分布式光纤隧道火灾监控系统项目书.doc

地铁隧道分布式光纤火灾监控系统（ 项 目 书 ）XXXXX有限公司目 录1. 隧道实行温度和火灾监控的必要性31.1. 隧道火灾的灾难性31.2. 隧道的火灾特点及报警要求32. 分布式光纤线性隧道火灾监控系统介绍42.1 测量原理42.2. 分布式光纤线性隧道火灾监控系统的技术特点52.3 分布式光纤线性隧道火灾监控系统提供的监测信息63、传感光缆及其现场安装73.1 传感光缆73.2光缆传感的现场安装84.传感系统的组成84.1 传感系统整体性能和特点94.2 传感系统主要构成95 传感系统的网络设置136. 计算机和打印机配置标准147. 安装附件14附录：实际工程应用一览表（部分工程列举）151. 隧道实行温度和火灾监控的必要性1.1. 隧道火灾的灾难性随着经济的高速发展，高速公路已日益成为社会的经济命脉，公路隧道更是其咽喉重地。大量的人员及货物夜以继日的通过它们运送到各地，其高负荷运行使其系统易损坏，任何细小的事故都将导致严重的后果。由于隧道是相对封闭的交通空间，火灾一旦发生，往往会一发不可收拾；并且由于缺乏逃生设施及救护人员，加之司机与乘客惊慌失措，很可能造成重大伤亡,它不仅会造成重大经济损失，也会造成人员的伤亡，甚至会造成隧道的永久破坏。下表是世界隧道重大火灾的列表：年份隧道名称长度(米)国家地区火灾持续时间隧道结构破坏程度1949Holland2250美国纽约240min隧道严重损坏200米1974Mont Blanc1160法国意大利15min隧道严重损坏5000米1976Crossing BP - A6430法国巴黎60min隧道严重损坏150米1979Nihonzaka2045日本Shitzuoka159hr隧道严重损坏1 100 m1980Kajiwara740日本360min隧道严重损坏280 m1982Caldecott1028美国Oakland160min隧道严重损坏580 m1999勃朗峰隧道11500法国意大利55hr混凝土穹隆全部沙化1999陶恩隧道6400奥地利240min隧道部分坍塌2001圣哥达隧道1700瑞士意大利24hr隧道顶板大块坍塌1.2. 隧道的火灾特点及报警要求发生在隧道中的火灾，多数是开放性火灾，它带有浓烟，其热辐射率为数兆瓦级，在数分钟内便可形成火灾。“隧道火灾”实例的测试显示，在大约5分钟之后，车辆火灾的温度升至大约200摄氏度。当隧道中发生严重火灾时，在最先的4分钟内，在火灾点上方的热空气层可以探测到温度每分钟上升大于50摄氏度。隧道通风将产生特定的影响，在高速气流时热幅射的升温梯度是唯一的报警相关标准。为了确保火灾报警的可靠且无误报，火灾探测系统应能记录并且上报开放式火灾的辐射区域，火灾行进方向。此外由于表面热幅射所传递的热量要比热气体的热对流交换所传递的快一些，所以火灾探测系统应能迅速探测温度变化。而最新分布式光纤线性隧道火灾监控系统完全能提供这些重要信息，精确定位火灾地点、快速上报火灾的区域和行进方向，所有这些信息将为隧道管理者采取有效地措施提供了必要的保证。2. 分布式光纤线性隧道火灾监控系统介绍由德国LIOS 公司与西门子联合研制的OTS2000/4000光纤测温系统，是新一代分布式光纤线性隧道火灾监控系统，它具有高速测量、精确定位和可以长距离测量的特点。这些新的特点，它可以快速的定位温度的突变和起火点，为管理者提供最大限度的处理时间，将火灾的损失降到最小。这种新一代的监控系统，在火灾发生前，能够真正为隧道管理者准确地提供灾前预防信息；火灾发生时，可以将火灾大小、火灾行进方向及时上报，从而大大提高隧道的安全系数，必将在隧道的安全监控领域获得广泛的应用。在全世界范围内已经有约1500套系统投入使用。2.1 测量原理光在光纤中传输时会发生拉曼散射，这种散射光的谱线和入射光比较将发生频率位移。反斯托克斯光的强度和温度有关，斯托克斯光和温度无关。LIOS公司采用的是OFDR技术对拉曼散射光进行测量和分析从而得到温度信息。OFDR 拉曼温度传感器 (OFDR ：光频域反射测量技术) 不象OTDR使用时间，而是使用频率。