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基于配網自動化的智能消防系統

更新時間:2016-06-16    已閱讀:1028次

基于配網自動化智能消防系統

丁偉,陳益波

(江蘇澤宇電力設計有限公司江蘇省 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:配電所本身安全的重要性決定了基于配網自動化智能消防系統的高要求,基于配網自動化智能消防系統擔負著保障人員安全和提高供電可靠性的重任。本文著重介紹其技術特性和優缺點,智能消防系統在配網自動化中對火災發生進行探測,自動報警,并能根據火情位置,及時切斷電源,并撲滅火源,確保供配電的高可靠性,減少資產的損失,為建設一流配網奠定基礎。

關鍵詞:配網;智能;消防;保護




0  引言

隨著國民經濟的飛速發展,工業化水平深入推進,人民生活水平迅速提高,對配電網建設水平的要求日益提高。同時,各地區的配電網經多年建設已初具格局,為配網自動化的智能消防建設創造了良好條件。

基于配網自動化智能消防系統是配網自動化系統非常重要的組成部分,其原因一方面是因為高壓供電設備生產安裝要求嚴格,任何細微的錯誤都有可能導致設備故障,甚至爆炸,加之配電站所電氣設備排布密集,提高了火患的可能性。另一方面是配電站所的設備價格昂貴、信息集成程度高,如果發生火災事故,不但造成人員傷亡,而且突然中斷供電,在政治、經濟上造成的不利影響比一般火災嚴重得多,甚至會引發社會秩序的混亂。

目前,配電所的消防主要依靠人員巡檢和人民的監督,在預防火災和火災初期不能及時作出反應,往往在火情迅速蔓延的階段才得以發覺,這時火情已經難以控制,這就會造成社會財富的巨大損失。為降低火災造成的影響,智能消防系統應運而生。將消防系統接入配網自動化系統,賦予消防系統新的生命,使其具有邏輯判斷的能力,既能提高效率,又減少勞動力的浪費,把火災消滅在萌芽階段,這就是基于配網自動化的智能消防系統。

1  設計方案

1.1  火災探測器

火焰、溫度和燃燒煙霧是火災基本現象,火災探測器也是基于這些物理現象而發出警告等相應的信息,典型火災過程如圖1所示。

從圖1可看出,火災在初起和陰燃階段占據整個過程相當長的時間,處于上升階段,是最佳的滅火時期;火焰燃燒階段火焰擴散,火勢蔓延,煙霧濃度和溫度迅速上升,隨后煙霧和溫度達到整個火災過程峰值,是火勢最旺盛階段,最難撲滅階段[1]

根據以往的實際情況,物質在燃燒前會產生一些煙霧,然后周圍溫度逐漸升高,同時發出光。物質由初始階段到全燃階段是有一段時間的,在這一時間段內,會產生許多物理現象,火災探測器把捕捉到的這些物理現象轉變為電信號,發送給消防控制器。由于燃燒物質的不同,燃燒發出的物理現象也會有所差別。同樣,不同的電氣設備需要不同的探測器。

1  典型火災過程

Fig. 1  Process of typical fire

火災探測器基本功能如圖2所示。

2  火災探測器功能

Fig. 2  Function of fire detector

火災探測器分為:感煙型、感溫型、感光煙溫復合型及氣體型探測器;按照監控范圍的不同又分為點型和線型兩大類探測器。點型探測器是只能對安裝處周圍的各種因素進行監控,而線型探測器則能夠對一條線路上的各種因素進行監控,其監控范圍較點型探測器廣。常用探測器性能特點如表1所示。

