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        疏散模式下接觸軌系統(tǒng)控制方案研究

        2013-09-04 01:46:16丁大鵬
        關(guān)鍵詞:變電所藍(lán)光區(qū)間

        丁大鵬

        (中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

        1 概述

        地鐵空間較為封閉,進(jìn)出方式單一,站內(nèi)人員密集,一旦發(fā)生嚴(yán)重事故,后果不堪設(shè)想。地鐵事故多分為車站或區(qū)間火災(zāi)、列車火災(zāi)、列車相撞、恐怖襲擊等。在軌道交通系統(tǒng)發(fā)生的災(zāi)害中,火災(zāi)占的比例最高,并且大多是列車火災(zāi)。近30年來(lái),僅在歐洲和北美就發(fā)生的重大地鐵、輕軌火災(zāi)50多起,最近的有:2003年2月18日韓國(guó)大邱地鐵縱火案,126人死亡,318人失蹤;2003年1月英國(guó)倫敦地鐵列車撞擊月臺(tái)引發(fā)大火,造成32人受傷[1]。因此,事故狀態(tài)下乘客疏散尤為重要,好的疏散設(shè)計(jì)方案可以最大可能地減少人員傷亡,將國(guó)家財(cái)產(chǎn)損失減至最低。

        接觸軌由于其具有景觀效果好、供電可靠性高、對(duì)土建工程影響小及維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)內(nèi)諸多城市的地鐵項(xiàng)目中被采用,如北京地鐵、廣州地鐵、深圳地鐵等。但由于安裝位置較低,會(huì)對(duì)進(jìn)入軌行區(qū)的工作人員和乘客人身安全造成極大的威脅。因此,地鐵疏散和救援活動(dòng)中必須考慮對(duì)于接觸軌系統(tǒng)的應(yīng)急處置。

        2 地鐵火災(zāi)事故特征

        地鐵火災(zāi)一般有以下幾個(gè)方面的特性[2]。

        (1)煙氣流動(dòng)速度快。由于地鐵封閉空間,因此造成比地面建筑更大的潛在危險(xiǎn)。煙熱最集中的地方恰恰是狹長(zhǎng)的通道、出入口等處,這些極不利于撲救和疏散工作的進(jìn)行。

        (2)能見(jiàn)度低。地鐵發(fā)生火災(zāi)時(shí),一旦電源切斷,地下空間一片昏黑,即使采用了事故照明燈,但由于濃煙遮光,能見(jiàn)度仍然很低,人們不易辨識(shí)方向和路線,影響疏散和滅火速度。

        (3)隧道狹小,擁擠踏傷情況嚴(yán)重。由于地鐵區(qū)間隧道走行軌間有效的疏散寬度較窄,因此一旦發(fā)生事故,驚慌失措的逃難者亂沖亂撞,這樣必然會(huì)造成跌倒踏傷事故。

        (4)障礙物多,疏散速度慢。隧道兩側(cè)墻上密布電纜托架、信號(hào)機(jī)、消防箱等多種設(shè)備,地面上有行走軌、排水溝、消防供水管等設(shè)備,再加上乘客對(duì)地形不熟悉等,必然造成疏散速度緩慢。

        (5)易造成人員傷亡。地鐵火災(zāi)產(chǎn)生的濃煙和高溫是造成人員傷亡的主要原因?;馂?zāi)時(shí),隨著CO等有毒氣體的升高,人們受到的威脅逐漸加大。

        (6)指揮決策實(shí)施慢。地鐵建筑屬地下工程,線長(zhǎng)面廣,指揮員一時(shí)難以確定起火點(diǎn)和遇難人員集中點(diǎn),再加上地下通訊聯(lián)絡(luò)不便,給現(xiàn)場(chǎng)指揮組織滅火和撲救增加了極大的困難。

        3 疏散救援狀態(tài)下對(duì)接觸軌牽引供電系統(tǒng)的要求

        BS EN 50122—1:1998規(guī)定直流牽引地鐵工程中,可觸帶電體的電位長(zhǎng)期允許值不得高于120 V,車間(庫(kù)內(nèi))或者類似場(chǎng)所,帶電體電位長(zhǎng)期允許值不得高于60 V。其瞬時(shí)和暫時(shí)狀態(tài)不同時(shí)限電位允許值見(jiàn)表 1 和表 2[3]。

