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基于配网自动化的智能消防系统

更新时间:2016-06-16    已阅读:1418次

基于配网自动化智能消防系统

丁伟,陈益波

(江苏泽宇电力设计有限公司江苏省 南通226000)

Intelligent Fire Control System Based on Distribution Network Automation

DING Wei, CHEN Yibo

(Jiangsu Zeyu Electric Power Design Co., Ltd., Nantong 226000, Jiangsu Province, China)




ABSTRACT: The importance of the security of the distribution substation itself determines the high requirements of intelligent fire control system based on distribution network automation, which is to guarantee the safety of personnel and undertakes the task to enhance the reliability of power supply. The technical characteristics and advantages and disadvantages of the system are introduced in this paper. Intelligent fire control system based on distribution network automation conducts detection of fire occurrence, automatic alarm, and can promptly cut off the power supply according to the location of the fire, and put out the fire. It ensures the high reliability of power supply and distribution, reduces the loss of assets, and lays a foundation for building a first-class distribution network.

KEY WORDS: distribution network; intelligence; fire protection; protection

摘要:配电所本身安全的重要性决定了基于配网自动化智能消防系统的高要求,基于配网自动化智能消防系统担负着保障人员安全和提高供电可靠性的重任。本文着重介绍其技术特性和优缺点,智能消防系统在配网自动化中对火灾发生进行探测,自动报警,并能根据火情位置,及时切断电源,并扑灭火源,确保供配电的高可靠性,减少资产的损失,为建设一流配网奠定基础。

关键词:配网;智能;消防;保护




0  引言

随着国民经济的飞速发展,工业化水平深入推进,人民生活水平迅速提高,对配电网建设水平的要求日益提高。同时,各地区的配电网经多年建设已初具格局,为配网自动化的智能消防建设创造了良好条件。

基于配网自动化智能消防系统是配网自动化系统非常重要的组成部分,其原因一方面是因为高压供电设备生产安装要求严格,任何细微的错误都有可能导致设备故障,甚至爆炸,加之配电站所电气设备排布密集,提高了火患的可能性。另一方面是配电站所的设备价格昂贵、信息集成程度高,如果发生火灾事故,不但造成人员伤亡,而且突然中断供电,在政治、经济上造成的不利影响比一般火灾严重得多,甚至会引发社会秩序的混乱。

目前,配电所的消防主要依靠人员巡检和人民的监督,在预防火灾和火灾初期不能及时作出反应,往往在火情迅速蔓延的阶段才得以发觉,这时火情已经难以控制,这就会造成社会财富的巨大损失。为降低火灾造成的影响,智能消防系统应运而生。将消防系统接入配网自动化系统,赋予消防系统新的生命,使其具有逻辑判断的能力,既能提高效率,又减少劳动力的浪费,把火灾消灭在萌芽阶段,这就是基于配网自动化的智能消防系统。

1  设计方案

1.1  火灾探测器

火焰、温度和燃烧烟雾是火灾基本现象,火灾探测器也是基于这些物理现象而发出警告等相应的信息,典型火灾过程如图1所示。

从图1可看出,火灾在初起和阴燃阶段占据整个过程相当长的时间,处于上升阶段,是最佳的灭火时期;火焰燃烧阶段火焰扩散,火势蔓延,烟雾浓度和温度迅速上升,随后烟雾和温度达到整个火灾过程峰值,是火势最旺盛阶段,最难扑灭阶段[1]

根据以往的实际情况,物质在燃烧前会产生一些烟雾,然后周围温度逐渐升高,同时发出光。物质由初始阶段到全燃阶段是有一段时间的,在这一时间段内,会产生许多物理现象,火灾探测器把捕捉到的这些物理现象转变为电信号,发送给消防控制器。由于燃烧物质的不同,燃烧发出的物理现象也会有所差别。同样,不同的电气设备需要不同的探测器。

1  典型火灾过程

Fig. 1  Process of typical fire

火灾探测器基本功能如图2所示。

2  火灾探测器功能

Fig. 2  Function of fire detector

火灾探测器分为:感烟型、感温型、感光烟温复合型及气体型探测器;按照监控范围的不同又分为点型和线型两大类探测器。点型探测器是只能对安装处周围的各种因素进行监控,而线型探测器则能够对一条线路上的各种因素进行监控,其监控范围较点型探测器广。常用探测器性能特点如表1所示。

