成都市軌道交通 18號線長大區間防淹門遠程控制方案研究

（中電建成都建設投資有限公司，四川成都 610212）

1 概述

成都市軌道交通18號線一、二期工程線路全長69.39 km，共設車站13座。其中18號線一期工程世紀城站—海昌路區間隧道下穿錦江河流，根據規范要求，在世紀城站—海昌路區間錦江河流兩側分別設置4樘防淹門，為便于土建實施，防淹門分別結合1#、2#風井設置，其中1#風井側的2樘防淹門距離世紀城站為4 800 m，2#風井側的2樘防淹門距離海昌路站距離為4 600 m，如圖1所示。

2 防淹門的功能及構成

2.1 防淹門的功能

防淹門是為防止因突發事故導致隧道內河水涌進地鐵車站而造成事故進一步擴大，在城市軌道交通過江河湖泊段兩端的地鐵車站端部與隧道接口處或區間內設置防淹閘門（以下簡稱“防淹門”），以便發生事故時能緊急關閉閘門，封閉經過江河湖泊的隧道，保護其余隧道和地鐵車站人員和設備的安全。正常情況下，防淹門應打開并可靠鎖定，不影響行車安全；在緊急情況下，經信號系統、車站管理員確認災害并發出關閉防淹門指令后，防淹門才能夠緊急關閉并鎖閉到位。

2.2 防淹門的構成

防淹門系統由機械裝置和控制系統兩大部分組成。防淹門系統的機械裝置包括門葉、門槽埋件、啟閉機、鎖定裝置等。門扇采用平面滑動鋼閘門，啟閉機采用雙吊點固定卷揚式啟閉機，鎖定裝置通過電動操作機構實現閘門的鎖定和解鎖。防淹門控制系統是指對安裝于車站的防淹門系統的機械設備進行監視和控制的設備系統，包括區間隧道內水位參數的檢測裝置，現地控制箱，車站控制室綜合后備盤（IBP），與信號系統、綜合監控系統之間的通信接口設備等。

3 防淹門控制

3.1 控制原理

圖1 防淹門布置示意圖（單位：m）

防淹門控制系統設在防淹門控制室內，負責對管轄的左、右線隧道防淹門及其附屬設備運行狀態進行監視，對水位傳感器傳遞的水位信號進行比較和確認，并根據確認結果將相應的報警信號送到車站控制室IBP及綜合監控系統。

防淹門的控制系統采用可編程控制器（PLC）作為控制核心設備，在區間水泵房內設置2個液位傳感器采集水位信息。當隧道開始積水時，控制系統發出預報警信號，并驅動電鈴；當隧道區間水位達到危害行車安全的高度時，控制系統發出危險報警信號，同時驅動警笛報警。需要進行防淹門關門控制時，向信號系統發出“請求關門”信號，當接收到“允許關門”信號后，才可以通過人工下達關門指令。防淹門控制系統收到“允許關門”信號后，由人工操作關閉防淹門。

3.2 控制方式

每道防淹門設1個現地控制箱，可對閘門進行現地控制，同時，通過車站控制室IBP可對閘門進行遠程控制，每一道閘門的控制方式均設有車站控制室遠程控制和現地控制2種方式。每一個現地控制單元配置1個控制方式選擇開關，選擇開關設有現地手動、現地檢修、遠程控制3個位置，實現控制方式的選擇和現地操作閉鎖。

（1）現地控制。當開關置于現地手動時，操作人員只能在現地手動操作，即通過控制箱上的閘門啟、閉、停3個操作按鈕，控制防淹門的開啟和關閉、鎖定的投退。當開關置于現地檢修位置時，可以通過現地控制箱控制門體，實現防淹門的檢修。檢修手動控制只用于防淹門的調試、檢修，不能用于正常的防淹門運行控制。

（2）遠程控制。當開關置于遠程控制時，防淹門由車站控制室IBP進行遠程控制（圖2）。

（3）緊急控制。當車站IBP接收不到信號系統的同意關門信號時，可通過人工確認（行車調度用電話通知值班人員同意關門），操作帶鎖的關門按鈕后，完成防淹門的關閉。緊急控制可以在車站控制室IBP上操作，也可在防淹門控制室現地控制箱上操作。

3.3 控制功能

3.3.1 遠程監控

遠程監控主要完成對防淹門的遠程監控和隧道內水位的監測，同時接收其他系統（如信號系統）相關信息，根據不同需要，通過車站控制室IBP將關閉或開啟防淹門等相關控制命令下發至現地控制單元的PLC，實現防淹門的遠程控制。主要功能如下。

圖2 防淹門IBP盤布置圖

（1）顯示防淹門運行狀態和現地設備運行的有關狀態；顯示各防淹門的工作狀態；實時監測水位等。

（2）聲光報警信號。

（3）通過車站控制室IBP下發關閉或開啟防淹門等命令至現地控制單元，遠程手動控制防淹門的關閉或開啟。

（4）接口及通信功能。

3.3.2 現地控制

防淹門現地控制單元由隧道水位檢測單元、PLC、電機控制器、顯示單元和機柜等組成。其主要功能如下。

（1）數據采集和處理?，F地控制單元實時采集區間隧道水位信息，與預先設定的水位標準參數進行對比，自動生成隧道水位報警信號，并向車站控制室IBP和綜合監控系統發出水位報警信息。

