任運業

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

摘要:本文簡要介紹了城市綜合管廊特點及火災原因，分別從防火分隔、通風排煙、自動報警以及滅火設施等方面，對電纜隧道消防安全現狀進行分析，從規范完善、主動和被動防火措施三方面提出具有針對性的火災預防對策。

關鍵詞:城市綜合管廊 ；防火措施 ；預防對策

      隨著我國社會經濟的迅速發展，城市綜合管廊由于其有效利用地下空間、改善市容市貌等優勢，越來越多的被城市應用，建設規模也越來越大。但由于綜合管廊中，電纜采用密集敷設的方式，一旦發生火災，火勢兇猛，蔓延迅速，且燃燒產生大量氯化氫毒氣，火災的撲救難度非常大，很有可能導致城市大面積停電，造成重大財產損失。

      城市綜合管廊是指容納兩種及兩種以上市政管線的地下構筑物及其附屬設施，屬于重要的城市基礎設施。它可以將給水、污水、天然氣、熱力、電力、通信、垃圾等市政管線綜合布設在同一地下溝道斷面內，在一定范圍內分別設置人員出入口、吊裝口、分支口、通風口，高效合理地利用了地下空間。其中根據容納物不同，劃分為多個區域，包括水艙、垃圾艙、通信艙、電力艙、燃氣艙等，集合程度非常高，結構十分復雜。綜合管廊電力艙一般容納110kV及以上高壓輸電線路，輸送容量巨大，并且承擔著市政電力輸送的重任，一旦發生火災，很有可能導致城市大規模停電，造成難以估量的經濟損失。

1.火災原因

      引發管廊電纜火災的原因一般可以分成自身原因和外部原因兩種，其中自身原因引發的火災更為常見。

      （1）自身原因。①電纜發生過負荷和短路故障時，未能及時切斷故障電路，導致電纜過熱而著火；②電纜接頭處由于接觸不良導致電阻變大，造成接頭處過熱從而引燃絕緣層；③由于電纜受潮使得局部絕緣性能降低從而造成電纜接地和電纜短路事故；④電纜超過使用期限后會發生絕緣層老化，導致線路載流能力下降，熱量聚積導致電纜自燃等。

      （2）外部原因。①電氣設備起火導致電纜被引燃；②施工產生的高溫熔渣引燃電纜；③油開關連接處封堵不嚴發生泄露，導致管廊內存油引發火災；④附近高溫管線過熱且未采取防火分隔措施而引燃電纜；⑤與其他建筑或艙室連接處未嚴格封堵，造成外部火源侵入等。

2.火災危害性

      城市綜合管廊空間狹長且較為封閉，其內部敷設大量電纜，電纜被引燃后火焰沿著水平延伸方向蔓延迅速，火勢猛烈；管廊發生火災時煙氣濃度高、能見度低，溫度能達到1000℃以上，且有機材料燃燒時還會產生大量有毒氣體；管廊與地面相連的豎向通道較少，且管廊內狹窄，導致滅火救援人員難以順利到達著火部位滅火，火災撲救難度非常大；管廊內設置的多為高壓電纜，火災發生后絕緣外層燒毀，如果沒有將全部線路電源切斷，一旦有人進入管廊將有可能發生觸電事故；管廊內不僅敷設高壓電纜，還有控制線路及其他設備，火災不僅會燒毀電纜，其他線路設備也會遭到破壞，修復工作十分困難[4]。城市綜合管廊負擔著大型工程項目和城市的電能供應，一旦發生火災，修復工作困難，恢復周期長，容易造成大面積停電，甚至關系到城市電網能否平穩運行。另外，綜合管廊在城市中心區內的建設規模越來越大，火災事故發生后，如果防火分隔措施不到位，還可能會危及其他艙室的安全，甚至給城市安全帶來威脅。

      城市綜合管廊屬于地下狹長受限空間，狹長受限空間內發生的火災，與一般的建筑火災發展過程具有一定的相似性。當火災發展至充分發展階段，管廊內所有可燃物同時發生燃燒，管廊內溫度將會達到1000℃以上，會嚴重損壞整個管廊結構和設備，所以為了預防和控制管廊電纜火災，減小火災損失，需要在初期增長階段采取有效措施。

      城市綜合管廊火災大多數情況下是由電纜自身故障引起。在電纜的故障狀態下，管廊內熱量無法正常排出，發熱電纜附近溫度不斷升高，引起電纜絕緣和護套材料的融化熱解。當絕緣和護套層失效，則極有可能會發生短路，產生的電弧或電火花能量很高會立即引燃電纜產生明火。當出現明火后，火災的發展大致分為以下幾個過程。當出現明火后，被引燃電纜上方會形成火羽流，周圍空氣由于浮力作用會被不斷卷吸入火羽流中，火羽流在不斷上升的過程中，由于周圍冷空氣的混入，溫度會不斷降低。當到達管廊頂部時，會被頂棚所阻擋，發生頂棚射流現象。火焰會沿縱向電纜敷設方向蔓延，沿豎向向相鄰托架層電纜蔓延，形成立體蔓延態勢。熱煙氣在頂棚處聚集并開始水平蔓延，如果管廊各通風口和防火門未能有效關閉，熱煙氣則會繼續向相鄰防火分區繼續蔓延，使得火災進一步蔓延擴大。

