行业报告丨变电站智慧消防系统策略研究

2023年05月27日 16:20:50行业资讯574

前言

电网的稳定运行不仅是电力企业发挥社会效益和提高企业经济效益的保证,也是社会稳定、经济发展的基础,具有战略地位。变电站作为整个电网输变电系统的重要组成部分,起着承上启下的重要作用,而变电站的火灾防护,又直接影响其能否安全运行,因此变电站的消防安全至关重要。

变电站的传统消防设置方法不能较早发现火灾隐患,对于火灾确认不具备快速高效的技术手段。为了保证电网稳定运行,避免因消防技术水平落后给社会稳定、经济发展带来不良影响,如何在早期发现火灾、确认火灾、扑灭火灾,成为亟待解决的消防安全课题。

变电站智慧消防系统在火灾探测手段上,基于传统探测传感设备、增加早期探测传感设备;在火灾趋势研判上,辅以状态监测数据;在火灾确认上,利用安防视频监控方式确认火灾;在网络传输上,利用高保密性、高安全性的电力物联网。通过选用变电站智慧消防系统,能综合早期探测传感器探测信息、状态监控数据特征信息,及早发现危险趋势,做到早发现早排除;在有火灾报警信息时,通过视频监控系统确认火警的真实与否,做到灭火时不漏动、不误动。发挥电力物联网的优势,使得消防系统能真正做到精准、智慧,能够更好的保证电网的消防安全。

目前,电网公司正围绕建设“具有中国特色国际领先的能源互联网企业”战略目标奋进。其中,安全可靠消防系统的建设,是电网基础设施有效安全运行的重要保障,是保证战略目标实现的重要前提。

我们在传统消防系统建设的基础上,增加早期预警探测设备、结合视频监控系统、辅以状态监测手段、远程控制灭火系统的手段,将消防系统融入电力物联网,制定了变电站智慧消防系统解决策略。

变电站传统消防系统

传统的消防系统按照相应的规范标准进行产品的研发、生产、设计、调试、验收。

传感探测功能:以点型烟雾、点型温度、点型火焰、线型烟雾、缆式温度传感为主,辅助人工报警功能完成探测报警功能;

监控功能:以火灾报警控制器、消防联动控制器完成系统监控功能;

灭火功能:以消火栓、喷淋、细水雾、气体、干粉灭火等手段实现其灭火功能;

信息传输功能:通过用户信息传输装置、通讯接口模块等设备实现。

根据《火灾自动报警系统设计规范》、《火力发电厂与变电站设计防火标准》传统消防系统由火灾传感器、消防警报、火灾报警控制器、消防应急广播、消防专用电话、电气火灾监控、消防设备电源监控、消防应急照明和疏散指示、水灭火系统、特殊灭火系统等不同的系统设备组合而成。

传统消防感知探测设备主要有:点型感烟火灾探测器、线型光束感烟火灾探测器、点型感温火灾探测器、缆式线型火灾探测器、火焰探测器等设备。

传统消防灭火系统设备主要有:自动喷水灭火系统、消火栓灭火系统、水喷雾灭火系统、细水雾灭火系统、气体灭火系统、超细干粉灭火系统等。

变电站传统消防系统有其天然缺点。烟雾、温度等物理量达到指定状态时进行报警,报警时一般火灾已经产生或火势较大,已经产生危害并造成损失,不利于初期控制;设备进行预报警时状态单一,分为报警、故障状态,不具备实时数据监测功能,不能进行数据分析,不能进行趋势变化研判,由于缺少中间数据,不具备隐患发现及排查功能;信息对外传输时,只具备上传功能,不具备下传控制功能,且信息量单一,不利于统一监视管理,不能进行远程控制;灭火联动时依赖的逻辑关系为设备的状态信息,不能对现场情况进行二次核实;维护管理一般按照传统纸质文件记录,管理手段落后,不符合快速响应及大数据时代的发展要求。

智慧消防系统实施方案研究

融入电力物联网的变电站智慧消防系统同样包含4层框架:感知层、网络层、平台层、应用层,是电力物联网的具体实践。但它并不是孤立的,而是融入了电力物联网的消防,是电力物联网的一部分。

融入电力物联网的变电站智慧消防系统组成描述如下:

