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牵引变电安全监控系统优化研究

文档作者：王林文档来源：中铁第四勘察设计院集团有限公司电化处		点击数：	更新时间： 2024年06月10日
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第58卷第11期
2014年11月
铁道标准设计
RAILW AY STANDARD DESIGN
Vo1．58 No．11
NOV．2O14
文章编号：1004—2954(2014)11—0130—05
牵引变电安全监控系统优化研究
王 林
(中铁第四勘察设计院集团有限公司电化处，武汉430063)
摘要：牵引变电安全监控系统发展近10年，但并不完善。在分析安全监控系统存在问题现状的基础上，按照国
家和铁路行业相关规范，并吸取电力行业的先进经验，对牵引变电安全监控系统方案进行优化研究，着力解决设
计、施工中遇到的实际问题。采用火灾报警控制器监控火灾信息及消防设施，并实现与综自系统环境监控装置通
信接口。优化后的系统架构合理，子系统接口清晰，且易于扩展，能实现对安防、环境、火灾信息及消防设施状态的
全面监视。
关键词：牵引变电；安全监控系统；优化
中图分类号：U224．9 文献标识码：A DOI：10．13238／j．issn．1004-2954．2014．11．030
Optimization of Safety M onitoring System for Traction Power Supply
W ang Lin
(China Railway Siyuan Survey and Design Group．Co．，Ltd．，Wuhan 430063，China)
Abstract：The safety monitoring system for traction power supply has developed for nearly 1 0 years in
China，but not yet perfected．Based on the analysis of the current problem of safety monitoring system ，
the compliance with the national and railway industry related codes，and the learning of the advanced
experience of power supply industry ，the safety monitoring system for traction power supply is studies for
optimization，addressing the practical problems encountered in the process of design and construction．
Fire alarm control unit is selected to monitor fire information and fire-fighting devices，and establish the
interface to surroundings control system device of integrated automatic system． The optimized system
architecture is reasonable and the interface between subsystems is clean and extendable，which makes it
possible to monitor completely the security，environment，fire information and fire—fighting equipment．
Key words：Traction power supply；Safety monitoring system；Optimization
随着牵引供电自动化技术的日益发展，牵引变电
所已广泛采用无人值班有人值守的管理模式，开闭所、