1  火灾探测器类型

Tab. 1  Types of fire detector

类别

探测器型

性能特点

感烟探测器

点型、离子感烟探测器

灵敏度高、性能稳定

点型、光电感烟探测器

灵敏度高、性能稳定

感温探测器

感温、点型探测器

高可靠性、适应性强

缆式、线型、感温探测器

高稳定性、适应性强

火焰探测器

适用于产生明火的火患、监控范围广

感烟探测器适用于产生大量烟雾、少量光和热的场所。

点型感烟探测器适用于电子计算机机房、通讯机房、档案室、消防控制室等场所。

离子感烟探测器对烟雾气溶胶的检测非常灵敏,可靠性高,能对环境参数进行连续监测,但其响应时间慢,而且报废后对环境有污染。

感温式火灾探测器,顾名思义就是利用环境的温度变化进行监测。适用于物质燃烧释放出大量热的场所,根据不同的作用原理可将其分为3类:差温型、定温型、差定温型。其中差温型多作用于火灾初始阶段,财产损失较小,但其灵敏度较低,较易出现漏报的情况;定温型当火情温度变化较大时,比较稳定,但财产损失较大;差定温型具有差温型探测器的优点但又比其更加可靠、灵敏[2]

1.2  火灾探测器的选用

根据火灾类型和形成规律选择:

1)火灾在阴燃阶段产生大量烟雾、少量光和热的场所,选择感烟型探测器。

2)对火灾发展迅速,产生大量光和热、烟雾等的场所,选用感烟型、感温型、火焰型探测器或它们的组合。

3)对火势发展非常快,产生很多光和大量热,并有少许少烟雾的场所,选用火焰型探测器。

4)对于情况特别复杂,火灾全过程无法预料的场所,可以进行预估模拟实验,根据实验分析得到的结果选用最适合的探测器[3]

1.3  配电所内配电柜火灾探测器的布置

1)每个配电柜至少应布置1个火灾探测器。

2)感烟、感温探测器的保护半径和面积应该满足相关标准的要求。

3)在配电柜设置探测器时最好居中布置,并且探测器的下端不要出现直接遮挡物。

4)靠近空调或者智能环境监测系统的通风口,需根据实际情况下调感温监测温度。

5)在配电柜内S型缠绕绝缘性很高的火探管[4]

1.4  配电所内智能消防的主要介质选择

1)灭火剂选择。

供电系统内配电站所的火灾属于C类火灾,可以选择灭火器的类型有:惰性气体灭火器、干粉灭火器、二氧化碳灭火器[5]

配电站所内设备运行中着火时,首先切断配电站内的总电源,再采取相关消防措施。如果由于其他原因未能迅速断电,可选用CO2CCl41211灭火器或干粉灭火器等,但必须根据相关规程或标准保持足够的安全距离,在扑灭配电站所电气设备的火灾过程中,最小距离为40 cm[6]。由于某些特殊原因,电气设备未能及时切断电源时,可选用CCl4灭火器,由于CCl4不燃烧也不导电的特性,对电气设备发生的火灾具有较好的灭火作用,但CCl4具有毒性,当吸入较多的CCl4时会有生命危险,可用于短时补救措施;由于配电所多建于人员密集区,勿大量使用CCl4灭火器。CO2灭火器最适合扑救电气及电子设备发生的火灾,CO2没有腐蚀作用,不致损坏设备,在配电站智能消防系统中也选用二氧化碳作为灭火气体。在配电站所中绝对不能选用酸碱或泡沫灭火器,其灭火介质不仅有导电性,还会强烈腐蚀电气设备,造成额外损失,且事后不易清除[7]

灭火剂用量设计应按下式计算:

   M=QV                 (1)

式中:M为灭火剂设计容量,kgQ为一个单位容量所需灭火剂的最小量,kg/m3V为防护区的容  积,m3

灭火剂的实际用量应按下式计算:

G =PN                 (2)

式中:GMG为灭火剂的实际用量,kgP为单个灭火系统贮存容器的灭火剂充装量,kgN为灭火系统贮存容器的数量;M为灭火系统的灭火剂设计用量,kg

2)灭火剂容器选择。

工作压力:工作压力应符合相关的规定;

