分布式光纤测温火灾预警系统在地铁隧道中的应用

江苏星海广联技术有限公司否. 7，2017江苏星海光学技术有限公司.分布式光纤测温火灾预警系统在地铁隧道中的应用侯宇峰是萧静。(1 .江苏星海广联技术有限公司，江苏无锡；无锡市地铁公司，江苏无锡)摘：地铁隧道内有强电磁干扰，基于电信号的温度传感器在安全性和信号稳定性方面有局限性。分布式光纤温度传感器的工作原理是拉曼散射的温度效应。考虑到光纤的电磁干扰防护功能、方便的网络和固有的大信号传输带宽等优点，分布式光纤温度测量技术可以应用于地铁隧道火灾时，将有效监控地铁隧道温度变化，在地铁隧道火灾发生的情况下，为救灾命令提供有力支持。关键词：分布式光纤温度测量；火灾报警系统；隧道；隧道。地铁o前缀地铁具有货运量、速度、安全、准时、无污染等一系列优点，对促进城市郊区的发展，将城市从单一中心发展到多个中心具有十分重要的意义。但是地铁设施是投资巨大、设备体系复杂、人员密集的公共场所，发生火灾会引起交通秩序和社会秩序的混乱，造成重大人员伤亡和巨大的经济损失，更严重的情况下，将会受到不利的政治影响。我国13年版国家标准火灾自动报警系统设计规范 (GB 5016-2013)将地铁隧道定为一级保护对象，对地铁火灾安全表现出很高的比重。传统的火灾报警系统(FAS)设备由于总线长度有限、电路容量不足、线性温度传感器保护范围小、无法放置报警点等技术困难，目前正在运行的地铁隧道中没有安装温度检测组件。考虑到地铁火灾安全的重要性，为了有效地保护国民的生命和国家财产，研究了一种适合地铁隧道安装运营的地铁火灾发生位置、灾害地区的大小、火灾的规模、火灾的蔓延方向、漂流方向的延迟等及时反映的自动火灾监视系统，可以向灾害对策部门提供实时动态数据，使救灾工作有序进行，尽量减少人员伤亡和社会公共财产损失。温度是引起火灾报警系统运行的重要物理量之一。现有的温度测量中使用了很多热敏电阻、光学高温计等温度传感器。但是，在电磁干扰强的地铁隧道环境下，基于电信号的传统温度传感器通常在安全性和信号稳定性方面非常有限。由于光纤的抗电磁干扰功能、方便的网络和固有的大信号传输带宽等优点，光纤温度传感器克服了电温度传感器的局限性，为具有强电磁场干扰的环境(如地铁隧道)提供了非常有效的温度测量方法。分布式光纤温度测量技术不仅可以用于现有的温度测量，还可以通过适当的转换模型，用于水利设施的泄漏监测、地下管道泄漏监测、电力电缆的温度监测等。一、地铁火灾的主要原因和特点地铁火灾的发生必然也是偶然的。必然的火灾、设备老化、绝缘的损坏等，可以通过对周边设备的实时监控，及早预测并防止延误。意外火灾大部分是由事故、人为情况引起的，目前国际形势复杂多变、工作压力过大等引起地铁运营突然不安的社会报复过激行动的人不少。1.1电缆火灾电缆是地铁机车运行的动力源，也是地铁隧道设备系统的重要组成部分。电缆易燃，火灾后危险很大，所以供电部门一直很重视电缆的防火。据相关数据显示，从2002年到2012年，电缆火灾延迟引起的6起重大事故造成的直接和间接损失达7O多亿韩元。事故分析表明，电缆火灾的直接原因往往是电缆接头制作质量差、未拧紧的压力、过度的接触电阻导致电缆接头过热，从而引发火灾。但是，如果电缆连接器的制作质量好或坏，则只在运行过程中容易发现，运行时间越长，就越容易发生过热烧伤事故。电气设备绝缘老化引起的火灾的特点是，从电缆接头过热开始到事故发生为止，火灾发生速度慢，烟雾和热量排放少，但部分电源电源断电，照明设备故障，机车运行中断和通信网络瘫痪的可能性很高。因此，通过电缆在线过热监控，可以预防和防止此类事故。1.2隧道火灾隧道火灾安全是目前火灾研究的热点领域之一，已经取得了很多研究成果，但还有很多问题需要进一步研究。隧道火灾过程是一个非常复杂的物理化学过程，包括三维非稳态多相流体流动、热和传质、化学反应及其相互作用。隧道空间小，几乎是密封的，所以烟不会自然冒出，燃烧产生的热量也不会很好地释放，热量聚集，内部温度迅速上升，可能会提早爆炸。