分区所、AT所已实现无人值班无人值守，这就需要在
传统牵引变电所综合自动化系统实现“四遥”功能的
基础上，同时使铁路运营维护人员能够及时掌握所亭
现场的设备及运行环境状况，对其进行实时监视和控
制，以便及时发现设备异常、制止盗窃等违法行为，尽
早控制火灾事故的蔓延，安全监控系统应运而生 。
目前，除《铁路供电调度系统设计规范》(TB
10017-2008)对牵引变电安全监控系统的监控对象、
主要功能及配置原则有部分规定外，铁路行业尚无专
收稿日期：2014—02—14；修回日期：2014—03—07
作者简介：王林(1983一)，男，工程师，2008年毕业于西南交通大学
轨道交通电气化与自动化专业，工学硕士，E-mail：tsywanglin@126．COB。
门配套的施工规范、验收规范、运营管理规程及安全监
控系统技术规范 。
电力行业虽无安全监控系统的专门规范，但在电
力系统变电站内设置有功能类似的图像监视及安全警
卫系统、火灾自动报警系统。国家电网公司在《国家
电网公司输变电工程典型设计110／220 kV变电站二
次系统部分》 中对图像监视及安全警卫系统、火灾
自动报警系统的主要技术原则以及技术条件做了详细
的规定；广东电网制定的企业标准《广东电网变电站
视频及环境监控系统技术规范》详细规定了变电站视
频及环境监控系统的监控对象、技术指标及功能要求。
因此，有必要在国家和铁路行业相关规范的基础
上，吸取电力行业的先进经验，对牵引变电安全监控系
统进行优化研究。
第11期 王林一牵引变电安全监控系统优化研究 131
1 安全监控系统相关标准体系
1．1 安全监控系统的构成
牵引变电安全监控系统实质是一个综合性的监控
系统，集成了安防系统、环境监控系统以及火灾自动报
警系统中的火灾探测报警子系统。各子系统之间的关
系如图1所示。
图1 安全监控各子系统关系示惫
牵引变电安全监控系统设计时，除遵循《铁路供
电调度系统设计规范》外，仍需满足国家标准中对视
频安防监控系统、入侵报警系统、火灾自动报警系统的
要求。
1．2 安全防范系统相关规范及图集(表1)
表1 安全防范系统相关规范及图集
序号1～4为安防系统应遵循的设计规范，序号
5～6涵盖安防系统主要设备的图形符号及设备安装
工艺要求。序号7—8是安全监控系统设备制造应遵
循的技术条件。
1．3 火灾自动报警系统相关规范及图集(表2)
序号1～4为牵引变电防火及火灾自动报警应遵
循的设计规范，序号5—7涵盖火灾报警及消防联动控
制主要设备的安装工艺要求及联动控制的功能要求。
序号8～11是火灾自动报警系统设备制造应遵循的技
术条件。
1．4 环境监控系统相关规范(表3)
国家标准体系中无对环境监控系统的相关规范要
求，广东电网公司企业规范中相关要求可作为设计
参考。
表2 火灾自动报警系统相关规范及图集
表3 环境监控系统相关规范
序号标准编号 标准名称
1 QB 《广东电网变电站视频及环境监控系统技术规范》
2 安全监控系统存在的问题
2．1 铁路行业相关规范的缺失
铁路牵引变电设计、施工人员及设备制造商开展
牵引变电安全监控系统设计、制造、施工时，由于牵引
变电安全监控系统施工／验收规范的缺失造成环监、安
防、火警前端设备安装及系统布线随意，投运时间不长
就发生设备损坏、频繁误报警等现象。运营管理规程
的缺失造成安监系统发现的问题得不到及时的处理，
对于系统误报采取简单关闭报警信息的方式，带来很
大的安全隐患 。技术规范的缺失造成不同工程、不
同厂家设备功能不尽相同，系统性能指标差异明显，与
综合视频监控、消防联动控制等系统很难实现信息共
享及联动的功能。
2．2 安全监控系统设计中存在的问题
2．2．1 专业接口问题
(1)与综合视频监控系统的接口问题
客运专线安全监控系统中的视频监控纳入综合视
频监控系统，由通信专业设计。通信专业摄像头选型
及布点不尽合理，设备运行状况无法清晰反映，同时安
防范围内可能存在死角。视频监控系统与安全监控系
统的灯光控制及防盗、火灾报警并未实现联动功能。
(2)与气体灭火控制系统的接口问题
牵引变电所气体灭火装置、防火阀、轴流风机、压
力释放阀由暖通专业设计，相关控制由变电专业完成。
目前，牵引变电所气体灭火控制系统一般在控制室设
专用的火灾探测器，在防护区外设置气体灭火控制器，