普通感知探测系统:由点型感烟、感温火灾探测器、线型感烟、感温火灾探测器、火焰探测器等设备组成。

早期感知探测系统:由线型光纤感温火灾探测系统、吸气式感烟火灾探测系统、红外热成像在线监测系统设备组成。

视频在线监控系统:视频在线监控系统在变电站中一般已经存在,可以根据建设情况采取直接利用或加以改造。

灭火系统设备:灭火系统设备包括自动喷水灭火系统设备、室内外消火栓灭火系统、细水雾系统灭火设备、气体灭火设备、干粉灭火设备等组成。

变电站智慧消防早期感知探测系统

变电站重要一次设备包括:变压器、高压断路器、隔离开关、母线、避雷器、电容器、电抗器等设备。变电站重要区域包括:主控室、继电保护室、配电室、站用电室、蓄电池室、通讯机房、电缆桥架、电缆竖井、电缆夹层等区域。

这些重要的设备及区域一旦发生火灾危险将影响变电站的安全运行。如何早期发现隐患及研判隐患发展趋势成为火灾防控的重要手段。

火灾隐患及火灾隐患发展趋势通过线型光纤感温火灾探测系统、吸气式感烟火灾探测系统、红外热成像在线监测系统设备组成的早期感知探测系统实现,通过感知温度变化、烟雾颗粒变化实现早探测、早报警、早分析、早处理的目的。对于保护变电站处理早期隐患、将火灾事故止于萌芽阶段起着至关重要的作用。

红外热成像在线监测系统组成:探测器、电源箱、传输设备、工作站(监测软件)等设备。

设置部位:变压器、变压器油枕、绝缘套管、互感器等电气装置。

探测原理:运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号,将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形,并进一步计算出温度值。

系统优势包括:

先进独特:可见光和红外热成像同时检测;前端可独立测温;红外图像的每个像素点的温度数据实时无损无压缩传至监控中心,可供软件实时点、线、面测温。

自动追踪:图像最高温度点自动追踪并实时显示,鼠标取点测温对图像上任意位置进行温度提取和显示,预制方框内最高温度自动追踪和实时显示;

安全探测:非接触式测温,不干扰被测温度场,不停电;

可靠性高、误报率低:系统具有红外热成像和测温双重功能,同时将温度数据与图像信息相结合进行算法分析,确保火灾信息源的一致性,并搭配彩色图像视频进行人工确认。

测量范围广:红外探测器搭接自动巡航跟踪系统,能够远距离、多角度地精确监测多个热源目标。

系统作用:系统监测变压器、变压器油枕、绝缘套管、互感器等电气设备的表面温度异常状态,从而监测电弧、短路、烧毁、起火危险。

吸气式感烟火灾探测系统组成包括吸气式感烟火灾探测器、采样管网、采样点、电源模块、组网模块、工作站(监测分析软件)等软硬件设备。

设置部位:主控室、继电保护室、配电室、站用电室、蓄电池室、通讯机房、电缆桥架等部位。

探测原理:吸气式感烟火灾探测系统是通过空气采样管把保护区的空气样本吸入探测器进行分析从而进行火灾的早期预警的火灾探测报警设备系统。

关键技术:烟雾粒子智能识别算法、高精密烟雾浓度标定计量方法、烟雾多级过滤、人工智能预警报警算法、基于空气动力学的气路结构优化。

系统优势:极早期高灵敏度探测:相较于传统的点型感烟火灾探测设备,吸气式感烟火灾探测器的探测灵敏度极高,为传统点型感烟火灾探测器的1000倍左右。

误报率低:探测器采用前后向、双波长激光散射技术,通过人工神经网络算法处理,极大地提高了产品抗误报能力。

自学习功能:24小时环境自学习,避免环境变化的影响,克服传统的只能设置固定阈值的弊端。

管路布置灵活:每台探测器可设置4根采样管路,管路敷设路径和采样孔的设置根据现场情况灵活安排,方便设计和施工。

探测点本质安全、抗干扰能力强:管路和采样点均可采用非金属材料,可以做到本质安全、不受电磁干扰;现场不带电,方便维护保养检修。

线型光纤感温火灾探测系统系统组成:线型光纤感温火灾探测器、感温光纤、组网模块、工作站(监测分析软件)等软硬件设备。

设置部位:室内变压器、室外变压器、电缆桥架、电缆隧道、电缆夹层、电缆竖井等部位。

探测原理:依据光纤的光时域反射(OTDR)和后向拉曼(Raman)散射温度效应。将探测光纤敷设于待测空间,光纤主机将激光光束发射到探测光缆中,并实时采集沿着光纤反射回来的拉曼散射光,并对这些光信号进行分析和处理,从而得出整条光纤上的温度分布信息。将该温度信息与预设的报警参数值进行比较,当满足报警条件时,发出报警信息。

关键技术:高频脉冲激光技术、光纤喇曼光谱技术、光波分复用技术、光时域反射技术、高频信号采集技术、微弱信号处理技术。

系统优势:安全稳定:测温光纤本身即为传感器,实现光电隔离、抗干扰,本质安全,稳定可靠;  

