變電站智慧消防解決方案

前言

電網(wǎng)的穩(wěn)定運行不僅是電力企業(yè)發(fā)揮社會效益和提高企業(yè)經(jīng)濟效益的保證，也是社會穩(wěn)定、經(jīng)濟發(fā)展的基礎，具有戰(zhàn)略地位。變電站作為整個電網(wǎng)輸變電系統(tǒng)的重要組成部分，起著承上啟下的重要作用，而變電站的火災防護，又直接影響其能否安全運行，因此變電站的消防安全至關重要。

變電站的傳統(tǒng)消防設置方法不能較早發(fā)現(xiàn)火災隱患，對于火災確認不具備快速高效的技術手段。為了保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行，避免因消防技術水平落后給社會穩(wěn)定、經(jīng)濟發(fā)展帶來不良影響，如何在早期發(fā)現(xiàn)火災、確認火災、撲滅火災，成為亟待解決的消防安全課題。

變電站智慧消防系統(tǒng)在火災探測手段上，基于傳統(tǒng)探測傳感設備、增加早期探測傳感設備;在火災趨勢研判上，輔以狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù);在火災確認上，利用安防視頻監(jiān)控方式確認火災;在網(wǎng)絡傳輸上，利用高保密性、高安全性的電力物聯(lián)網(wǎng)。通過選用變電站智慧消防系統(tǒng)，能綜合早期探測傳感器探測信息、狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)特征信息，及早發(fā)現(xiàn)危險趨勢，做到早發(fā)現(xiàn)早排除;在有火災報警信息時，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)確認火警的真實與否，做到滅火時不漏動、不誤動。發(fā)揮電力物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，使得消防系統(tǒng)能真正做到精準、智慧，能夠更好的保證電網(wǎng)的消防安全。

目前，電網(wǎng)公司正圍繞建設“具有中國特色國際領先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)”戰(zhàn)略目標奮進。其中，安全可靠消防系統(tǒng)的建設，是電網(wǎng)基礎設施有效安全運行的重要保障，是保證戰(zhàn)略目標實現(xiàn)的重要前提。

我們在傳統(tǒng)消防系統(tǒng)建設的基礎上，增加早期預警探測設備、結合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、輔以狀態(tài)監(jiān)測手段、遠程控制滅火系統(tǒng)的手段，將消防系統(tǒng)融入電力物聯(lián)網(wǎng)，制定了變電站智慧消防系統(tǒng)解決策略。

01、變電站傳統(tǒng)消防系統(tǒng)

傳統(tǒng)的消防系統(tǒng)按照相應的規(guī)范標準進行產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、設計、調(diào)試、驗收。

傳感探測功能：以點型煙霧、點型溫度、點型火焰、線型煙霧、纜式溫度傳感為主，輔助人工報警功能完成探測報警功能;

監(jiān)控功能：以火災報警控制器、消防聯(lián)動控制器完成系統(tǒng)監(jiān)控功能;

滅火功能：以消火栓、噴淋、細水霧、氣體、干粉滅火等手段實現(xiàn)其滅火功能;

信息傳輸功能：通過用戶信息傳輸裝置、通訊接口模塊等設備實現(xiàn)。

根據(jù)《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》、《火力發(fā)電廠與變電站設計防火標準》傳統(tǒng)消防系統(tǒng)由火災傳感器、消防警報、火災報警控制器、消防應急廣播、消防專用電話、電氣火災監(jiān)控、消防設備電源監(jiān)控、消防應急照明和疏散指示、水滅火系統(tǒng)、特殊滅火系統(tǒng)等不同的系統(tǒng)設備組合而成。

傳統(tǒng)消防感知探測設備主要有：點型感煙火災探測器、線型光束感煙火災探測器、點型感溫火災探測器、纜式線型火災探測器、火焰探測器等設備。

傳統(tǒng)消防滅火系統(tǒng)設備主要有：自動噴水滅火系統(tǒng)、消火栓滅火系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)、細水霧滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、超細干粉滅火系統(tǒng)等。

變電站傳統(tǒng)消防系統(tǒng)有其天然缺點。煙霧、溫度等物理量達到指定狀態(tài)時進行報警，報警時一般火災已經(jīng)產(chǎn)生或火勢較大，已經(jīng)產(chǎn)生危害并造成損失，不利于初期控制;設備進行預報警時狀態(tài)單一，分為報警、故障狀態(tài)，不具備實時數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，不能進行數(shù)據(jù)分析，不能進行趨勢變化研判，由于缺少中間數(shù)據(jù)，不具備隱患發(fā)現(xiàn)及排查功能;信息對外傳輸時，只具備上傳功能，不具備下傳控制功能，且信息量單一，不利于統(tǒng)一監(jiān)視管理，不能進行遠程控制;滅火聯(lián)動時依賴的邏輯關系為設備的狀態(tài)信息，不能對現(xiàn)場情況進行二次核實;維護管理一般按照傳統(tǒng)紙質(zhì)文件記錄，管理手段落后，不符合快速響應及大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展要求。

