总线短路隔离器环形接线方式在城市轨道交通FAS系统中的应用

徐腾飞

（北京城市快轨建设管理有限公司，北京 100027）

1 城市轨道交通FAS系统概述

与城市中其他公共交通工具相比，城市轨道交通具有速度快、载客量大、价格低廉、避免拥堵等优势，因此，城市轨道交通也成为大部分人出行的最佳选择。

2021年年底，北京市轨道交通历史性地完成了“九线开通”，北京地铁运营里程也达到了783 km，根据“十四五”规划，北京市轨道交通要达到1 600 km，城市轨道交通依然是一大热门板块。为充分利用有限的土地资源，北京城市轨道交通绝大部分车站位于地面下，空间相对封闭，人员密度较大，不利于疏散，且因地铁智能化较高，电气设备数量庞大，如因人为原因或电气线路老化故障，在地铁车辆、车站公共区、设备区等人口密集区发生火灾，可能会造成严重的人员伤亡和经济损失。

火灾自动报警系统，也称FAS 系统，是由触发装置、火灾报警装置、联动输出装置以及其他辅助功能装置组成的。在火灾初期，它能将燃烧产生的烟雾、热量、火焰等物理量，通过火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器；同时以声或光的形式通知整个楼层疏散，控制器记录火灾发生的部位、时间等，使人们能够及时发现火灾，并及时采取有效措施，扑灭初期火灾，最大限度地减少因火灾造成的生命和财产的损失[1]。

经过近20年的发展，北京轨道交通FAS 系统日臻完善，能够实现火灾探测、向车站控制室及小营控制中心发出火灾警报、报告火灾区域、与综合监控系统及环境与设备监控系统配合或独立实现对消防设备的联动控制，真正做到了及时消灭火灾隐患，防患于未然[2]。

2 基于城市轨道交通现行FAS系统的改进型接线方式

2.1 FAS系统与各专业的接口

为实现消防联动功能，FAS 系统通过232 线、485线、光纤等接口与供电、机电、通信等专业传递信号，并通过输入输出模块控制各系统，达到消防联动的目的。[3]接口详情如下：

（1）与动力照明专业的接口：①动力照明专业提供FAS 专用供电回路；接口位置预设在动力照明配电箱/控制柜的控制接线端子排；②火灾模式下FAS系统启动应急照明系统，硬线接口位于应急照明电源配电箱出线端。

（2）与低压配电专业接口：火灾情况下，FAS 给低压配电系统下达切断非消防负荷信号，从而切断非消防用电。硬线接口预设在低压柜配电回路的分离脱扣器的端子排外线侧。

（3）与环控通风专业的接口：火灾情况下，FAS控制专用排烟设备执行相应排烟动作。硬线接口预设在专用防排烟风机、防排烟阀门、挡烟垂帘、电动排烟窗等设备的控制器/箱处。

（4）与给排水专业的接口：若发生火灾，FAS 控制消防泵、电动蝶阀（主要针对地下站）等设备执行相应动作。硬线接口位于消防水泵控制箱、消防水管电动碟阀的接线端子排。

（5）与通信专业的接口：通信系统为FAS 提供6芯光纤，由通信专业统一敷设，接口位置在通信机械室的光纤配线架上。

（6）与综合监控系统的接口：FAS 系统向ISCS发送火灾信息，设备运行信息，接口位置在控制中心及车站综合监控设备房ISCS 机柜配线架外侧，2路串行接口。

（7）与BAS 的接口：火灾模式下向BAS 系统发送模式控制信号，接口位置在车控室IBP 盘内接线端子，RS232串行接口。

（8）与时钟系统的接口：接口位置在控制中心时钟系统的通信接口处，接收时钟对时信号，为通信接口。

（9）与电气火灾监控系统接口：接收电气火灾监控系统报警信号，硬线或通信接口位于车控室火灾报警控制器接线端子。

（10）与电梯的接口：火灾模式下控制电梯停首层，硬线接口位于电梯控制箱接线端子处。

2.2 轨道交通中短路隔离器通用的接线方式

FAS 系统对各专业的控制功能由FAS 系统主机和模块箱共同实现，上述各接口统一接入各专业临近的FAS 模块箱中的输入输出模块，FAS 主机通过各个模块箱内的输入输出模块，达到控制各个专业的目的，实现联动功能。FAS 模块箱见图1。

图1 北京地铁11号线FAS模块箱

总线隔离器一般位于FAS 系统的模块箱中，是FAS 主机与回路内所带各控制点的屏障，当系统局部出现短路故障时，会自动将出现断路故障部分从系统中隔离出去。若系统分支总线出现故障（如短路）时，会造成整个系统整体的瘫痪，总线隔离器的设置就可使上述问题得到解决。其余分支系统正常工作；当故障修复后，总线隔离器会自动接通总线，使修复后的分支系统接入系统。其特点包括：①反应灵敏，响应时间短；②总线修复后自动恢复；③采用模块式结构，安装简单，维修方便的特点。