OFDR 在整个测量过程中检测的背光信号都是作为频率函数的复数形式，然后进行傅立叶变换。OFDR 的主要优点是激光器产生连续光波，背光信号的窄带检测，和脉冲技术相比，可以显著提高信噪比。这种技术上的优势使我们可以使用半导体激光二极管及利用电子器件进行信号处理。这也抵消了拉曼散射光测量（幅值和相位的复数测量）的难度，以及由于大量傅立叶变换运算等复数信号处理方面的难题。光纤频域反射测量技术已经发展为在光波导长度方向分辨率达几个毫米。下图显示了OFDR 拉曼温度测量系统的组成。 LIOS 温度测量系统由控制器和作为线形温度传感器的玻璃光纤（光波导）组成，而控制器由频率发生器、激光源、光器件、HF混频器、微处理单元组成。它由三个通道组成，两个测量通道(反斯托克斯和斯托克斯)和一个参考通道，OFDR 是在一个测量时间间隔内，使用HF调制器及从起始频率到截止频率（100MHz）的正弦波信号调制激光器。用频率调制的激光通过光器件耦合到光波导内。从光纤各点连续背光散射的拉曼光经过光器件内的光谱过滤，然后经光检测器转化为电信号。测量的信号经放大后，然后混频到低频光谱范围(NF range)，平均化的 NF信号经傅立叶变换后得到各点两个拉曼背光散射曲线，这些背光散射曲线的幅值和各点的拉曼散射光的强度成比例，从两个测量通道的得到幅值的关系即可得到沿传感器电缆的光纤温度。2.2. 分布式光纤线性隧道火灾监控系统的技术特点对于隧道火灾监控，分布式光纤线性隧道火灾监控系统是一种理想的解决办法，和传统的测量技术比较，它具有下的特点： 精确定位火灾位置，指明火灾蔓延方向和速率。传统线性传感产品即使报警后，也无法得知具体光缆哪一点发生故障。而OTS4000分布式温度系统可以清晰显示出每一点的温度变化，从而进行精确的温度数值输出与空间定位，对隧道可进行大范围的或局部范围的显示。突破传统分立点的监控，实时提供沿隧道的温度分布。分布式光纤线性隧道火灾监控系统不仅可以根据客户要求任意设定温度报警点，并具备可恢复性。即分布式温度、火灾测量系统可以在光缆探测器不受损坏的前提下，仅以模拟量的形式输出温度数值与报警信号，并不影响系统的长期工作。在温度超出预定范围并回落的时候，具备可重复使用的特性。 实时监控动力电缆得温度分布，及时发现热源点，提高隧道的安全系数。通过分布式温度、火灾测量系统，可以实时、快速监控沿隧道的温度分布，任何一点当温度出现异常，在中央监控室几秒钟后就可以及时发现，管理者可以根据报警的级别，采取相应的措施。它不包含任何电子器件，所以不会受到任何种类的电磁干扰的影响。分布式光纤线性隧道火灾监控系统采用光信号的传输，本身无电气特性，本质安全，可方便应用在严格防爆场所，以及高压强磁场或严重电磁污染的环境中，不会因传导而对系统有任何的电磁干扰 分布式光纤线性隧道火灾监控系统不仅可以严格按照预定的温度点报警，响应速度快，几乎无误差。而且可以在同一监测点或监测区域设置不同的温度警戒线，可以根据不同的外部环境设置报警阈值。同时实现火灾预警以及火灾报警等，实现智能化预警控制功能。同时，分布式光纤线性隧道火灾监控系统还可以根据温升速率进行监控报警，这些都是传统线性传感材料无法做到的。 分布式光纤传感器系统可以随时进行对主机与光缆本身安全性与有效性的自检。任何因为连接、熔接以及外部受损引起的系统功能损伤，都会被主机所探测到，并精确的定位事故点、判断事故原因，而且可以方便地利用外部设备对系统进行修复，不影响系统的正常工作。 安装传感光缆和维护都十分容易，在光缆有损伤的地方可以像修复普通光纤一样焊接。OTS4000分布式光纤线性隧道火灾监控系统是一个线性传感探测器，属于最新一代光纤传感器，其最大优点归功于它的精确测量特性，它特别适合用于公路(铁路)隧道以及类似场合的火灾危险监视装置。自1996年后，分布式温度传感系统技术已经趋于成熟，在世界各著名的隧道中已经得到应用，尤其是公路(铁路)隧道领域，如英国的Woodhead隧道，希腊的tran-european隧道，日本的东京海底高速公路等都得到了应用，目前全世界已经有超过500套的系统在现场运行。