用于启动控制室出入口的声光报警、放气指示及气体
132 铁道标准设计 第58卷
灭火装置。气体灭火控制系统与安全监控系统相互独
立、自成系统，消防设施状态并未纳入监视，不满足
《35～110 kV变电站设计规范》5．0．9条明确要求消防
控制室应与变电站控制室合并设置，《火灾自动报警
设计规范》6．3节对消防控制室的要求能控制显示消
防设备状态的相关要求。
2．2．2 设备选型问题
近年来高速、城际铁路的迅猛发展，部分牵引变电
所受规划、征地等因素影响不得不采用全户内布置方
案，出现了牵引变压器户内布置、电缆夹层、竖井等广
泛应用的特殊布置形式，传统的点型感温、感烟火灾探
测器不满足《火力发电厂与变电站设计防火规范》等
的对不同部位火灾探测器选型的要求。
近期建成的个别枢纽牵引变电所(如京广高速铁
路广州南、郑州东牵引变电所)除承担为多条线路的
牵引供电外，还与电力配电所合建，按国家电网公司
《供电劳动定员标准》来看也属于大型变电站，其火灾
探测器数量特别巨大，现在的环境监控装置已无法提
供足够的开入接口。设计时，只能采取多个分线制火
灾探测器，采用并接方式开入，由此造成一旦发生火灾
将无法精确定位。
2．3 安全监控系统施工中存在的问题
入侵报警设备安装不合理：围墙四角的激光对射
探测器户外安装不合理，造成探测器由于受到雨淋进
水损坏。双鉴门禁探测器及玻璃破碎探测器因安装位
置不合理，容易造成误动和拒动。
2．4 安全监控系统设备制造中存在的问题
安全监控系统设备制造商并未实时追踪安防、火
灾报警、消防联动控制技术的发展。目前，安全监控系
统制造商一般设有环境安全监控装置／报警处理器，用
于对安防、环境、火灾信息进行采集和处理，并用于实
现对室内外照明、切断空调、轴流风机及非消防电源等
联动控制功能。从装置功能配置来看应同时满足《防
盗报警控制器通用技术条件》和《火灾报警控制器》的
相关技术条件。
目前，火灾自动报警系统已采用信号二总线技术，
为适应大规模系统的需要，分线制火灾探测器已逐步
由总线制火灾探测器替代。
然而，安全监控系统制造商大多采用开发综自系
统通用测控装置的方式来开发该装置，将环境、安防及
火灾信息按类似于开关设备四遥量进行处理，火灾探
测器仍选用分线制火灾探测器；采用该装置切除轴流
风机、空调等设备电源，一旦有火灾报警信号，就会切
除相应的电源。该功能实际不满足《火灾自动报警设
计规范》以及《35～110 kV变电站设计规范》5．0．8节
的相关控制功能要求：1)火灾联动控制：需要接收来
自火灾探测器和／或手动火灾报警按钮的1个以上火
灾报警信号才发出控制输出。当接收第一个火灾报警
信号后，在收到后续火灾报警信号前，控制器应进入火
灾报警状态。
3 安全监控系统优化方案
3．1 设计施工应遵循的标准
牵引变电安全监控系统设计过程中，除遵循《铁
路供电调度系统设计规范》外，还应遵循前述国家与
安全监控系统相关的标准。牵引变电安全监控施工过
程中，施工工艺应严格执行《安全防范系统设计与安
装》、《火灾报警及消防控制》等国标图集的相关要求。
3．2 图像监视前端设备的选型及设置
摄像机的安装应考虑与牵引所亭照明系统的配
合，以达到在光线较弱时和夜晚最好的观察效果。摄
像机宜采用低照度摄像机，其设置的高度，室内距地面
不宜低于2．5 m；室外距地面不宜低于3．5 m。
图像监视前端设备建议按以下方案配置：控制室
设置中速球形一体化摄像机，吸顶或墙壁安装，数量一
般为1个，用于监视记录控制室内的工作情况。高压
室设置中速球形一体化摄像机，吸顶或墙壁安装，数量
一般为2个，用于监视记录高压室内的工作情况。电
容器、电抗器室设置中速球形一体化摄像机，吸顶或墙
壁安装，数量一般为1个，用于监视记录电容器室内的
电容的运行情况。电缆夹层设置中速球形一体化摄像
机，墙壁安装，数量一般为1个，用于监视记录电缆夹
层电缆的运行情况。户外220 kV／110 kV侧配电装置
设置室外快速球形摄像机或枪形摄像机，支柱上安装，
数量一般为1个，用于监视记录进线侧设备运行情况。
户外27．5 kV侧配电装置设置室外快速球形摄像机或
枪形摄像机，支柱上安装，数量一般为1个，用于监视
记录馈线侧设备运行情况。控制室楼顶设置室外快速
球形摄像机，数量一般为1个，用于监视所亭全貌。
3．3 入侵检测前端设备的选型及设置