1. 結構與防火分隔

      城市綜合管廊的內部結構設計需要滿足規劃、施工、防火等要求，保證結構具有一定的耐久性。為了防止火災蔓延發展，采用防火分隔措施將長距離的綜合管廊電纜倉分隔為不同的防火分區。管廊內電纜的布置還需要考慮散熱、防火、以及方便人員維修等。

      （1）內部結構與電纜托架。綜合管廊內部結構耐火等級為一級，電纜敷設分為單側和雙側，管廊高度、寬度設置要滿足電纜敷設及人員維護施工所需空間。電纜托架層間距大小對于電纜日常散熱、火災時豎向蔓延速度等都會產生較大影響。

      （2）防火隔斷。管廊內按照一定距離設置防火隔斷，能夠有效阻止火災蔓延擴大，將影響范圍控制在一定區域內，可采取的主要措施有防火墻、防火門和防火隔板等。防火分區之間應設置防火墻和防火門，并且發生火災時應能夠聯動關閉防火門。使用防火隔板來分隔電纜敷設時出現的重疊或交叉區域。

2.  火災探測報警裝置

      管廊距離較長，非檢修施工時沒有人員進入，火災初期階段很難被察覺，為了能夠及時探測到火情防止蔓延成災，設置自動報警裝置是十分必要的。《城市綜合管廊工程技術規范》要求，在敷設電力電纜的艙室中均應設置火災自動報警系統。

      （1）探測器選型：①全線設置火災監控報警系統；②管廊外容易出現異常發熱的重點部位應設置電氣火災監控探測器；③管廊內應在電纜的上表面敷設線型感溫火災探測器，有外部火源進入可能的管廊還應同時在管廊頂部中央設置；④管廊內應設置手動報警按鈕和防火門監控系統。

      （2）探測器設置要求：①線型感溫火災探測器應采用接觸式的敷設方式，纜式線型感溫火災探測器應采用“S"形布設，光纖式探測器應采用一根感溫光纜保護一根動力電纜的方式；②管廊內的線型感溫探測器可接入電氣火災監控器。

3.  自動滅火裝置

      由于管廊環境狹長封閉，滅火救援人員難以接近著火點，且電纜燃燒產生大量煙氣造成管廊內能見度較低，常規的消防撲救十分困難。因此自動滅火系統對于撲救管廊早期火災，控制火災蔓延，減小火災損失，能夠發揮十分關鍵的作用。目前不同工程當中使用的自動滅火系統種類眾多，其中主要包括超細干粉、氣體、水噴霧、細水霧等滅火系統等，分析四種類型滅火系統的優缺點，可以發現，氣體滅火系統由于需要形成密閉空間在長距離的管廊中不適用，水噴霧滅火系統用、排水量均較大，造成水漬損失過大，也不適用于管廊。超細干粉和細水霧滅火系統，電氣絕緣性都非常好，超細干粉系統具有系統布置簡單、造價低的優點，而細水霧滅火系統具有可重復使用和事故后處理簡單、沒有水漬損失的優點，所以根據實際工程特點可以發現，這兩種滅火系統應用于管廊是較為適宜的。

4. 通風及排煙裝置

      管廊內容納電纜眾多，在日常工作狀態下電纜會產生一定的熱量，如果散熱條件不佳，熱量逐漸積累，管廊內氣溫升高導致電纜絕緣老化速度加快，當絕緣外層發生失效后則可能會引發電纜的異常工作，進而導致火災的發生。管廊內常用的通風方式包括自然通風或機械通風兩種，通風方式的選擇是根據通風量及通風區域的長短等因素確定。管廊通風系統應同時滿足排熱、巡視、換氣及事故后排煙四種工況的要求，其中排熱工況時通風量需要能夠排出綜合余熱維持管廊內溫度不超過40℃，并且要求進、排風之間的溫度差不超過10℃，其余工況一般按規定的換氣次數來計算風量。風機需要同時滿足以上四種工況風量和風壓要求，且還需滿足管廊內風速小于5m/s，防火門處的風速不宜大于7m/s。當火災報警控制器收到兩個獨立的火災信號后，應能聯動關閉通風排煙系統，當火災撲滅后可由工作人員手動開啟事故排煙。