02、智慧消防系統(tǒng)實施方案研究

融入電力物聯(lián)網(wǎng)的變電站智慧消防系統(tǒng)同樣包含4層框架：感知層、網(wǎng)絡層、平臺層、應用層，是電力物聯(lián)網(wǎng)的具體實踐。但它并不是孤立的，而是融入了電力物聯(lián)網(wǎng)的消防，是電力物聯(lián)網(wǎng)的一部分。

融入電力物聯(lián)網(wǎng)的變電站智慧消防系統(tǒng)組成描述如下：

普通感知探測系統(tǒng)：由點型感煙、感溫火災探測器、線型感煙、感溫火災探測器、火焰探測器等設備組成。

早期感知探測系統(tǒng)：由線型光纖感溫火災探測系統(tǒng)、吸氣式感煙火災探測系統(tǒng)、紅外熱成像在線監(jiān)測系統(tǒng)設備組成。

視頻在線監(jiān)控系統(tǒng)：視頻在線監(jiān)控系統(tǒng)在變電站中一般已經(jīng)存在，可以根據(jù)建設情況采取直接利用或加以改造。

滅火系統(tǒng)設備：滅火系統(tǒng)設備包括自動噴水滅火系統(tǒng)設備、室內(nèi)外消火栓滅火系統(tǒng)、細水霧系統(tǒng)滅火設備、氣體滅火設備、干粉滅火設備等組成。

03、變電站智慧消防早期感知探測系統(tǒng)

變電站重要一次設備包括：變壓器、高壓斷路器、隔離開關、母線、避雷器、電容器、電抗器等設備。變電站重要區(qū)域包括：主控室、繼電保護室、配電室、站用電室、蓄電池室、通訊機房、電纜橋架、電纜豎井、電纜夾層等區(qū)域。

這些重要的設備及區(qū)域一旦發(fā)生火災危險將影響變電站的安全運行。如何早期發(fā)現(xiàn)隱患及研判隱患發(fā)展趨勢成為火災防控的重要手段。

火災隱患及火災隱患發(fā)展趨勢通過線型光纖感溫火災探測系統(tǒng)、吸氣式感煙火災探測系統(tǒng)、紅外熱成像在線監(jiān)測系統(tǒng)設備組成的早期感知探測系統(tǒng)實現(xiàn)，通過感知溫度變化、煙霧顆粒變化實現(xiàn)早探測、早報警、早分析、早處理的目的。對于保護變電站處理早期隱患、將火災事故止于萌芽階段起著至關重要的作用。

紅外熱成像在線監(jiān)測系統(tǒng)組成：探測器、電源箱、傳輸設備、工作站(監(jiān)測軟件)等設備。

設置部位：變壓器、變壓器油枕、絕緣套管、互感器等電氣裝置。

探測原理：運用光電技術檢測物體熱輻射的紅外線特定波段信號，將該信號轉(zhuǎn)換成可供人類視覺分辨的圖像和圖形，并進一步計算出溫度值。

系統(tǒng)優(yōu)勢包括：

先進獨特：可見光和紅外熱成像同時檢測;前端可獨立測溫;紅外圖像的每個像素點的溫度數(shù)據(jù)實時無損無壓縮傳至監(jiān)控中心，可供軟件實時點、線、面測溫。

自動追蹤：圖像最高溫度點自動追蹤并實時顯示，鼠標取點測溫對圖像上任意位置進行溫度提取和顯示，預制方框內(nèi)最高溫度自動追蹤和實時顯示;

安全探測：非接觸式測溫，不干擾被測溫度場，不停電;

可靠性高、誤報率低：系統(tǒng)具有紅外熱成像和測溫雙重功能，同時將溫度數(shù)據(jù)與圖像信息相結合進行算法分析，確保火災信息源的一致性，并搭配彩色圖像視頻進行人工確認。

測量范圍廣：紅外探測器搭接自動巡航跟蹤系統(tǒng)，能夠遠距離、多角度地精確監(jiān)測多個熱源目標。

系統(tǒng)作用：系統(tǒng)監(jiān)測變壓器、變壓器油枕、絕緣套管、互感器等電氣設備的表面溫度異常狀態(tài)，從而監(jiān)測電弧、短路、燒毀、起火危險。