日本消防研究所进行的模型隧道火灾测试结果显示，隧道内燃料的燃烧速度是开放空间的3倍，隧道内温度最高可达1000 。因此，烟大，温度高是隧道火灾的主要特征。考虑到火灾本身的复杂性和隧道火灾的特殊性，建立隧道火灾的准确模型是引导疏散和减灾救灾的关键，但为此，仍需通过加强火灾测试确保更多的实际资料。国外的研究机构正在废弃的隧道内进行广泛的全尺寸实验。也就是说，研究通风对火灾的影响和通风时火灾热释放率的变化。已经完成的这项研究为隧道内人员疏散和火灾的天堂提供了宝贵的理论依据，但在具体的隧道环境下的火灾模拟中，还需要具体分析具体的问题。依靠先进的测量技术，测量火灾动力学特性，提供详细的实验数据，及时反映火灾现场情况，验证数值计算的准确性。二、地铁隧道火灾预警系统2.1警报问题地铁隧道是复杂的地下管道网络设施，发生火灾时，从监控和预测的角度来看，面临以下问题。(1)远距离主体温度的多点监测，多点、多点、温和、多点、多点温差设置方法，温度预警预测；(2)避免带电温度测量引起电磁干扰的方法；(3)准确预测火灾发生部位，如何找到火灾发生部位；我公司为了避免这样的问题，提出了利用分布式光纤温度测量系统进行地铁隧道火灾报警的难点问题。2.2分布式光纤测温系统温度测量原理分布式光纤温度测量系统是基于光子的拉曼散射温度效应和光纤的光时域光域光域反射(OTDR)技术实现的。光在光纤中传输时，与光纤中的分子、杂质等相互作用，产生米氏散射、瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射等，其中拉曼散射是由于分子在光纤中的热运动和光子相互作用而产生的能量交换，有斯托克斯和安提斯托克斯此处，斯托克斯光与温度无关，并且随着温度变化，反斯托克斯光的强度可以通过斯托克斯光与非斯托克斯光的光子数和温度的定量关系得到温度值t。光子数由温度测量系统测量到信号级别。光时域OTDR技术主要利用入射光和背向散射光之间的时间差$ti和光纤内的光速C k计算入射点不同散射点的位置距离，因此Xi=CK $ 2ti，$ ti可以在称为光散射延迟时间的情况下沿光纤获得近连续的温度分布。3、基于分布式光纤测温原理的隧道火灾预警预报系统3.1系统结构基于分布式光纤测温原理的隧道火灾预警预测系统整体结构为： 传感光缆；DTS分布式光纤测温系统；计算机监控；火灾预警预报控制器；远程测控系统；通信光缆。系统结构图。系统结构图3.2 DTS系统功能(1)温度沿路径分布。DTS系统的最大优点是测量温度沿光纤路径分布，持续监视信号，通过随机温度点警报立即显示每个环路光纤传感范围内每1米每个点的温度变化。根据用户请求，可以将防火分区分割为任意长度、不同或相同的报警温度，DTS的中继输出根据用户设置的防火分区进行设置，是在确认警告后通过中继输出向报警主机触发信号的信号模块。警报主机可以根据设置为消防模式的程序运行。(2)准确度。DTS温度分辨率达到015，温度精度达到1 。终端内的激光发射器每秒发射数万次光脉冲，将采样温度的平均值输出到显示系统，基本消除了误差。DTS具有用户设置的每个防火分区的平均温度值、最高温度值、温升速度警告和每秒警告的主动警告，可以在主动警告后手动检查警告，也可以将系统设置为在主动警告后在3s时重新检查温度。避免了误报的可能性。(3)灵活性。可以设置多个固定温度点警报，每个控制分区可以根据用户的操作要求或操作经验设置不同的警报温度或温升速度，可以对警报控制区域进行编程，根据用户要求设计，并根据环境变化设置不同的警报控制区域。(4)先进性。分布式光纤温度测量系统是国外已经取代现有线性温度检测材料的最有效的在线监测手段，技术非常成熟，采用其他外部外部外部材料，DTS检测系统可以适应各种环境。现场工作人员可以根据火灾发生时实时温度曲线变化和文本记录温度计的温度值评估火灾现场情况，判断火灾扩散趋势，为现场工作人员的快速救援、灭火和隧道相关控制工作提供依据。4、结论基于分布式光纤的温度测量原理，利用同一光纤进行隧道火灾监控，具有预警、设置多种报警、查找准确定位灾害、方便使用维护、安全可靠