      通過對現行防火措施的分析研究，結合城市綜合管廊特點及火災原因，針對現行標準中的不足提出三點火災預防對策。

1. 規范標準完善與建立

      目前，城市綜合管廊消防安全相關規范標準不夠完善，缺少系統的、全面的消防專業規范，所以難以按照統一的標準來設計施工，不僅使其存在較大的火災隱患，還給日常的消防管理帶來困難。主要存在的問題有：（1）不同設計規范中互相存在矛盾；（2）自動滅火系統的選型和應用及相關參數標準不夠完善；（3）對防火措施的考慮不夠全面。

      通過以上分析可知，針對綜合管廊消防安全問題提出一個系統性、全面性的設計規范，將現行不同規范中存在的矛盾和差異進行重新修訂，是今后制定和修改規范標準可以參考的方向。

2. 主動防火措施

      （1）及時發現電纜絕緣缺陷，并及時對存在隱患的電纜進行修復或更換；

      （2）電氣保護裝置在保證可靠性的前提下，提高其靈敏度，確保電纜故障發生時可以及時有效切斷電源，防止內部火源的產生；

      （3）對綜合管廊全線電纜的表面溫度能夠實時監控，可以早期發現故障并及時找出隱患點，予以消除。

3. 被動防火措施

      防火隔斷和防火封堵：綜合管廊內部應合理劃分防火分區，并設置防火墻、甲級防火門來劃分，并且防火門應采取與火災報警系統連鎖的設置，火災時可以自動進行關閉。電纜穿越墻體的孔洞、通風口、安全孔等開口應采用可靠的封堵措施。

      （1）火災自動報警系統：電纜表面鋪設線性感溫探測器，管廊空間頂部使用線性感溫或感煙探測器，保證及時發現內部及外部火源并得到控制。針對接頭、端子等易發生故障的部位應用電氣火災監控系統，發生異常及時切斷電源。

      （2）自動滅火設施：根據國內外相關規范，可設置水噴霧滅火系統、細水霧滅火系統和超細干粉滅火系統。具體采用哪種需要從綜合管廊的危險性、工程成本來考慮。

      （3）通風排煙設施：在火災確認后，應立刻關閉通風系統，防止火災繼續擴大蔓延，也能在一定程度上形成封閉空間達到窒息滅火的作用。火災事故后，不可在未確認火災撲滅的情況下開啟風機，風機開啟會使管廊內缺氧狀態得到改善，從而可能發生復燃甚至轟燃。

1.平臺概述

      AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監控、能源管理、電氣安全、照明控制、環境監測于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數據支持，從數據采集、通信網絡、系統架構、聯動控制和綜合數據服務等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內部干擾性強、使用單位多及協調復雜的根本問題，大大提高了系統運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環境和設備的使用和恢復效率。

2.平臺組成

      安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統是一個深度集成的自動化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監控系統、變電所環境監控系統、智能馬達監控系統、電氣火災監控系統、消防設備電源系統、防火門監控系統、智能照明系統、消防應急照明和疏散指示系統。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進行進行集中監控、統一管理、統一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

3.平臺拓撲圖

 

 

4.平臺子系統

4.1電力監控

      電力監控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數和用能情況，可實時監控高低壓供配電系統開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

 

4.2環境監測

      環境監測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門禁、視頻、空調、消防數據的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內的水泵和通風排煙風機等設備集成的第三方系統完成管廊環境綜合監控。

 

 

 

 

4.3馬達監控

      馬達監控實現對管廊電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，實現對電機過載、短路、缺相、漏電等異常情況的保護、監測和報警。在需要的情況下可以設置聯動控制。

 

4.4電氣安全

      AcrelEMS-UT能效管理系統針對配電系統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、防火門狀態傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內阻進行實時監視，發生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。

 

4.5智能照明控制

      ①　防火分區單獨控制，分區內設置智能控制面板就地驅動器；開關驅動器連接消防報警系統，接收消防報警信息，強制打開驅動器回路。

      ②　廊內上方安裝智能照明傳感器，使人員進入管廊內自動開啟燈具，在管廊內停留燈具保持常亮，離開后燈具關閉。

      ③　除了現場的控制方式外，還可用電腦端實現集中控制，實時遠程監控當前區域的照明情況，必要時可遠程控制該區域的照明。

      ④　考慮現場模塊分布較廣，距離過長，除了現場的控制方式外，還可用電腦端實現集中控制，實時遠程監控當前區域的照明情況，必要時可遠程控制該區域的照明。

      ⑤　系統支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，支持延時控制，避免同時亮燈負荷對配電系統造成沖擊。模塊不依賴系統，可獨立工作，每個模塊均自帶時間模塊，可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能。

1.電力監控及配電室環境監控系統

2.智能照明系統

3.電氣火災監控系統

4.消防設備電源監控系統

5.防火門監控系統

6.消防應急照明和疏散指示系統

      綜上所述，通過分析地下綜合管廊的特點火災特征，提出有針對性的火災預防對策，可以有效增強地下綜合管廊的火災防控能力，為地下綜合管廊的安全穩定運行提供保障。

參考文獻

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作者簡介

任運業，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智慧用電的研發與應用。