2.3 分布式光纤线性隧道火灾监控系统提供的监测信息基于隧道火灾的特点，如何在火灾形成之前的1-2分钟内，将隧道的温度、温度变化的速率和隧道温度梯度及时上报给控制中心，是降低火灾发生几率损失的最有效的手段；在火灾发生时，及时上报火情大小、火情行进方向等信息，可以为及时控制火情、扑灭火灾和最大限度降低火灾造成的影响提供必要的保证。分布式光纤线性隧道火灾监控系统，它可以有效的为隧道管理者提供如下的隧道信息：1. 连续测量沿隧道的温度分布同分立的传统监控系统不同，分布式温度测量系统，它是利用光纤作为测量介质，测量点是连续的，光纤所经过的各点温度信息，都可以24小时连续不断传送给中心机房。利用这个特点，我们可以将光纤安装在隧道的各关键部位，如隧道动力电缆、配电箱、通风处等，确保这些部分的温度处于正常的范围。由于系统可以一年365天24小时不停的监测，我们可以利用这些测量数据作一些统计的管理，如可以得出一年不同时间的隧道平均温度分布和流量的关系，根据温度的偏离，可以控制车辆的流量和启动隧道的通风系统。2. 监控隧道温度变化的速率分布式光纤线性火灾监控系统不仅可以测量隧道的温度，而且通过软件分析各个区域的温度变化速率，尤其是隧道升温的速率。当火灾发生的过程中，相应区域的温度都会快速上升。通过设置不同的升温速率报警，我们可以在火灾未发生前，采取措施，消灭火源。3. 将隧道分区域管理和报警激活在保证足够的空间分辨率的基础上，监测系统可以将隧道划分成若干个功能区域，最大化的减少测量一次需要的时间，同时，功能区域划分也为细化隧道管理提供一个更为优化的温度和火灾监控。对于隧道而言，不同的隧道部分，其一年四季的基础温度是不一样，如隧道中部和隧道两端的基础温度是不一样，通过将隧道细化为各个功能区域，我们就可以根据不同的功能区域，独立设置不同的预警温度和报警温度，每一个分区能够分配独立的激活参数和联动输出，从而确保报警的有效而且准确。分布式光纤线性隧道火灾监控系统以周期性的间隔测量传感光缆的温度。测试周期取决于传感光缆的长度和空间分辨距离，比如，最长的测量周期时间在4，000米传感光缆且以3米为空间分辨距离时。一个测量周期完成之后激活报警。在一个分区中当以下3个报警标准有一个以上满足时，报警将被激活(典型缺省设置)：l 最高温度每分区58摄氏度(可以根据实际情况摄制)l 温度梯度每分区8摄氏度分钟l 温度差异在一个测量位置和分区平均值15摄氏度这些设定与每一个分区相关并且能够对每一个分区根据隧道条件独立调整。测量的周期时间在30秒以内。为了确保尽可能地避免误报警，当一个报警信息在一个测量周期出现时，将在下一个测量周期作再次确认。所以报警激活一般需要2个测量周期。在极端的情况下，报警激活可以多于2个测量周期。报警能够如下显示l 带有输出报警的接点(提供给火警报警及控制系统)l 分区温度报警l 温度梯度报警l 温度变化速率报警4. 分级报警分布式光纤线性隧道火灾监控系统一个主要优点就是可以根据环境的变化，动态配置报警阈值。根据隧道的温度季节性的变化，我们可以设置不同的报警阈值。5. 提供火灾的信息：火点的大小和行进方向当火灾发生时，降低灾害的一个重要的方面就是我们能够获得足够的火灾信息，基于分布式光纤线性隧道火灾监控系统，可以为客户提供的比较完整的火灾信息。根据监控系统可以知道起火点的具体位置，根据光缆的温度升高的速率和升高的空间范围，可以知道火灾规模；当消防措施启动后，我们根据系统返回的信息，了解灭火的情况。分布式光纤线性隧道火灾监控系统另一个主要功能是可以提供火灾的蔓延方向。绝大多数在隧道中的火灾向这一个方向或向另一方向蔓延，这取决于热量，燃烧性气体的扩张和当时通风状况。一旦得知火灾的蔓延方向，消防部门，救护队员等就能够从最小危险的一端进入。以避免造成人员伤亡。6. 智能管理隧道分布式光纤线性隧道火灾监控系统探测到火灾时，我们可以激活预先编制的联动控制顺序比如通风，疏散指示，交通信号灯，灯光调整等，并通过通讯接口与其它控制系统进行联动。通过对温度的监控，可以对隧道的通风实现智能化的管理。7. 远程管理在实际工程使用中，光纤传感探测系统光纤控制主机设置于地铁站台或公路(铁路)隧道的消防控制室内，引出一路光纤监控整个隧道，探测距离可达4000m。