        表1 瞬時(shí)狀態(tài)不同時(shí)限電位允許值

        表2 暫時(shí)狀態(tài)不同時(shí)限電位允許值

        接觸軌作為向列車輸送直流1 500 V(或者750 V)電能的介質(zhì),一般安裝在距離軌面不到500 mm的位置,帶電狀態(tài)下其電壓遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的限值。因此疏散救援狀態(tài)下對(duì)接觸軌牽引供電系統(tǒng)的要求一為:切斷疏散路徑上接觸軌電源,保證軌行區(qū)內(nèi)人員安全。

        地鐵范圍內(nèi)發(fā)生緊急事故并且需要疏散救援時(shí),如果通過(guò)控制中心電力調(diào)度人員進(jìn)行牽引供電系統(tǒng)的相關(guān)操作,往往由于地下通信不暢、溝通不充分及電力監(jiān)控系統(tǒng)操作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等原因,不能達(dá)到最佳效果。因此疏散救援狀態(tài)下對(duì)接觸軌牽引供電系統(tǒng)的要求二為:第一時(shí)間在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行牽引電源切換操作,保證操作的準(zhǔn)確性和快速性。

        根據(jù)以上要求,當(dāng)列車在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)需要就地緊急疏散時(shí),為保證乘客在第一時(shí)間快速疏散,應(yīng)在車站及區(qū)間適當(dāng)位置設(shè)置緊急停電按鈕,以快速切斷相關(guān)接觸軌電源。國(guó)內(nèi)目前一般作法是只在車站綜控室IBP盤上設(shè)置緊急停電按鈕,這樣其緊急停電權(quán)限僅局限于綜控室管理人員。國(guó)外通常作法是在車站站臺(tái)及隧道內(nèi)同時(shí)設(shè)置接觸軌緊急停電按鈕[4]。

        4 接觸軌緊急停電功能的實(shí)現(xiàn)

        4.1 相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

        《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50157—2003)自實(shí)施以來(lái),明確了地鐵工程中諸多的技術(shù)問(wèn)題,為近幾年地鐵的設(shè)計(jì)工作奠定了基礎(chǔ)。但是在地鐵緊急疏散設(shè)計(jì)措施方面,該規(guī)范暫時(shí)還沒(méi)有與牽引供電系統(tǒng)相關(guān)的規(guī)定。NFPA 130是由美國(guó)國(guó)家消防協(xié)會(huì)制定頒布的關(guān)于軌道交通消防設(shè)計(jì)的規(guī)范,它涉及專業(yè)較為全面,被公認(rèn)為是解決地鐵消防問(wèn)題的最適宜及完善的標(biāo)準(zhǔn)[5]。該規(guī)范規(guī)定:地鐵沿線應(yīng)設(shè)置藍(lán)光站。工作人員可通過(guò)藍(lán)光站電話與中心監(jiān)控站聯(lián)系并切斷牽引供電系統(tǒng)。藍(lán)光站應(yīng)顯示相關(guān)逃生信息,顯示到達(dá)出入口的路徑及位置,顯示所處位置以及距離每個(gè)出入口的距離。

        沿線應(yīng)在如下位置設(shè)置藍(lán)光站:

        (1)車站站臺(tái)的端頭;

        (2)逃生橫通道;

        (3)緊急逃生點(diǎn);

        (4)牽引變電所;

        (5)有管轄權(quán)的職能部門所要求的地下鐵路軌旁 [6]。

        藍(lán)光站配備有通信電話、接觸網(wǎng)帶電狀態(tài)顯示燈、ECO和引導(dǎo)用的藍(lán)燈,如圖1所示[7]。

        圖1 藍(lán)光站外形

        4.2 地下線路ECO的設(shè)置

        地鐵線路一般地處城市內(nèi)部,站間距較小,多為1 km左右。若采用直流1 500 V電壓等級(jí)向列車供電,由于其供電能力較強(qiáng),牽引變電所通常隔站設(shè)置。如圖2所示,A、B、C是地鐵3個(gè)車站,其站間距均按照1 km考慮,A、C站分別設(shè)置牽引變電所,構(gòu)成一個(gè)牽引供電分區(qū)?!兜罔F設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50157—2003)規(guī)定:兩條單線區(qū)間隧道之間,當(dāng)隧道連貫長(zhǎng)度大于600 m時(shí),應(yīng)設(shè)聯(lián)絡(luò)通道[8]。因此兩個(gè)區(qū)間分別在中間位置設(shè)置橫向逃生通道α和β,將全部區(qū)間分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個(gè)區(qū)段。