吸氣式感煙火災探測系統(tǒng)組成包括吸氣式感煙火災探測器、采樣管網(wǎng)、采樣點、電源模塊、組網(wǎng)模塊、工作站(監(jiān)測分析軟件)等軟硬件設備。

設置部位：主控室、繼電保護室、配電室、站用電室、蓄電池室、通訊機房、電纜橋架等部位。

探測原理：吸氣式感煙火災探測系統(tǒng)是通過空氣采樣管把保護區(qū)的空氣樣本吸入探測器進行分析從而進行火災的早期預警的火災探測報警設備系統(tǒng)。

關鍵技術：煙霧粒子智能識別算法、高精密煙霧濃度標定計量方法、煙霧多級過濾、人工智能預警報警算法、基于空氣動力學的氣路結構優(yōu)化。

系統(tǒng)優(yōu)勢：極早期高靈敏度探測：相較于傳統(tǒng)的點型感煙火災探測設備，吸氣式感煙火災探測器的探測靈敏度極高，為傳統(tǒng)點型感煙火災探測器的1000倍左右。

誤報率低：探測器采用前后向、雙波長激光散射技術，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法處理，極大地提高了產(chǎn)品抗誤報能力。

自學習功能：24小時環(huán)境自學習，避免環(huán)境變化的影響，克服傳統(tǒng)的只能設置固定閾值的弊端。

管路布置靈活：每臺探測器可設置4根采樣管路，管路敷設路徑和采樣孔的設置根據(jù)現(xiàn)場情況靈活安排，方便設計和施工。

探測點本質(zhì)安全、抗干擾能力強：管路和采樣點均可采用非金屬材料，可以做到本質(zhì)安全、不受電磁干擾;現(xiàn)場不帶電，方便維護保養(yǎng)檢修。

線型光纖感溫火災探測系統(tǒng)系統(tǒng)組成：線型光纖感溫火災探測器、感溫光纖、組網(wǎng)模塊、工作站(監(jiān)測分析軟件)等軟硬件設備。

設置部位：室內(nèi)變壓器、室外變壓器、電纜橋架、電纜隧道、電纜夾層、電纜豎井等部位。

探測原理：依據(jù)光纖的光時域反射(OTDR)和后向拉曼(Raman)散射溫度效應。將探測光纖敷設于待測空間，光纖主機將激光光束發(fā)射到探測光纜中，并實時采集沿著光纖反射回來的拉曼散射光，并對這些光信號進行分析和處理，從而得出整條光纖上的溫度分布信息。將該溫度信息與預設的報警參數(shù)值進行比較，當滿足報警條件時，發(fā)出報警信息。

關鍵技術：高頻脈沖激光技術、光纖喇曼光譜技術、光波分復用技術、光時域反射技術、高頻信號采集技術、微弱信號處理技術。

系統(tǒng)優(yōu)勢：安全穩(wěn)定：測溫光纖本身即為傳感器，實現(xiàn)光電隔離、抗干擾，本質(zhì)安全，穩(wěn)定可靠;

報警方式靈活：根據(jù)需要設置、調(diào)整報警閾值;可采用定溫、差溫、差定溫等不同的報警方式;可以以點或區(qū)域報警;

報警范圍大：單通道最長可達10KM;

定位精度高：測點的布置密度可達米級;

報警值精確：可實時在線監(jiān)測報警值，測量精度在1 ℃以內(nèi);

04、變電站消防水監(jiān)測系統(tǒng)

采用有效的探測報警手段解決了探測感知的問題，能第一時間掌握火災發(fā)生的具體情況。能否進行有效滅火成為消防的重要保證。變電站滅火系統(tǒng)分為自動噴水滅火系統(tǒng)、室內(nèi)(外)消火栓滅火系統(tǒng)、特殊滅火系統(tǒng)。

這些滅火系統(tǒng)在真正發(fā)生火災危險時起著至關重要的作用，但長期以來缺乏有效的狀態(tài)監(jiān)控措施，設施的開通運行率及完好率處于較低的水平。采用傳感器技術、通訊技術、數(shù)據(jù)庫技術實時采集各個系統(tǒng)的狀態(tài)信息，通過通信手段傳輸至消防控制室，通過監(jiān)控系統(tǒng)對各個部位的數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)各個系統(tǒng)發(fā)生故障、報警的原因，從而提出維護的有效方案，使得各個系統(tǒng)處于良好的運行狀態(tài)，真正需要的時候發(fā)揮系統(tǒng)的滅火作用，保障變電站處于消防安全的狀態(tài)。以下是各種探測信息的具體設置方法：