牵引所亭四周设置2．5 m高的实体围墙，属于规
则的外周界，一般选用主动式红外入侵探测器或激光
式探测器，于围墙四角成对安装，数量一般为4对。激
光探测器能量集中，比红外光穿透力强，更能适应雨雾
霜雪沙尘等天气和抗光干扰。
牵引所亭控制室设防火窗，属于建筑物内非正常
出口，一般选用室内用被动式玻璃破碎探测器，于窗户
正对面的吊顶上安装，数量一般为2个。
在控制室、高压室设防火门，属于建筑物内人员正
常出口，为减少误报，一般选用微波和被动红外复合入
第11期 王林一牵引变电安全监控系统优化研究 133
侵探测器，于门正上方安装(距地2．2 m左右，透镜法
线与入侵方向成135。)，数量一般与门数量一致。
3．4 火灾探测器的选型及设置
在控制室、通信室、高压室、电容器室、所用变室、
电缆夹层根据火灾的特点选择火灾探测器，用于火灾
报警。控制室、通信室、高压室、电容器室，一般选用离
子感烟火灾探测器；变压器室、电缆夹层，一般选用缆
式线型感温火灾探测器。
3．5 环境监测设备的设置
控制室设置温湿度传感器，数量一般为1个，用于
监测录控制室内的温度、湿度情况。
控制室楼顶设置风速传感器，数量一般为1个，用
于监测高压场地风力情况。
在电缆沟每隔80 m左右布置1个水浸探测器，电
缆夹层的不同方向入口布置水浸探测器，用于检测电
缆沟、电缆夹层的积水情况。
3．6 安全监控系统中火灾自动报警子系统的设置级
别及相关措施
牵引所亭房屋为一个防火分区，按《铁路防火设
至交流屏消防专用电源回路
至综自系
计规范》其火灾危险性属于丙类，按《火灾自动报警设
计规范》属于二级保护对象，其火灾报警系统宜按区
域报警系统设计。应设置火灾报警控制器(联动型)，
火灾报警控制器置于控制室(兼消防控制室)内，不设
置火灾应急广播，设置火灾警报装置，不设消防专用
电话。
3．7 安全监控系统架构设计
文献[6—8]对安全监控系统方案进行了探讨，但
尚未完全解决安全监控系统存在的问题。鉴于目前安
全监控系统环境安全监控装置／报警处理器产品现状，
同时参照国家电网公司图像监视及安全警卫系统、火
灾自动报警系统相对独立的典型做法：在牵引变电所
亭设置火灾报警控制器，由火灾报警控制器实现对所
亭火灾信息的全面监测，牵引变电所火灾报警控制器
(控制室内)与气体灭火控制器(气体防护区外)可方
便实现对所内消防设施的监控，同时很方便实现相关
的消防联动功能。火灾报警控制器与综自系统接口，
实现火灾信息上传至电调的要求。火灾探测报警子系
统及其消防联动控制系统构成详见图2、图3。
图2 火灾探测报警子系统构成
DC24V电源线NH—BV一500 2×2．5 SC20
图3 火灾探测报警及消防联动控制系统
客运专线／城际铁路牵引所亭安防信息由环境安
全监控装置／报警处理器采集，并与综自系统接口，实
现安防信息上传至电调的要求。
普速铁路牵引所亭视频及安防信息由硬盘录像机
(DVR)采集，并利用独立的视频及安全监控传输通道
上传至调度所。
134 铁道标准设计 第58卷
图4所示为客运专线／城际铁路牵引所亭安防子 系统的构成。
至屏顶交、直流母线
图4 客运专线／城际铁路安防子系统构成
3．8 安全监控系统与相关系统的联动功能设计
3．8．1 与综合视频监控系统的联动功能
安全监控系统检测出安防或火灾告警后，定位告
警发生位置，综合视频监控系统控制对应摄像机云台
转动，在调度台视频终端显示告警点的图像信息。
综合视频监控系统监测点照度不够时，可通过安
全监控系统的室内外照明远程控制功能，打开相应照
明灯具进行补光。
3．8．2 与气体灭火控制系统的联动功能
安全监控系统与气体灭火控制系统联动流程如图
5所示
声光报警
关送回风阀
放气灯亮
发生火情
感烟探测器l J感温探测器
火灾报警控制器接受报警信号
I
气体灭火控制T 石
放气装置启动喷气阀动作
气体灭火控制器接受管道压力开关信号
火灾报警控制器接受喷气信号
确l
认I
火I
情I
紧急停止
手
动
紧
急
停
止
按
钮
图5 安全监控系统与气体灭火控制系统联动流程
在自动控制方式下，触发信号后，应启动设置在该
保护区内的火灾声、光报警器；在接收到第2个触发信
号后，应发出联动控制信号，执行相关联动操作。
3．9 安全监控系统的供电方案
安防系统宜采用两路独立电源供电，并在末端自
