行業(yè)報告丨變電站智慧消防系統(tǒng)策略研究

傳統(tǒng)的消防系統(tǒng)按照相應(yīng)的規(guī)范標準進行產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、設(shè)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(zāi)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(shè)備實現(xiàn)。

根據(jù)《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》、《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火標準》傳統(tǒng)消防系統(tǒng)由火災(zāi)傳感器、消防警報、火災(zāi)報警控制器、消防應(yīng)急廣播、消防專用電話、電氣火災(zāi)監(jiān)控、消防設(shè)備電源監(jiān)控、消防應(yīng)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(shè)備組合而成。

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

傳統(tǒng)消防滅火系統(tǒng)設(shè)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(zāi)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(shè)備進行預(yù)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(guān)系為設(shè)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(yīng)及大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展要求。

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(luò)層、平臺層、應(yīng)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(zāi)探測器、線型感煙、感溫火災(zāi)探測器、火焰探測器等設(shè)備組成。

早期感知探測系統(tǒng)：由線型光纖感溫火災(zāi)探測系統(tǒng)、吸氣式感煙火災(zāi)探測系統(tǒng)、紅外熱成像在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)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(shè)情況采取直接利用或加以改造。

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

變電站重要一次設(shè)備包括：變壓器、高壓斷路器、隔離開關(guān)、母線、避雷器、電容器、電抗器等設(shè)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(shè)備及區(qū)域一旦發(fā)生火災(zāi)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(zāi)防控的重要手段。

火災(zāi)隱患及火災(zāi)隱患發(fā)展趨勢通過線型光纖感溫火災(zāi)探測系統(tǒng)、吸氣式感煙火災(zāi)探測系統(tǒng)、紅外熱成像在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)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(zāi)事故止于萌芽階段起著至關(guān)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(shè)備、工作站（監(jiān)測軟件）等設(shè)備。

設(shè)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(shù)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(yù)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(jié)合進行算法分析，確保火災(zāi)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(shè)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(zāi)探測系統(tǒng)組成包括吸氣式感煙火災(zāi)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(shè)備。

設(shè)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(zāi)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(zāi)的早期預(yù)警的火災(zāi)探測報警設(shè)備系統(tǒng)。

關(guān)鍵技術(shù)：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(yù)警報警算法、基于空氣動力學的氣路結(jié)構(gòu)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(zāi)探測設(shè)備，吸氣式感煙火災(zāi)探測器的探測靈敏度極高，為傳統(tǒng)點型感煙火災(zāi)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(shù)，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(shè)置固定閾值的弊端。

管路布置靈活：每臺探測器可設(shè)置4根采樣管路，管路敷設(shè)路徑和采樣孔的設(shè)置根據(jù)現(xiàn)場情況靈活安排，方便設(shè)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(zāi)探測系統(tǒng)系統(tǒng)組成：線型光纖感溫火災(zāi)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(shè)備。

設(shè)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(yīng)。將探測光纖敷設(shè)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(yù)設(shè)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(guān)鍵技術(shù)：高頻脈沖激光技術(shù)、光纖喇曼光譜技術(shù)、光波分復(fù)用技術(shù)、光時域反射技術(shù)、高頻信號采集技術(shù)、微弱信號處理技術(shù)。

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(shè)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)；

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(zāi)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(zāi)危險時起著至關(guān)重要的作用，但長期以來缺乏有效的狀態(tài)監(jiān)控措施，設(shè)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(shù)、通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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。

在《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中要求需要火災(zāi)自動報警系統(tǒng)聯(lián)動控制的消防設(shè)備，其聯(lián)動觸發(fā)信號應(yīng)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(shù)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(zāi)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。

智慧感知：傳統(tǒng)感知與早期感知相結(jié)合，做到早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患。

智慧傳輸：數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備在原有基礎(chǔ)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(shè)備兩端的網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、系統(tǒng)更安全更可靠；增加網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)橋的功能，使得變電站智慧消防網(wǎng)絡(luò)和電力物聯(lián)網(wǎng)之間可互聯(lián)互通。

智慧研判：根據(jù)感知設(shè)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。

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。

智慧維保：系統(tǒng)設(shè)備的感知設(shè)備、控制設(shè)備、供電設(shè)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(shè)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)。