水壓信號

在自動噴水滅火系統(tǒng)末端試水裝置處、最不利點消火栓箱處、室外消火栓取水管道處安裝水壓探測傳感器;

液位信號

在消防水池、消防水箱處設置液位探測傳感器;

低壓泄露報警信號

氣體滅火系統(tǒng)、超細干粉滅火系統(tǒng)設置低壓泄漏報警探測器，便于遠程監(jiān)控啟動狀態(tài)和欠壓狀態(tài)。

通過水壓、水位探測傳感器，探測器實時把信號送至消防控制室，對自動噴水滅火系統(tǒng)、室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)的水壓、液位情況實時監(jiān)測。通過低壓泄露報警傳感器的設置當氣體滅火系統(tǒng)或者超細干粉滅火系統(tǒng)裝置出現(xiàn)泄露壓力值降低時，會將信號傳送至消防控制室，系統(tǒng)會進行異常情況報警提醒，便于管理人員及時做出處理。

05、變電站智慧消防視頻在線監(jiān)控系統(tǒng)

在《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》中要求需要火災自動報警系統(tǒng)聯(lián)動控制的消防設備，其聯(lián)動觸發(fā)信號應采用兩個獨立的報警觸發(fā)裝置報警信號的“與”邏輯組合。多數(shù)變電站為無人值守變電站，探測器報警信息是否準確，是否發(fā)生誤報現(xiàn)象運用傳統(tǒng)的技術手段不便確認，滅火是否有效更無從談起。

變電站中已經(jīng)普及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在變電站智慧消防解決方案中，火災報警后，采用視頻在線監(jiān)控系統(tǒng)進行確認成為行之有效的手段。將感知探測器報警信息與視頻在線監(jiān)控系統(tǒng)進行信息交互，視頻在線監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)探測器報警信息的地理位置進行視頻確認，確認后進行是否滅火或者采取其他措施的判斷，這樣能夠做到探測報警、報警確認、聯(lián)動滅火的萬無一失。

06、變電站智慧消防系統(tǒng)的特點

1.智慧感知：傳統(tǒng)感知與早期感知相結合，做到早期發(fā)現(xiàn)火災隱患。

2.智慧傳輸：數(shù)據(jù)傳輸設備在原有基礎上增加數(shù)據(jù)信息網(wǎng)閘的功能，可智慧判斷哪些數(shù)據(jù)可出或可進;具備防火墻功能，可讓該設備兩端的網(wǎng)絡、設備、系統(tǒng)更安全更可靠;增加網(wǎng)關、網(wǎng)橋的功能，使得變電站智慧消防網(wǎng)絡和電力物聯(lián)網(wǎng)之間可互聯(lián)互通。

3.智慧研判：根據(jù)感知設備的詳盡數(shù)據(jù)，可以做到數(shù)據(jù)精確、定位準確的早期趨勢研判。

4.智慧滅火：感知信息輔以視頻在線監(jiān)控系統(tǒng)，能更加及時準確地確認事故，使得遠程監(jiān)控滅火有的放矢，及時準確。

5.智慧維保：系統(tǒng)設備的感知設備、控制設備、供電設備的故障報警信息、滅火系統(tǒng)欠壓、泄漏報警等信息均能在第一時間及時有效地到達控制中心，工作人員第一時間便可查看并安排維護;設備保養(yǎng)信息采用專用組件進行管理，保養(yǎng)周期第一時間提示，做到及時有效保養(yǎng)。

融入電力物聯(lián)網(wǎng)的變電站智慧消防系統(tǒng)能夠彌補傳統(tǒng)消防報警系統(tǒng)的缺點，做到及早報警、智慧研判、有效滅火、智慧維保，是建設電力物聯(lián)網(wǎng)的必不可少的組成部分，是建設具有中國特色國際領先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)戰(zhàn)略落地實施的有力保障。

傳統(tǒng)消防技術與早期感知探測系統(tǒng)相結合共同融入電力物聯(lián)網(wǎng)，使得消防系統(tǒng)不再孤立，使得報警設備感知信息做到火災發(fā)展的各個階段均能可靠感知，感知信息傳至平臺層以便應用，消防感知層設備結合視頻監(jiān)控等輔助確認手段，使得消防更加智慧智能，使得滅火更加可靠更加穩(wěn)定，使得融入電力物聯(lián)網(wǎng)的消防系統(tǒng)更加智慧，使得加入變電站智慧消防系統(tǒng)的電力物聯(lián)網(wǎng)更加全面、更加豐富、更加安全，變電站智慧消防為建設具有中國特色國際領先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)戰(zhàn)略目標保駕護航。

來源：金利達技術，侵刪