报警方式灵活:根据需要设置、调整报警阈值;可采用定温、差温、差定温等不同的报警方式;可以以点或区域报警;

报警范围大:单通道最长可达10KM;

定位精度高:测点的布置密度可达米级;

报警值精确:可实时在线监测报警值,测量精度在1 ℃以内;

变电站消防水监测系统

采用有效的探测报警手段解决了探测感知的问题,能第一时间掌握火灾发生的具体情况。能否进行有效灭火成为消防的重要保证。变电站灭火系统分为自动喷水灭火系统、室内(外)消火栓灭火系统、特殊灭火系统。

这些灭火系统在真正发生火灾危险时起着至关重要的作用,但长期以来缺乏有效的状态监控措施,设施的开通运行率及完好率处于较低的水平。采用传感器技术、通讯技术、数据库技术实时采集各个系统的状态信息,通过通信手段传输至消防控制室,通过监控系统对各个部位的数据进行监控,及时发现各个系统发生故障、报警的原因,从而提出维护的有效方案,使得各个系统处于良好的运行状态,真正需要的时候发挥系统的灭火作用,保障变电站处于消防安全的状态。以下是各种探测信息的具体设置方法:

水压信号

在自动喷水灭火系统末端试水装置处、最不利点消火栓箱处、室外消火栓取水管道处安装水压探测传感器;

液位信号

在消防水池、消防水箱处设置液位探测传感器;

低压泄露报警信号

气体灭火系统、超细干粉灭火系统设置低压泄漏报警探测器,便于远程监控启动状态和欠压状态。

通过水压、水位探测传感器,探测器实时把信号送至消防控制室,对自动喷水灭火系统、室内外消火栓系统的水压、液位情况实时监测。通过低压泄露报警传感器的设置当气体灭火系统或者超细干粉灭火系统装置出现泄露压力值降低时,会将信号传送至消防控制室,系统会进行异常情况报警提醒,便于管理人员及时做出处理。

变电站智慧消防视频在线监控系统

在《火灾自动报警系统设计规范》中要求需要火灾自动报警系统联动控制的消防设备,其联动触发信号应采用两个独立的报警触发装置报警信号的“与”逻辑组合。多数变电站为无人值守变电站,探测器报警信息是否准确,是否发生误报现象运用传统的技术手段不便确认,灭火是否有效更无从谈起。

变电站中已经普及视频监控系统,在变电站智慧消防解决方案中,火灾报警后,采用视频在线监控系统进行确认成为行之有效的手段。将感知探测器报警信息与视频在线监控系统进行信息交互,视频在线监控系统根据探测器报警信息的地理位置进行视频确认,确认后进行是否灭火或者采取其他措施的判断,这样能够做到探测报警、报警确认、联动灭火的万无一失。

变电站智慧消防系统的特点

智慧感知:传统感知与早期感知相结合,做到早期发现火灾隐患。

智慧传输:数据传输设备在原有基础上增加数据信息网闸的功能,可智慧判断哪些数据可出或可进;具备防火墙功能,可让该设备两端的网络、设备、系统更安全更可靠;增加网关、网桥的功能,使得变电站智慧消防网络和电力物联网之间可互联互通。

智慧研判:根据感知设备的详尽数据,可以做到数据精确、定位准确的早期趋势研判。

智慧灭火:感知信息辅以视频在线监控系统,能更加及时准确地确认事故,使得远程监控灭火有的放矢,及时准确。

智慧维保:系统设备的感知设备、控制设备、供电设备的故障报警信息、灭火系统欠压、泄漏报警等信息均能在第一时间及时有效地到达控制中心,工作人员第一时间便可查看并安排维护;设备保养信息采用专用组件进行管理,保养周期第一时间提示,做到及时有效保养。

融入电力物联网的变电站智慧消防系统能够弥补传统消防报警系统的缺点,做到及早报警、智慧研判、有效灭火、智慧维保,是建设电力物联网的必不可少的组成部分,是建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业战略落地实施的有力保障。

传统消防技术与早期感知探测系统相结合共同融入电力物联网,使得消防系统不再孤立,使得报警设备感知信息做到火灾发展的各个阶段均能可靠感知,感知信息传至平台层以便应用,消防感知层设备结合视频监控等辅助确认手段,使得消防更加智慧智能,使得灭火更加可靠更加稳定,使得融入电力物联网的消防系统更加智慧,使得加入变电站智慧消防系统的电力物联网更加全面、更加丰富、更加安全,变电站智慧消防为建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业战略目标保驾护航。


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行业报告丨变电站智慧消防系统策略研究

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