主机远程监控接口，通过局域网或ADSL将信号、数据传送至中心机房监控系统，使用图文方式显示隧道内温度状况及火焰蔓延方向。3. 传感光缆及其现场安装3.1 传感光缆标准传感光缆包括2根型号为多模GI62,5/125 um 的独立光纤, 填充憎水性材料保护光纤，黑色或红色，带长度计米标志，直径5.6 mm +/- 0,2 mm 。光缆截面图：技术参数如下：* 光纤型号：GI 62.5/125* 光纤数： 2* 数值孔径：0.2750.02* 光纤特性-光谱衰减： 2,7 dB/km (850nm)； 1,6 dB/km (970nm)； 0,5 dB/km (1300nm)* 光纤特性-带宽： 440 MHz (850nm)； 300 MHz (970nm)； 200 MHz (1300nm)* 光缆重量： 30 kg/km* 最小弯曲半径：60 mm (无拉力) ；80 mm(带拉力) * 最大拉力：400 N (长期)； 800 N (短期)* 最大抗压力：400 N/cm* 重复弯曲次数（100N）：500 次（半径50mm）* 外护套材料：阻燃材料，黑色或红色 * 外护套绝缘性能：5000 V DC* 温度范围：-40C到+90C(运输/存储); -25C 到+90C(安装); -25C 到+90C(工作)* 光缆标准：EN18700, IEC60754, IEC60332-1, IEC61034-1, IEC61034-2, IEC60754-2* 光纤标准：IEC60793 3.2光缆传感的现场安装光缆的安装主要取决于对隧道的监控要求，对于一般的要求，我们在隧道的顶部安装一个回路光缆，光纤外套上有每米的长度标识，可方便与遂道长度对照。光纤采用高强度尼龙夹固定，尼龙夹的设置建议每米一个(参考值为lm-2m)，光纤允许有一定的弯曲，但弯曲半径不小于60mm。对于要求比较高的隧道，光缆可以在隧道顶部和下部同时布控两个回路，对隧道提供全方位的监控。采用光纤线缆传感器，报警区间长度可任意定义，一般可按100m区间定位。发生火灾时，不仅能按报警区间给出火灾报警信号。同时可以实时显示报警温度曲线。光缆发生故障时能即时发出故障信号。4.传感系统的组成分布式光纤线性隧道火灾监控系统主要有系统主机和传感光缆组成。温度测量系统OTS 4000 组成如下：n 传感光缆n 多路光转换开关n 带激光光源的控制器n 软件n 计算机及打印机n 19“机柜”4.1 传感系统整体性能和特点n 系统测量的空间分辨率为1.5 或3米n 系统的温度精度好于+/-2度n 由于使用mW级的拉曼激光源，其工作寿命比脉冲激光源的寿命更长，系统具有更高的可靠性n OFDR技术使用连续工作的激光源，及背光散射信号的窄带检测技术，具有更高的信噪比 n 现场只需简单的校正n 直流供电 2230VDC 最大50W 24VDC或交流供电 85-264V AC, 47-63Hz 输入电流 230V AC; 0.45A typ.n 使用条件 温度 5 to 40度 相对湿度 95%(无凝结)4.2 传感系统主要构成多路光纤转换开关FS光开关是一种光路控制器件，起着切换光路的作用。多路传感光缆在控制室和光纤转换开关相连，使检测系统可巡回检测多路检测对象。最多可达8路转换。控制器 OTS 40 POTS 40P 测量设备嵌入在19”机架内，3U高。电缆从仪器的后面板连接 ，所以能很容易接触到机柜后部。 设备尺寸： H x W x D 13.5 cm x 44.9 cm x 31.5 cm设备重量： 10.2 kg传感光缆与设备连接传感光缆通过E2000 连接器与激光源连接，连接器在连接前必须迅速用酒精清洁和进行破损检查。其他构成n 24V 直流电源：测量装置供电要求24V DC, 功率100W. 电流安全级A.n RS-232：通讯电缆与 RS 232 端口相连n 输出端口： 10或20个可编程输出端口n 输入； 4 个可编程输入端口。所有电缆连接在仪器后面板控制器前面板操作(LED颜色)通讯开关触点报警超保护主开关电源(绿)RS232 发送(绿)输入报警激活回路关闭开关触点激光开(绿)RS232 接收(绿)输出输出复位故障(黄)数据传输状态(绿)以