        圖2 火災(zāi)時(shí)區(qū)間疏散示意

        4.2.1 列車行駛至Ⅰ區(qū)間發(fā)生火災(zāi)停車,進(jìn)行乘客疏散

        考慮到列車發(fā)生火災(zāi)的部位以及和就近逃生點(diǎn)的距離,會(huì)有以下3種疏散路徑。

        (1)乘客向A車站疏散

        列車尾部發(fā)生火情,乘客從列車頭部向A站疏散。列車司機(jī)在向地鐵控制中心報(bào)告火情的同時(shí),應(yīng)迅速切斷疏散路徑上的接觸軌電源,并密切觀察接觸軌帶電狀態(tài),引導(dǎo)乘客疏散。因此有必要在區(qū)間隧道沿線設(shè)置ECO,采用合理的間隔距離設(shè)置ECO可使現(xiàn)場(chǎng)人員在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行斷電操作,提高逃生幾率。區(qū)間隧道內(nèi),除了在逃生橫通道處設(shè)置ECO外,NPFA 130未要求在其他地點(diǎn)設(shè)置。因此區(qū)間隧道沿線ECO的設(shè)置建議按照NPFA 130內(nèi)規(guī)定的設(shè)置逃生橫通道的間隔距離考慮,即每隔244 m上下行分別設(shè)置ECO,且距離車站最近的ECO距離車站不應(yīng)大于244 m。

        區(qū)間列車發(fā)生火災(zāi)時(shí),救援人員需要快速?gòu)腁站進(jìn)入軌行區(qū),趕往事故現(xiàn)場(chǎng)。因此建議在車站端頭處設(shè)置ECO,以快速切斷所在區(qū)段接觸軌電源,保證前往救援人員的人身安全。NFPA 130同樣要求在車站端頭設(shè)置藍(lán)光站。

        (2)乘客經(jīng)α橫通道向A車站或B車站疏散

        地下區(qū)間逃生橫通道的設(shè)計(jì),是將非事故隧道視為安全區(qū)域,列車司機(jī)或者前往救援人員會(huì)根據(jù)列車起火部位的不同引導(dǎo)乘客向就近的車站或者逃生橫通道疏散。當(dāng)車頭部位發(fā)生火災(zāi)事故時(shí),乘客需要由車尾部開(kāi)始疏散,途經(jīng)α橫通道進(jìn)入下行隧道區(qū)間,然后沿下行區(qū)間進(jìn)入A站或者B站。因此除了要在區(qū)間隧道沿線設(shè)置ECO外,還需要在每個(gè)逃生橫通道設(shè)置。

        (3)乘客從車頭和車尾分別向A車站和α橫通道疏散

        列車中部起火,乘客從列車兩端分別向前后兩個(gè)方向進(jìn)行疏散。因此需要在車站站臺(tái)、區(qū)間隧道沿線和逃生橫通道處設(shè)置ECO。

        4.2.2 列車行駛至Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)間發(fā)生火災(zāi)停車,進(jìn)行乘客疏散緊急停電要求同4.2.1中所述。

        4.3 高架區(qū)間ECO設(shè)置

        地鐵工程中,高架區(qū)間是敞開(kāi)式空間,只要人快速疏散至距火災(zāi)源一定距離,煙熱對(duì)人造成傷害就很有限。然后再向車站或者開(kāi)闊地面繼續(xù)撤離,直至抵達(dá)安全地帶。地鐵工程中線路敷設(shè)方式采用高架橋梁的區(qū)段一般處于非城市中心地帶,因此站間距較大,甚至有的工程高架區(qū)間長(zhǎng)度超過(guò)6 km。若列車在區(qū)間發(fā)生火險(xiǎn),沿線路向兩端車站撤離,由于距離相鄰車站過(guò)遠(yuǎn),對(duì)疏散很不利。此外高架區(qū)間空間狹小,驚慌失措、秩序混亂的疏散人群在撤離過(guò)程中很容易發(fā)生觸電事故。因此高架區(qū)間適宜位置設(shè)置ECO,有利于事故時(shí)快速、準(zhǔn)確的斷電操作。NPFA 130規(guī)定:高架區(qū)間最少每隔762 m設(shè)置緊急逃生點(diǎn),使乘客等人員能夠通過(guò)移動(dòng)式梯子從高架橋上撤離,也可使救援人員快速進(jìn)入事故現(xiàn)場(chǎng);每個(gè)緊急逃生點(diǎn)設(shè)置藍(lán)光站。建議高架區(qū)間ECO的設(shè)置遵循NPFA 130的規(guī)定:(1)在區(qū)間逃生點(diǎn)設(shè)置;(2)區(qū)間每隔762 m上下行分別設(shè)置。