1  火災探測器類型

Tab. 1  Types of fire detector

類別

探測器型

性能特點

感煙探測器

點型、離子感煙探測器

靈敏度高、性能穩定

點型、光電感煙探測器

靈敏度高、性能穩定

感溫探測器

感溫、點型探測器

高可靠性、適應性強

纜式、線型、感溫探測器

高穩定性、適應性強

火焰探測器

適用于產生明火的火患、監控范圍廣

感煙探測器適用于產生大量煙霧、少量光和熱的場所。

點型感煙探測器適用于電子計算機機房、通訊機房、檔案室、消防控制室等場所。

離子感煙探測器對煙霧氣溶膠的檢測非常靈敏,可靠性高,能對環境參數進行連續監測,但其響應時間慢,而且報廢后對環境有污染。

感溫式火災探測器,顧名思義就是利用環境的溫度變化進行監測。適用于物質燃燒釋放出大量熱的場所,根據不同的作用原理可將其分為3類:差溫型、定溫型、差定溫型。其中差溫型多作用于火災初始階段,財產損失較小,但其靈敏度較低,較易出現漏報的情況;定溫型當火情溫度變化較大時,比較穩定,但財產損失較大;差定溫型具有差溫型探測器的優點但又比其更加可靠、靈敏[2]

1.2  火災探測器的選用

根據火災類型和形成規律選擇:

1)火災在陰燃階段產生大量煙霧、少量光和熱的場所,選擇感煙型探測器。

2)對火災發展迅速,產生大量光和熱、煙霧等的場所,選用感煙型、感溫型、火焰型探測器或它們的組合。

3)對火勢發展非常快,產生很多光和大量熱,并有少許少煙霧的場所,選用火焰型探測器。

4)對于情況特別復雜,火災全過程無法預料的場所,可以進行預估模擬實驗,根據實驗分析得到的結果選用最適合的探測器[3]

1.3  配電所內配電柜火災探測器的布置

1)每個配電柜至少應布置1個火災探測器。

2)感煙、感溫探測器的保護半徑和面積應該滿足相關標準的要求。

3)在配電柜設置探測器時最好居中布置,并且探測器的下端不要出現直接遮擋物。

4)靠近空調或者智能環境監測系統的通風口,需根據實際情況下調感溫監測溫度。

5)在配電柜內S型纏繞絕緣性很高的火探管[4]

1.4  配電所內智能消防的主要介質選擇

1)滅火劑選擇。

供電系統內配電站所的火災屬于C類火災,可以選擇滅火器的類型有:惰性氣體滅火器、干粉滅火器、二氧化碳滅火器[5]

配電站所內設備運行中著火時,首先切斷配電站內的總電源,再采取相關消防措施。如果由于其他原因未能迅速斷電,可選用CO2CCl41211滅火器或干粉滅火器等,但必須根據相關規程或標準保持足夠的安全距離,在撲滅配電站所電氣設備的火災過程中,最小距離為40 cm[6]。由于某些特殊原因,電氣設備未能及時切斷電源時,可選用CCl4滅火器,由于CCl4不燃燒也不導電的特性,對電氣設備發生的火災具有較好的滅火作用,但CCl4具有毒性,當吸入較多的CCl4時會有生命危險,可用于短時補救措施;由于配電所多建于人員密集區,勿大量使用CCl4滅火器。CO2滅火器最適合撲救電氣及電子設備發生的火災,CO2沒有腐蝕作用,不致損壞設備,在配電站智能消防系統中也選用二氧化碳作為滅火氣體。在配電站所中絕對不能選用酸堿或泡沫滅火器,其滅火介質不僅有導電性,還會強烈腐蝕電氣設備,造成額外損失,且事后不易清除[7]

滅火劑用量設計應按下式計算:

   M=QV                 (1)

式中:M為滅火劑設計容量,kgQ為一個單位容量所需滅火劑的最小量,kg/m3V為防護區的容  積,m3

滅火劑的實際用量應按下式計算:

G =PN                 (2)

式中:GMG為滅火劑的實際用量,kgP為單個滅火系統貯存容器的滅火劑充裝量,kgN為滅火系統貯存容器的數量;M為滅火系統的滅火劑設計用量,kg

2)滅火劑容器選擇。

工作壓力:工作壓力應符合相關的規定;

強度要求:在1.5倍工作壓力下進行液壓強度試驗。試驗時間為3 min,不允許出現明顯的殘余變形,不允許出現滲漏現象;

密封要求:在1.1倍工作壓力下進行液壓強度試驗,容器不出現氣泡泄漏;

超壓要求:在3倍工作壓力下進行液壓強度試驗,容器不得有破裂現象;

自檢功能:消防控制器對容器壓力即時監控,保證其正常工作壓力,若有異常,發出報警信息,并通過站所自動化設備上傳遠方終端,由相關人員進行檢測調試或更換等事宜[8]

