.0.8节的相关控制功能要求：1)火灾联动控制：需要接收来自火灾探测器和/或手动火灾报警按钮的1个以上火灾报警信号才发出控制输出。当接收第一个火灾报警信号后，在收到后续火灾报警信号前，控制器应进入火灾报警状态。

3 安全监控系统优化方案

3.1 设计施工应遵循的标准

牵引变电安全监控系统设计过程中，除遵循《铁路供电调度系统设计规范》外，还应遵循前述国家与安全监控系统相关的标准。牵引变电安全监控施工过程中，施工工艺应严格执行《安全防范系统设计与安装》、《火灾报警及消防控制》等国标图集的相关要求。

3.2 图像监视前端设备的选型及设置

摄像机的安装应考虑与牵引所亭照明系统的配合，以达到在光线较弱时和夜晚最好的观察效果。摄像机宜采用低照度摄像机，其设置的高度，室内距地面不宜低于2.5 m；室外距地面不宜低于3.5 m。

图像监视前端设备建议按以下方案配置：控制室设置中速球形一体化摄像机，吸顶或墙壁安装，数量一般为1个，用于监视记录控制室内的工作情况。高压室设置中速球形一体化摄像机，吸顶或墙壁安装，数量一般为2个，用于监视记录高压室内的工作情况。电容器、电抗器室设置中速球形一体化摄像机，吸顶或墙壁安装，数量一般为1个，用于监视记录电容器室内的电容的运行情况。电缆夹层设置中速球形一体化摄像机，墙壁安装，数量一般为1个，用于监视记录电缆夹层电缆的运行情况。户外220 kV/110 kV侧配电装置设置室外快速球形摄像机或枪形摄像机，支柱上安装，数量一般为1个，用于监视记录进线侧设备运行情况。户外27.5 kV侧配电装置设置室外快速球形摄像机或枪形摄像机，支柱上安装，数量一般为1个，用于监视记录馈线侧设备运行情况。控制室楼顶设置室外快速球形摄像机，数量一般为1个，用于监视所亭全貌。

3.3 入侵检测前端设备的选型及设置

牵引所亭四周设置2.5 m高的实体围墙，属于规则的外周界，一般选用主动式红外入侵探测器或激光式探测器，于围墙四角成对安装，数量一般为4对。激光探测器能量集中，比红外光穿透力强，更能适应雨雾霜雪沙尘等天气和抗光干扰。

牵引所亭控制室设防火窗，属于建筑物内非正常出口，一般选用室内用被动式玻璃破碎探测器，于窗户正对面的吊顶上安装，数量一般为2个。

在控制室、高压室设防火门，属于建筑物内人员正常出口，为减少误报，一般选用微波和被动红外复合入侵探测器，于门正上方安装(距地2.2 m左右，透镜法线与入侵方向成135°)，数量一般与门数量一致。

3.4 火灾探测器的选型及设置

在控制室、通信室、高压室、电容器室、所用变室、电缆夹层根据火灾的特点选择火灾探测器，用于火灾报警。控制室、通信室、高压室、电容器室，一般选用离子感烟火灾探测器；变压器室、电缆夹层，一般选用缆式线型感温火灾探测器。

3.5 环境监测设备的设置

控制室设置温湿度传感器，数量一般为1个，用于监测录控制室内的温度、湿度情况。

控制室楼顶设置风速传感器，数量一般为1个，用于监测高压场地风力情况。

在电缆沟每隔80 m左右布置1个水浸探测器，电缆夹层的不同方向入口布置水浸探测器，用于检测电缆沟、电缆夹层的积水情况。

3.6安全监控系统中火灾自动报警子系统的设置级别及相关措施

牵引所亭房屋为一个防火分区，按《铁路防火设计规范》其火灾危险性属于丙类，按《火灾自动报警设计规范》属于二级保护对象，其火灾报警系统宜按区域报警系统设计。应设置火灾报警控制器(联动型)，火灾报警控制器置于控制室(兼消防控制室)内，不设置火灾应急广播，设置火灾警报装置，不设消防专用电话。

3.7 安全监控系统架构设计

文献[6-8]对安全监控系统方案进行了探讨，但尚未完全解决安全监控系统存在的问题。鉴于目前安全监控系统环境安全监控装置/报警处理器产品现状，同时参照国家电网公司图像监视及安全警卫系统、火灾自动报警系统相对独立的典型做法：在牵引变电所亭设置火灾报警控制器，由火灾报警控制器实现对所亭火灾信息的全面监测，牵引变电所火灾报警控制器(控制室内)与气体灭火控制器(气体防护区外)可方便实现对所内消防设施的监控，同时很方便实现相关的消防联动功能。火灾报警控制器与综自系统接口，实现火灾信息上传至电调的要求。火灾探测报警子系统及其消防联动控制系统构成详见图2、图3。