        4.4 ECO控制系統(tǒng)

        緊急停電按鈕的功能是在牽引供電系統(tǒng)直流雙邊聯(lián)跳原理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的[9]。ECO操作應(yīng)具有最高的優(yōu)先級(jí)。觸發(fā)后,其他任何地方都無(wú)法使其合閘。只有工作人員現(xiàn)場(chǎng)將ECO復(fù)位后,分閘直流斷路器閉鎖關(guān)系才能解除,從而進(jìn)行當(dāng)?shù)鼗蜻h(yuǎn)方的合閘操作。

        4.4.1 車站站臺(tái)ECO

        在設(shè)置了牽引變電所的車站,ECO可通過(guò)控制電纜接入該車站牽引變電所SCADA監(jiān)控盤直流斷路器聯(lián)跳回路,從而實(shí)現(xiàn)向相應(yīng)直流快速斷路器發(fā)送分閘命令的功能,同時(shí)聯(lián)跳相鄰牽引變電所對(duì)應(yīng)直流開(kāi)關(guān),最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)供電分區(qū)的斷電。在沒(méi)有設(shè)置牽引變電所的車站,ECO可通過(guò)控制電纜接入就近牽引變電所SCADA監(jiān)控盤直流斷路器聯(lián)跳回路。

        4.4.2 區(qū)間ECO

        ECO通過(guò)控制電纜接入就近牽引變電所SCADA監(jiān)控盤直流斷路器聯(lián)跳回路。

        5 架空接觸網(wǎng)ECO設(shè)置

        采用架空接觸網(wǎng)供電的地鐵工程,由于接觸網(wǎng)設(shè)置于列車上部,而且接觸網(wǎng)支柱和導(dǎo)線嚴(yán)格絕緣且每根支柱都有良好的接地,不會(huì)對(duì)軌行區(qū)內(nèi)人員造成電擊危險(xiǎn)。NPFA 130規(guī)定:對(duì)于藍(lán)光站在采用架空接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)中的設(shè)置,可采用批準(zhǔn)的替代方法切除牽引供電。國(guó)外目前常規(guī)做法是在牽引變電所內(nèi)設(shè)置ECO,便于在需要時(shí)快速切除本所牽引供電[10]。

        6 結(jié)語(yǔ)

        在接觸軌供電系統(tǒng)中,事故狀態(tài)下能否準(zhǔn)確、快速的切斷接觸軌電源,對(duì)疏散救援的成功與否有著重大的意義,上述對(duì)接觸軌系統(tǒng)ECO的控制方式、設(shè)置地點(diǎn)等問(wèn)題分析,希望能對(duì)相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供借鑒,并提出如下建議。

        (1)接觸軌或接觸網(wǎng)牽引供電系統(tǒng),均在控制中心設(shè)置ECO,控制全線牽引供電系統(tǒng)。進(jìn)一步提高牽引供電系統(tǒng)應(yīng)急處置的靈活性,提高救援的可靠性。

        (2)線路上設(shè)置的ECO考慮集成電話和接觸軌帶電顯示燈,按照NPFA 130規(guī)定的藍(lán)光站標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配置。

        (3)建議新版《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》考慮和牽引供電相關(guān)的消防緊急疏散設(shè)計(jì)措施,給設(shè)計(jì)工作者提供更好的指導(dǎo)。

        [1]張?zhí)K敏.地鐵火災(zāi)事故的預(yù)防及應(yīng)對(duì)措施[J].上海鐵道科技,2004(6):25-26.

        [2]董漢達(dá),顧建林,等.上海地鐵一號(hào)線防火工作探討[J].海消防,1996(4):26-28.

        [3]BS EN 50122—1:1998 Railway applications-Fixed installations-Part 1:Protection provisions relating to electrical safety and earthing[S].EU:European Committee for Electrotechnical Standardization,1998.

        [4]于松偉,周菁,韓連祥,張維,王凱建.直流1500V接觸軌系統(tǒng)的安全防護(hù)[J].都市快軌交通,2010(1):5-10.

        [5]洪若榮.關(guān)于地鐵的安全疏散設(shè)計(jì)[J].都市快軌交通,2007(2):18-21.

        [6]NFPA 130 standard for fixed guideway transit and passenger rail system[S].USA:National Fire Protection Association(NFPA),2010.

        [7]Siemens AG.Design Description Integration of ECO Switches in Blue Light Station System[G],2010.

        [8]北京城建設(shè)計(jì)研究總院.GB50157—2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2003.

        [9]江安.緊急停電按鈕在軌道交通接觸軌供電中的應(yīng)用[J].都市快軌交通,2010(2):99-102.

        [10]SYSTRA.Traction and Auxiliaries Power Supply[G].Extension of MMMP,2009.

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