（2）運行狀態監視和故障報警。顯示隧道內水位狀況、防淹門狀態（開啟、關閉）等信息，并實時監測防淹門的運行狀況，自動診斷故障，在防淹門設備運行發生異常時，可自動報警并進行相應安全處理。

（3）防淹門關閉及開啟控制。在現地控制單元上手動發出關閉或開啟控制命令，通過輸入輸出接口單元接收防淹門關閉或開啟要求和相關控制命令，控制防淹門的關閉或開啟。

（4）實現防淹門現地控制、遠程控制的權限轉換。

（5）防淹門現地控制單元通過輸入輸出接口、通信接口實現與車站控制室IBP、綜合監控系統等的通信功能。

3.3.3 其他功能

（1）防淹門系統設備運行狀態監視。

（2）控制回路具有短路等保護功能，實現各操作方式之間的互鎖，系統控制電路出現故障時發出報警信號。

（3）與信號系統的接口控制功能。

4 防淹門遠程控制方案

4.1 接口控制原理

根據上述要求，防淹門需要在車站控制室進行遠程操作，其防淹門與車站控制室IBP之間的接口采用繼電接口電路，采用JWXC-1700安全型無極繼電器，控制電源為直流24 V?？刂圃砣鐖D3所示。

4.2 存在問題

由于18號線防淹門距離車站控制室距離較遠，分別為4 800 m和4 600 m，在國內尚無超過2 km遠距離對防淹門成功控制的先例。因此，若采用繼電電路硬線控制可能存在距離遠壓降問題，若采用其他方式又無成功的經驗可以借鑒，需要進一步研究確定工程實施方案。

4.3 解決方案

結合本工程的實際情況以及防淹門傳統控制方式，有以下2種解決方案。

方案1：采用傳統的繼電電路+電纜方式進行控制。該控制方案技術成熟、可靠，作為傳統的控制方式長期使用。但本項目由于防淹門距離車站較遠，線間壓降損耗較大，缺乏遠距離控制的成功案例，存在繼電器不能吸起的風險。

方案2：采用電纜+光纖傳輸方式進行控制。該方案在區間采用光纖進行傳輸，在防淹門控制室和車站設備室通過光電轉換器將光信號轉化成電信號，再與繼電電路連接，實現遠程控制功能。該方案能夠解決遠距離傳輸的問題，但需在兩端設備室增加光電轉換器，在國內尚無成功應用的先例，存在技術風險。

4.4 研究分析

對于方案2，技術上可行，但缺乏應用先例，并且增加了兩端的光電轉換環節，故障點增加，增大了維護工作量。若方案1能夠成功實現控制，一般情況下不推薦采用方案2，因此，本文重點對方案1進行研究，其電路工作原理圖如圖4所示。

假設電纜線路電阻為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 防淹門系統IBP遠程控制電路圖

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，繼電器吸起門限電壓值UJ為18.4 V。根據上述公式，可計算出回路中電流I、電阻R分別為：

假設控制電纜芯線截面積為S，控制回路長度為L，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度之間的邏輯關系如下：

S=ρ×L/R；已知常規信號電纜截面積為1.0 mm2、1.5 mm2、2.0 mm2、2.5 mm2，計算結果如表1所示。

由于該繼電電路為安全電路，采用雙斷電路設計，因此，該控制回路長度為實際電纜長度的4倍。根據表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遠程控制需求，考慮到本工程處在25 kV交流牽引電磁環境下，對電纜壓降有一定影響，結合工程經濟性考慮，建議采用截面積1.5 mm2的芯線實施。

表1 JWXC-1700安全型繼電器控制距離計算表

若采用截面積1.5 mm2的芯線，根據公式初步計算繼電器兩端的電壓為21.25 V，滿足繼電器門限電壓18.4 V要求。

根據以上分析，方案1從理論上計算能滿足要求，最終確定本工程防淹門遠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境，采用鋁護套電纜。

4.5 測試驗證

目前，防淹門遠程控制電纜已經實施完成，在接口測試時，現場測得防淹門關門繼電器兩端電壓為21 V，考慮現場環境、電纜實際等因素，實際電壓值與理論計算值基本一致，經現場接口調試，各項功能滿足要求。

5 結束語

近年來隨著城市化進程的加速，各城市正在加速建設至周邊城鎮的市域快線，著力打造城鎮協同發展，因此，類似成都市軌道交通18號線涉及長大區間的線路較多，特別是涉及跨越江河湖泊的區間需要設置防淹門，長大地下區間需設置多個中間風井等附屬設施，必須由車站遠程控制時，可參照本文的計算原則并結合具體工程實際情況使用。在涉及特別長大區間的遠程控制時，可采用性價比較高的光纖傳輸方式實現，也可以在招標設計階段采用直流24～60 V可調電源，提高輸入端電壓等方式解決。