强度要求:在1.5倍工作压力下进行液压强度试验。试验时间为3 min,不允许出现明显的残余变形,不允许出现渗漏现象;

密封要求:在1.1倍工作压力下进行液压强度试验,容器不出现气泡泄漏;

超压要求:在3倍工作压力下进行液压强度试验,容器不得有破裂现象;

自检功能:消防控制器对容器压力即时监控,保证其正常工作压力,若有异常,发出报警信息,并通过站所自动化设备上传远方终端,由相关人员进行检测调试或更换等事宜[8]

2  基于配网自动化的智能消防系统基本原理

2.1  消防供电

消防电力负荷,担负为整个消防系统供电的重任。采用双电源的双回路供电方式,由段、段站用变开关柜经ATS双电源切换装置接入,备用电源从配电站所直流馈电屏接入,保证其工作12 h,防止主供电源发生火灾断电[9]

2.2  火灾报警原理

当火灾探测器检测到火灾基本物理现象时,将烟感、温度等的脉冲信号传输给配电所消防控制器和站所终端,站所终端通过通信线路发送给自动化远程终端,同时控制器发出报警信息,输出联动信号,启动相关消防灭火设备,灭火气体喷出,及时扑灭火源。自动情况下,在收到报警信号后,系统按照预先设定的逻辑关系,输出自动控制指令,启动相关消防设施。在手动情况下,应能根据控制台传出手工操作信号,实现对终端的高精度控制。

自动化远程终端保存火情数据,便于日后分析检查;终端人员也可通过智能机器人实时影像配合探测器数据,获取最新的火情,更好地调配人员和工具配置,更快地扑灭火灾,进一步减少社会财富的损失,降低不利影响[8]

2.3  配电所智能综合管控系统

需要对站所内烟雾、温度进行监测,将信息实时的采集并传递到远程监控中心,当烟雾、温湿度高于正常指标时,会产生报警并自动开启空调等设备,将温湿度调节到正常范围内;

需要对站所基础的压力容器的气压进行监测,当气压低于一定指标时,自动报警并通过远程数据中心快速通知相关人员进行处理;

为了确保城市供电系统的稳定可靠,提高配电站管理的智能化、信息化管理水平,满足配网状态检修的需求,降低检修人员的劳动强度,需要结合物联网技术实现配电站所内部的信息数据的采集。

1)智能烟雾传感器。

正常系统供电电压:12/24 V,无极性;

最小:8.5 V

最大:35 V

最大纹波电压:30%,峰值;

最大静态电流:50 μA

最大报警电流:20 mA 

报警触点容量:0.5 Amp@30 VAC/DC

报警复位时间:0.3 s

上电时间:15 s

机械参数如下:

工作温度范围:-10 ℃,0~49 ℃;

工作湿度范围:10%RH~95%RH,无凝结;

贮存温度范围:-20~70℃;

直径(含底座)135 mm

高度(含底座)51 mm

重量:179 g

2)智能压力传感器。

产品特点:全不锈钢激光焊接结构,多极抗压保护,高抗压性;多种结构形式可选,适合不同介质液位的精密测量;MEAS扩散硅芯体,使用温度宽,精度高、稳定性好;0~5 MPa内量程可选;过压过流反向极性电路保护,可靠性高;安装简便,实用性广。

输出形式:4~20 mA0~10 mA0~5 V

供电电源:DC 24 V(12~32 V)

量程范围:0~5 MPa (最小量程0.1 MPa)

准确度等级:0.5~0.2级;

介质温度:-20~70℃;

环境温度:-10~60℃;

响应时间:50 ms

负载能力:电流型500 Ω,电压型≧3 kΩ

可重复性:±0.1F·S

长期稳定性:±0.1F·S/y

非线性:±0.2F·S

热力零点温漂:±0.02F·S/℃;

过载压力:2倍量程;

电气连接:电缆连接;

测量介质:油、水等与316不锈钢兼容介质,避免安装在机械振动和较强电磁干扰的环境下;

壳体材料:普通不锈钢/316L不锈钢;

防护等级:IP 68

3)智能温湿度传感器。

直流供电:24 V(12~24 V)

湿度准确度:±3%RH(5%RH~95%RH25 )

温度:±0.5 (0~50 )

显示分辨率:0.1%RH

温度:0.1 ℃;