2  基于配網自動化的智能消防系統基本原理

2.1  消防供電

消防電力負荷,擔負為整個消防系統供電的重任。采用雙電源的雙回路供電方式,由段、段站用變開關柜經ATS雙電源切換裝置接入,備用電源從配電站所直流饋電屏接入,保證其工作12 h,防止主供電源發生火災斷電[9]

2.2  火災報警原理

當火災探測器檢測到火災基本物理現象時,將煙感、溫度等的脈沖信號傳輸給配電所消防控制器和站所終端,站所終端通過通信線路發送給自動化遠程終端,同時控制器發出報警信息,輸出聯動信號,啟動相關消防滅火設備,滅火氣體噴出,及時撲滅火源。自動情況下,在收到報警信號后,系統按照預先設定的邏輯關系,輸出自動控制指令,啟動相關消防設施。在手動情況下,應能根據控制臺傳出手工操作信號,實現對終端的高精度控制。

自動化遠程終端保存火情數據,便于日后分析檢查;終端人員也可通過智能機器人實時影像配合探測器數據,獲取最新的火情,更好地調配人員和工具配置,更快地撲滅火災,進一步減少社會財富的損失,降低不利影響[8]

2.3  配電所智能綜合管控系統

需要對站所內煙霧、溫度進行監測,將信息實時的采集并傳遞到遠程監控中心,當煙霧、溫濕度高于正常指標時,會產生報警并自動開啟空調等設備,將溫濕度調節到正常范圍內;

需要對站所基礎的壓力容器的氣壓進行監測,當氣壓低于一定指標時,自動報警并通過遠程數據中心快速通知相關人員進行處理;

為了確保城市供電系統的穩定可靠,提高配電站管理的智能化、信息化管理水平,滿足配網狀態檢修的需求,降低檢修人員的勞動強度,需要結合物聯網技術實現配電站所內部的信息數據的采集。

1)智能煙霧傳感器。

正常系統供電電壓:12/24 V,無極性;

最小:8.5 V

最大:35 V

最大紋波電壓:30%,峰值;

最大靜態電流:50 μA

最大報警電流:20 mA 

報警觸點容量:0.5 [email protected] VAC/DC

報警復位時間:0.3 s

上電時間:15 s

機械參數如下:

工作溫度范圍:-10 ℃,0~49 ℃;

工作濕度范圍:10%RH~95%RH,無凝結;

貯存溫度范圍:-20~70℃;

直徑(含底座)135 mm

高度(含底座)51 mm

重量:179 g

2)智能壓力傳感器。

產品特點:全不銹鋼激光焊接結構,多極抗壓保護,高抗壓性;多種結構形式可選,適合不同介質液位的精密測量;MEAS擴散硅芯體,使用溫度寬,精度高、穩定性好;0~5 MPa內量程可選;過壓過流反向極性電路保護,可靠性高;安裝簡便,實用性廣。

輸出形式:4~20 mA0~10 mA0~5 V

供電電源:DC 24 V(12~32 V)

量程范圍:0~5 MPa (最小量程0.1 MPa)

準確度等級:0.5~0.2級;

介質溫度:-20~70℃;

環境溫度:-10~60℃;

響應時間:50 ms

負載能力:電流型500 Ω,電壓型≧3 kΩ

可重復性:±0.1F·S

長期穩定性:±0.1F·S/y

非線性:±0.2F·S

熱力零點溫漂:±0.02F·S/℃;

過載壓力:2倍量程;

電氣連接:電纜連接;

測量介質:油、水等與316不銹鋼兼容介質,避免安裝在機械振動和較強電磁干擾的環境下;

殼體材料:普通不銹鋼/316L不銹鋼;

防護等級:IP 68

3)智能溫濕度傳感器。

直流供電:24 V(12~24 V)

濕度準確度:±3%RH(5%RH~95%RH25 )

溫度:±0.5 (0~50 )

顯示分辨率:0.1%RH

溫度:0.1 ℃;

大屏顯示數字化溫濕度變送器工作溫度:-10~60℃;

長期穩定性:<1%RH/y

溫度:<0.1 /y

響應時間:<15 s(1 m/s風速)