图2 火灾探测报警子系统构成

图3 火灾探测报警及消防联动控制系统

客运专线/城际铁路牵引所亭安防信息由环境安全监控装置/报警处理器采集，并与综自系统接口，实现安防信息上传至电调的要求。

普速铁路牵引所亭视频及安防信息由硬盘录像机(DVR)采集，并利用独立的视频及安全监控传输通道上传至调度所。

图4所示为客运专线/城际铁路牵引所亭安防子系统的构成。

图4 客运专线/城际铁路安防子系统构成

3.8 安全监控系统与相关系统的联动功能设计

3.8.1 与综合视频监控系统的联动功能

安全监控系统检测出安防或火灾告警后，定位告警发生位置，综合视频监控系统控制对应摄像机云台转动，在调度台视频终端显示告警点的图像信息。

综合视频监控系统监测点照度不够时，可通过安全监控系统的室内外照明远程控制功能，打开相应照明灯具进行补光。

3.8.2 与气体灭火控制系统的联动功能

安全监控系统与气体灭火控制系统联动流程如图5所示。

图5 安全监控系统与气体灭火控制系统联动流程

在自动控制方式下，触发信号后，应启动设置在该保护区内的火灾声、光报警器；在接收到第2个触发信号后，应发出联动控制信号，执行相关联动操作。

3.9 安全监控系统的供电方案

安防系统宜采用两路独立电源供电，并在末端自动切换；宜采用集中供电方式，采用TN-S制式。火灾探测报警与灭火系统、火灾应急照明应按Ⅱ类负荷供电。消防用电设备采用双电源或双回路供电时，应在最末一级配电箱处自动切换。

考虑到牵引所亭设置27.5 kV、10 kV两台所用变压器，交流屏从所用变低压侧引入两路独立的电源，运行方式一主一备，设置电源自动投入装置，投切时间在3～5 s，满足《建筑防火设计规范》备用电源30 s投入的要求。由交流屏提供一路安防、消防专用电源。牵引变电所火灾报警控制器配置备用蓄电池，蓄电池容量保证交流电源中断后，工作3 h。

3.10 防雷与接地方案

建筑物内的安全防范系统，其防雷设计应采用等电位连接与共用接地系统的设计原则，并满足《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343)的要求。安全防范系统的电源线、信号线经过不同防雷区的界面处，宜安装电涌保护器；置于室外的报警信号线输入和输出端口宜设置信号线路浪涌保护器。

火灾自动报警系统的电气和电子设备的金属外壳、机柜、机架、金属管、槽、浪涌保护器接地端均应以最短的距离与等电位连接网络的接地端子连接。

4 结论

本文提出的将安全监控系统中安防及环境监测子系统与火灾探测报警子系统相对独立设置的系统架构，能实现对所亭火灾信息及消防设施状态的全面监视，与变电所气体灭火控制系统接口清晰(无需额外设置专用火灾探测器)，并便于扩充更为复杂的消防联动控制功能(如消防水泵、强排风等系统)。

随着安防系统及火灾自动报警系统技术进一步发展，现阶段的前端设备可能被性能更加优良的设备所取代，新的国标图集必将用于指导安防系统及火灾自动报警系统的施工，而合理的安全监控系统架构必将长期有效。

[1] 单圣熊，李汉卿，苏鹏程，等.《铁路电力牵引供电设计规范》(TB10009—2005)简介[J].铁道标准设计，2006(3)：83-87．

[2] 李熙光.牵引变电所运行环境安全监控系统构建探讨[J].电气化铁道，2012(5)：4-7．

[3] 刘振亚.国家电网公司输变电工程典型设计110 kV变电站二次系统部分[M].北京：中国电力出版社，2008.

[4] 刘振亚.国家电网公司输变电工程典型设计220 kV变电站二次系统部分[M].北京：中国电力出版社，2007:40-43，190-200．

[5] 邵成，陈波，张忠杰.牵引变电所安全监控系统的安全可靠性探讨[J].铁道标准设计，2011(7)：115-119．

[6] 王哲，贾浩，查勇伟.电气化铁道牵引变电所安全监控系统方案[J].电气化铁道，2009(6)：13-15．

[7] 姜春林.高速电气化铁路牵引供电安全监控系统方案研究[J].电力自动化设备，2001(9)：18-21．

[8] 李景坤.牵引变电所安全视频监控系统方案[J].甘肃科技，2011(7)：77-79．

Optimization of Safety Monitoring System for Traction Power Supply

Wang Lin

(China Railway Siyuan Survey and Design Group. Co.， Ltd.， Wuhan 430063，China)

The safety monitoring system for traction power supply has developed for nearly 10 years in China， but not yet perfected. Based on the analysis of the current problem of safety monitoring system， the compliance with the national and railway industry related codes， and the learning of the advanced experience of power supply industry， the safety monitoring system for traction power supply is studies for optimization， addressing the practical problems encountered in the process of design and construction. Fire alarm control unit is selected to monitor fire information and fire-fighting devices， and establish the interface to surroundings control system device of integrated automatic system. The optimized system architecture is reasonable and the interface between subsystems is clean and extendable， which makes it possible to monitor completely the security， environment， fire information and fire-fighting equipment．

Traction power supply; Safety monitoring system; Optimization

2014-02-14；

：2014-03-07

王 林(1983—)，男，工程师，2008年毕业于西南交通大学轨道交通电气化与自动化专业，工学硕士，E-mail：tsywanglin@126.com。

1004-2954(2014)11-0130-05

U224.9

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.11.030