大屏显示数字化温湿度变送器工作温度:-10~60℃;

长期稳定性:<1%RH/y

温度:<0.1 /y

响应时间:<15 s(1 m/s风速)

输出信号:RS485/RS232

传感器的布置要求能够覆盖配电站内所有检测点,传感器的布置应该远离空调等相关调节设备。整个系统的安装实施,要求遵循电气安全规范,确保系统运行安全以及稳定。

2.4  呼叫平台

在站所内建设语音呼叫平台,实现进入运维人员进入站所授权,紧急情况汇报,以及就运维检修情况进行信息沟通。

1)选择建设移动手机信号网络(移动、联通、电信)方案:需要根据站所内环境情况选择移动信号中继器的数量及安装的位置。信号天线安装在站所内顶部,信号控制箱安装在墙壁上。

2)选择建设有线IP电话网络:IP电话通讯系统由IP程控交换机、电话录音系统和IP电话组成。其中,站端设备(1IP程控交换机和1套电话录音系统)组一面屏安装在变电站内的站所监控室,IP程控交换机负责电话系统的交换、号码分配、IP话机注册、验证、业务管理等功能,电话录音系统负责中继线路录音,整个系统实现系统内IP电话之间及与外部电话点对点的全双工通话。前端设备(IP电话)在站所每个防火分区均安装一部,接入分区内视频及环境监控系统的光纤以太网交换机,通过传输平台连接至隧道监控室的IP程控交换机。由程控交换机对站所内的IP电话进行放号,实现IP-PBX的功能,IP-PBX交换机通过环路中继与电力公司内部的行政交换机进行互联,局端行政交换机放置4个小号给变电站的IP-PBX交换机使用,同时,电话录音系统对这4个小号中继进行录音[10]

2.5  后台系统交互及用户体验

1)运行管理。

状态数据采集与处理:在满足设备状态管理功能的前提下,实现数据集合的最小化,以最少的数据提供最优的设备状态信息。

状态系统监控与调整:实现所有的主要设备状态监控(烟感、温度、压力等)均要进入系统,实现集中、统一的画面监视。

状态信息归档管理:为了对设备及环境状态进行实时数据管理,以便有效进行故障分析和设备状态预警分析,实现对实时计量信号和报警信号进行不同时间粒度的短期及长期归档,时间粒度可根据管理需要进行设置。

设备运行管理:主要对关键的设备实行集中管理,并建立检修档案,制定设备检修计划。并对设备的检修记录进行跟踪并可查询、统计;对设备状态参数进行记录并可查询、统计。

2)故障信息处理。

状态故障报警:状态综合过程监控的报警要实现分级报警和多媒体报警。对重要现场设备的故障信号参数超限与温度、烟感状态等进行报警。

状态事件及故障管理:有新的报警产生时,报警条目要以预定颜色的闪烁,并伴有音响或语音提示。报警可定义为若干级,如异常报警,事故报警等。电力系统报警要支持SOE显示功能。解决简单故障、降低重大事故损失。

3)故障诊断。

设备运行故障预测:综合生产排查信息、检修计划信息、非计划停工信息、生产状态信息、运行方式变更信息以及设备状态监测数据。

2.6  应用案例

由于CO2相对于其他灭火剂有着很大的优势,所以本案例采用CO2灭火剂,具体安装方式如图3和图4所示。

3  消防设备平面布置图

Fig. 3  Layout plan of fire equipment

对配电所内每一个部分设备铺设管道连接到灭火剂,当探测器检测到火患发生时,报警系统随即启动,同时在火源范围内的灭火喷头释放灭火介质到保护区域,达到自动灭火的目的,灭火控制方式为自动,同时将本次灭火过程及结果上传到远方终端,便于日后分析检查。如图3所示,将火患分成各个部分进行预防,在实际情况中可能出现电气设备发生爆炸,火势迅速向四周蔓延的情况,这就需要在配电配电所四周墙壁和屋顶安装消防设施来扑灭火情。这样就形成,局部到整体的预防和消防,防消结合。

4  消防管道安装方式

Fig. 4  Installation method of fire pipeline

本案例中灭火剂分散就地安放于靠近电气设备处,需要占用相应的空间,适用于空间比较大的配电站所,然而部分配电站所由于特殊原因,空间比较狭窄,灭火剂安放使用集中方式,即选用大容量的灭火剂,然后通过管道分散输送到各个设备,此方法管道中压力值可能相对较低,所以需要保证管道的正常工作压力。各个配电所应根据自身情况和未来的裕度来选择合适的分布方式,以便达到最佳的消防效果。