輸出信號:RS485/RS232

傳感器的布置要求能夠覆蓋配電站內所有檢測點,傳感器的布置應該遠離空調等相關調節設備。整個系統的安裝實施,要求遵循電氣安全規范,確保系統運行安全以及穩定。

2.4  呼叫平臺

在站所內建設語音呼叫平臺,實現進入運維人員進入站所授權,緊急情況匯報,以及就運維檢修情況進行信息溝通。

1)選擇建設移動手機信號網絡(移動、聯通、電信)方案:需要根據站所內環境情況選擇移動信號中繼器的數量及安裝的位置。信號天線安裝在站所內頂部,信號控制箱安裝在墻壁上。

2)選擇建設有線IP電話網絡:IP電話通訊系統由IP程控交換機、電話錄音系統和IP電話組成。其中,站端設備(1IP程控交換機和1套電話錄音系統)組一面屏安裝在變電站內的站所監控室,IP程控交換機負責電話系統的交換、號碼分配、IP話機注冊、驗證、業務管理等功能,電話錄音系統負責中繼線路錄音,整個系統實現系統內IP電話之間及與外部電話點對點的全雙工通話。前端設備(IP電話)在站所每個防火分區均安裝一部,接入分區內視頻及環境監控系統的光纖以太網交換機,通過傳輸平臺連接至隧道監控室的IP程控交換機。由程控交換機對站所內的IP電話進行放號,實現IP-PBX的功能,IP-PBX交換機通過環路中繼與電力公司內部的行政交換機進行互聯,局端行政交換機放置4個小號給變電站的IP-PBX交換機使用,同時,電話錄音系統對這4個小號中繼進行錄音[10]

2.5  后臺系統交互及用戶體驗

1)運行管理。

狀態數據采集與處理:在滿足設備狀態管理功能的前提下,實現數據集合的最小化,以最少的數據提供最優的設備狀態信息。

狀態系統監控與調整:實現所有的主要設備狀態監控(煙感、溫度、壓力等)均要進入系統,實現集中、統一的畫面監視。

狀態信息歸檔管理:為了對設備及環境狀態進行實時數據管理,以便有效進行故障分析和設備狀態預警分析,實現對實時計量信號和報警信號進行不同時間粒度的短期及長期歸檔,時間粒度可根據管理需要進行設置。

設備運行管理:主要對關鍵的設備實行集中管理,并建立檢修檔案,制定設備檢修計劃。并對設備的檢修記錄進行跟蹤并可查詢、統計;對設備狀態參數進行記錄并可查詢、統計。

2)故障信息處理。

狀態故障報警:狀態綜合過程監控的報警要實現分級報警和多媒體報警。對重要現場設備的故障信號參數超限與溫度、煙感狀態等進行報警。

狀態事件及故障管理:有新的報警產生時,報警條目要以預定顏色的閃爍,并伴有音響或語音提示。報警可定義為若干級,如異常報警,事故報警等。電力系統報警要支持SOE顯示功能。解決簡單故障、降低重大事故損失。

3)故障診斷。

設備運行故障預測:綜合生產排查信息、檢修計劃信息、非計劃停工信息、生產狀態信息、運行方式變更信息以及設備狀態監測數據。

2.6  應用案例

由于CO2相對于其他滅火劑有著很大的優勢,所以本案例采用CO2滅火劑,具體安裝方式如圖3和圖4所示。

3  消防設備平面布置圖

Fig. 3  Layout plan of fire equipment

對配電所內每一個部分設備鋪設管道連接到滅火劑,當探測器檢測到火患發生時,報警系統隨即啟動,同時在火源范圍內的滅火噴頭釋放滅火介質到保護區域,達到自動滅火的目的,滅火控制方式為自動,同時將本次滅火過程及結果上傳到遠方終端,便于日后分析檢查。如圖3所示,將火患分成各個部分進行預防,在實際情況中可能出現電氣設備發生爆炸,火勢迅速向四周蔓延的情況,這就需要在配電配電所四周墻壁和屋頂安裝消防設施來撲滅火情。這樣就形成,局部到整體的預防和消防,防消結合。