动切换；宜采用集中供电方式，采用TN—S制式。火灾
探测报警与灭火系统、火灾应急照明应按Ⅱ类负荷供
电。消防用电设备采用双电源或双回路供电时，应在
最末一级配电箱处自动切换。
考虑到牵引所亭设置27．5 kV、10 kV两台所用变
压器，交流屏从所用变低压侧引入两路独立的电源，运
行方式一主一备，设置电源自动投入装置，投切时间在
3～5 s，满足《建筑防火设计规范》备用电源30 s投入
的要求。由交流屏提供一路安防、消防专用电源。牵
引变电所火灾报警控制器配置备用蓄电池，蓄电池容
量保证交流电源中断后，工作3 h。
3．10 防雷与接地方案
建筑物内的安全防范系统，其防雷设计应采用等
电位连接与共用接地系统的设计原则，并满足《建筑
物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343)的要求。
安全防范系统的电源线、信号线经过不同防雷区的界
面处，宜安装电涌保护器；置于室外的报警信号线输入
和输出端口宜设置信号线路浪涌保护器。
火灾自动报警系统的电气和电子设备的金属外
壳、机柜、机架、金属管、槽、浪涌保护器接地端均应以
最短的距离与等电位连接网络的接地端子连接。
4 结论
本文提出的将安全监控系统中安防及环境监测子
系统与火灾探测报警子系统相对独立设置的系统架
构，能实现对所亭火灾信息及消防设施状态的全面监
视，与变电所气体灭火控制系统接口清晰(无需额外
设置专用火灾探测器)，并便于扩充更为复杂的消防
联动控制功能(如消防水泵、强排风等系统)。
随着安防系统及火灾自动报警系统技术进一步发
展，现阶段的前端设备可能被性能更加优良的设备所
取代，新的国标图集必将用于指导安防系统及火灾自
动报警系统的施工，而合理的安全监控系统架构必将
长期有效。
(下转第151页)
塑＼伯动=／ ～，／～
第11期 胡恩德，巨邦盛，李 波一跨座式单轨交通车辆段试车线长度计算研究 151
车进行空载工况高速动态试验。试车线纵断面设计试
车线全长范围均设计为平坡。车辆最大运行速度为
75 km／h，试验线由于长度条件限制和安全限制最大运
行速度不可以超过65 km／h。高速牵引制动性能试
验，在正线选择平直区段进行 。
2号线试车线设置在大堰村车辆段，也是重庆首
条试车线，最小曲线半径300 m，设计为平坡。受地形
限制，车辆段内设长度700 m 的试车线1条，平坡，有
300 m半径的曲线2处。当曲线不设超高时，其长度
满足45 km／h速度的试车要求；当曲线设2％ 超高时，
其长度满足50 km／h速度的试车要求。此外，修竣车
和新购车的高速牵引制动性能试验，考虑在正线的滨
江路段CK1+450～CK3+700区段进行。该区段全长
约2．25 km，最小曲线半径为300 m，最大坡度为
4．5％0，可满足列车进行75～80 km／h的高速试验¨ 。
重庆目前正在建设的3号线南延伸道角车辆段设
有长度627．6 m试车线，也只能满足中速试车要求。
2号线延伸线白居寺车辆段试车线长度为585．98 m，
尚不能满足中速试车要求的长度，只能满足2号线目
前4辆编组列车中速试车，6辆编组列车低速试验。
重庆长客车辆公司设计的厂内动调线，因厂区条
件很有限，其长度只有400 m 左右，只能用作低速
试车。
7 试车线附属设备
跨座式单轨试车线因其轨面距地面约有2．2 In，
需设置小站台登车，列车前进方向线路末端需设置特
制的车挡。试车房屋一般设在信号楼内，试车线路沿
线设置信号地面设备。
8 结论
(1)为满足新车调试和运营检修的试验要求，车
辆段有条件时，应设计满足车辆高速试车长度要求的
试车线，至少也应满足中速试车要求，当试车线长度不
足时，应在正线选择适合高速试车的区段。
(2)试车线长度计算中，根据平均加速度法和牵
引计算结果，优选牵引计算确定的试车线长度。
(3)车辆动态调试前应经静调合格，安全性验证
通过以后，按编制好的调试大纲进行动态调试。
(4)试车线长度应达到1 300 In以上，至少应为
700 m
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(上接第134页)
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