3  基于配网自动化的智能消防系统相对于其它系统的先进性

基于配网自动化的智能消防系统的主旨是以御防为主,对火灾发生进行实时监测和自动报警,并能根据信号端子信息,找出故障所在,及时对配电所内的消防设备、电气设备以及广播等装置进行联动控制,精确火患范围,进行局部自动灭火,确保配电所及相关配电设施安全,最大限度地减少社会财富的损失。相对于传统设施的全配电所覆盖,这种精确、局部灭火方式是极大的进步,也降低了的成本,减少清理区域。

将智能消防系统与配网自动化系统相结合,进一步提高了国网公司劳动生产率。操作人员可以在远方终端清晰地了解到配电所的消防情况,通过配电所终端实时传输的数据了解电气设备和消防设施的运行情况,即使发生火灾,也能通过智能机器人将现场影像传输给控制中心的操作人员,方便制定计划和人员调配。

实施区内各项经济技术指标将达到以下水平:电压合格率99.99%供电可靠率99.999%ƒ智能消防覆盖率100%

同时本系统也存在不足:该系统需要大量精密仪器及相关辅助系统,前期人力、物力、财力投入较大,涉及若干设备联调、多个部门之间的相互合作,需要各部门之间加强信息共享、深入交流,为建设国家一流配网、保障社会和谐稳定而努力。

4  效益分析

4.1  经济效益

基于配网自动化的智能消防系统一方面实现火灾信息的采集与监控,多数火情无需现场采取措施,有效节约日常相关成本。另一方面,基于配网自动化的智能消防系统运用先进的设备和技术,改变传统故障检测模式,大幅缩短检测时间,减少出车次数,降低人工、工具配置、故障检测等成本。

4.2  社会效益

1)提高供电质量,改善供电服务

基于配网自动化的智能消防系统提高了火灾故障处理速度,通过探测器对站所内配电设备的实时监视,做到及时发现,即时处理,减少故障停电时间,提高设备运行可靠性,进一步提高供电可靠率,提高电能质量,提高政府和社会对供电企业的满意率。

2)拉动经济,促进产业发展

基于配网自动化的智能消防系统的实施区域一般是在市区中心,是商业、政治、经济活动的中心,是经济生产的关键区域,重要负荷密集,故障停电对于学校、医院、银行等重要用户,可能造成重大经济损失、人身伤亡甚至重大政治影响。实现智能消防系统后,避免因火患中断供电给工商业用户带来巨大损失,从而产生可观的经济效益和隐形的社会积极效应。

5  结论

科学技术是第一生产力。由于微电子技术和智能通信水平的迅速发展,消防控制技术随之也有很大进步,而且扩大了智能消防系统的功能应用。相信智能消防系统在不久的将来能为配电网安全保驾护航。通过智能消防系统的建设,进一步提升电网智能化水平,电压合格率和供电可靠性等指标得到提升,将在提高供电公司的客户服务水平的同时,也将提升国家电网公司的整体企业形象,起到一定社会效应和经济效应。

参考文献

[1] 徐鹤生周广连建筑消防系统[M]北京高等教育出版社2010

[2] 孙景芝电气消防[M]北京中国建筑工业出版社2006

[3] 郭树林孙英男建筑消防工程设计手册[M]北京中国建筑工业出版社2012

[4] 中国工程建设标准化协会探火管灭火装置技术规:  CECS3452013[S]北京:中国计划出版社,2014

[5] 刘思亮建筑供配电[M]北京中国建筑工业出版社1997

[6] 焦留成供配电设计手册[M]北京: 中国计划出版社1999

[7] 中华人民共和国建设部火力发电厂与变电站设计防火规范GB502292006[S]北京:中国计划出版社2007

[8] 龚静配电网综合自动化技术[M]北京机械工业出版社2014

[9] 中华人民共和国住房和城乡建设部建筑设计防火规范GB500162014[S]北京:中国计划出版社2004

[10] 方忠祥智能建筑设备自动化系统设计与实施[M]北京机械工业出版社2013

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