根据GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》中第3.1.6款所规定：系统总线上应设置总线短路隔离器，每支总线短路隔离器保护的火灾探测器、手动火灾报警按钮和模块等消防设备的总数不应超过32点；总线穿越防火分区时，应在穿越处设置总线短路隔离器。又由GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》中第3.1.5款所规定：任一台火灾报警控制器所连接的火灾探测器、手动火灾报警按钮和模块等设备总数和地址总数，均不应超过3 200点，其中每一总线回路连接设备的总数不宜超过200点，且应留有不少于额定容量10 %的余量；任一台消防联动控制器地址总数或火灾报警控制器（联动型）所控制的各类模块总数不应超过1 600点，每一联动总线回路连接设备的总数不宜超过100点，且应留有不少于额定容量10 %的余量。

当前主流FAS 系统短路隔离器的接线方式有两种：环形接线与树形接线。环形接线方式见图2，树形接线方式见图3。

图2 环形接线方式

图3 树形接线方式

树形接线是单个模块带本回路内的所有控制点，短路隔离器位于FAS 主机与被控模块之间，其优势在于：系统结构简单，所用短路隔离器数量较少，建设成本较低。因此，树形接线方式广泛应用于北京轨道交通的设计中。

在北京市11号线、16号线的设计中，就采用了树形设计，烟感、温感中自带隔离模块。但是在实际应用中，轨道交通中现行的树形接线方式有以下弊端：如果隔离模块发生故障，不能切断故障回路，会发生串电事故，严重时甚至会因短路烧毁主机，导致车站的主机瘫痪，失去报警功能。在11号线、16号线施工过程中，曾多次发生模块串电，烧毁FAS 主机的情况。

另根据《火灾探测报警产品的维修保养与报废》GB 29837—2013，第6条中6.1.1款规定：火灾探测报警产品使用寿命一般不超过12年。

北京地铁部分线路FAS 系统设备使用寿命详见表1。

表1 北京地铁部分线路FAS系统设备使用寿命统计

环形接线的优势是在各个回路内，增加了短路隔离模块，当本回路内有一个短路隔离器出现故障时，可由其相邻的短路隔离器继续进行隔离保护。理论上，只要紧邻FAS 主机的两个短路隔离器正常运行，即可确保本回路发生故障后，不会烧毁主机。即使在地铁后期的运营过程中，也可以对紧邻FAS 主机的两个短路隔离器进行重点维护，减少了运营维护成本，提高了维护效率。

环形接线方式虽然抬升了一些建设成本，但是大幅度提高了系统稳定性，更有利于超年限运营的线路，降低了FAS 主机烧毁的概率，减少了运营开销，更适用于城市轨道交通。

2.3 两种接线方式稳定性对比

如果总线隔离器采用树形接线方式，可根据公式（1），计算出消防报警设备使用满12年后，FAS 系统发生故障的概率。

式中，f（x）为被控模块发生故障的概率；f（y）为短路隔离器发生故障的概率；m 为单个回路内被控设备数量；n 为短路隔离器数量。

由公式（1），假设单个短路隔离器、输入输出模块、烟感、温感发生故障的概率均为0.1，全站40个短路隔离器，每个短路隔离器保护20个点考虑，系统发生串电后，将上述数据代入公式（1）中，可知系统发生故障的概率为89.06%。

为避免该类事故，在北京S1 线的系统设计中，采用了环形接线方式，考虑最极端情况，只有在紧邻主机的短路隔离器发生故障的情况下，才会烧坏主机。环形接线方式故障概率为

式中，f（x）为短路隔离器发生的概率；k为总线回路数量。

由公式（2）可知，当被控模块发生漏电，烧毁主机，瘫痪整个系统的出现故障的概率不超过10 %。

如果采用环形接线，可有效规避系统老化后出现的串电问题，提高系统稳定性，在环形接线的回路中，当一个隔离模块发生故障时，还有其他模块代为工作，不易发生烧毁主机，导致全站消防报警系统瘫痪的情况。

3 结束语

通过采用总线隔离模块环形接线技术，可以更有效地保护火灾报警系统主机回路卡和主板，确保火灾自动报警系统的稳定运行。当个别隔离模块出现故障时，相邻的隔离模块将自动切断短路部分与总线的连接，短路故障排除后，隔离模块自动恢复正常运行，将先前切断的报警回路接入FAS 报警主机，保障人民群众生命财产安全，避免国家财产损失。