4  消防管道安裝方式

Fig. 4  Installation method of fire pipeline

本案例中滅火劑分散就地安放于靠近電氣設備處,需要占用相應的空間,適用于空間比較大的配電站所,然而部分配電站所由于特殊原因,空間比較狹窄,滅火劑安放使用集中方式,即選用大容量的滅火劑,然后通過管道分散輸送到各個設備,此方法管道中壓力值可能相對較低,所以需要保證管道的正常工作壓力。各個配電所應根據自身情況和未來的裕度來選擇合適的分布方式,以便達到最佳的消防效果。

3  基于配網自動化的智能消防系統相對于其它系統的先進性

基于配網自動化的智能消防系統的主旨是以御防為主,對火災發生進行實時監測和自動報警,并能根據信號端子信息,找出故障所在,及時對配電所內的消防設備、電氣設備以及廣播等裝置進行聯動控制,精確火患范圍,進行局部自動滅火,確保配電所及相關配電設施安全,最大限度地減少社會財富的損失。相對于傳統設施的全配電所覆蓋,這種精確、局部滅火方式是極大的進步,也降低了的成本,減少清理區域。

將智能消防系統與配網自動化系統相結合,進一步提高了國網公司勞動生產率。操作人員可以在遠方終端清晰地了解到配電所的消防情況,通過配電所終端實時傳輸的數據了解電氣設備和消防設施的運行情況,即使發生火災,也能通過智能機器人將現場影像傳輸給控制中心的操作人員,方便制定計劃和人員調配。

實施區內各項經濟技術指標將達到以下水平:?電壓合格率99.99%?供電可靠率99.999%?智能消防覆蓋率100%

同時本系統也存在不足:該系統需要大量精密儀器及相關輔助系統,前期人力、物力、財力投入較大,涉及若干設備聯調、多個部門之間的相互合作,需要各部門之間加強信息共享、深入交流,為建設國家一流配網、保障社會和諧穩定而努力。

4  效益分析

4.1  經濟效益

基于配網自動化的智能消防系統一方面實現火災信息的采集與監控,多數火情無需現場采取措施,有效節約日常相關成本。另一方面,基于配網自動化的智能消防系統運用先進的設備和技術,改變傳統故障檢測模式,大幅縮短檢測時間,減少出車次數,降低人工、工具配置、故障檢測等成本。

4.2  社會效益

1)提高供電質量,改善供電服務

基于配網自動化的智能消防系統提高了火災故障處理速度,通過探測器對站所內配電設備的實時監視,做到及時發現,即時處理,減少故障停電時間,提高設備運行可靠性,進一步提高供電可靠率,提高電能質量,提高政府和社會對供電企業的滿意率。

2)拉動經濟,促進產業發展

基于配網自動化的智能消防系統的實施區域一般是在市區中心,是商業、政治、經濟活動的中心,是經濟生產的關鍵區域,重要負荷密集,故障停電對于學校、醫院、銀行等重要用戶,可能造成重大經濟損失、人身傷亡甚至重大政治影響。實現智能消防系統后,避免因火患中斷供電給工商業用戶帶來巨大損失,從而產生可觀的經濟效益和隱形的社會積極效應。

5  結論

科學技術是第一生產力。由于微電子技術和智能通信水平的迅速發展,消防控制技術隨之也有很大進步,而且擴大了智能消防系統的功能應用。相信智能消防系統在不久的將來能為配電網安全保駕護航。通過智能消防系統的建設,進一步提升電網智能化水平,電壓合格率和供電可靠性等指標得到提升,將在提高供電公司的客戶服務水平的同時,也將提升國家電網公司的整體企業形象,起到一定社會效應和經濟效應。

參考文獻

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[2] 孫景芝電氣消防[M]北京中國建筑工業出版社2006

[3] 郭樹林孫英男建筑消防工程設計手冊[M]北京中國建筑工業出版社2012

[4] 中國工程建設標準化協會探火管滅火裝置技術規:  CECS3452013[S]北京:中國計劃出版社,2014

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[8] 龔靜配電網綜合自動化技術[M]北京機械工業出版社2014

[9] 中華人民共和國住房和城鄉建設部建筑設計防火規范GB500162014[S]北京:中國計劃出版社2004

[10] 方忠祥智能建筑設備自動化系統設計與實施[M]北京機械工業出版社2013

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