光纖溫度及煙霧早期預警技術在東歡坨礦110kV變電站的應用

韓振興

摘 要：隨著科技的發展和自動化程度的提高，變電站正朝著無人值守的方向發展，這就對變電站的火災防護提出了更高的要求。通過在變電站高壓室及電纜夾層安裝吸氣式感煙火災探測器，空氣采樣管把保護區的空氣吸入探測器，實現火災自動報警。相較于傳統的感煙探測產品，吸氣式感煙火災探測器的探測靈敏度可達其1000倍以上，并通過算法降低誤報率，從而實現極早期火災探測報警的功能。

關鍵詞：光纖溫度 煙霧早期預警技術 變電站 應用

中圖分類號：TD266 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）04（a）-0076-02

隨著科技的發展和自動化程度的提高，變電站正朝著無人值守的方向發展，這就對變電站的火災防護提出了更高的要求。絕大多數變電站火災為電氣火災，傳統火災探測器一般都在火焰燃燒階段，產生一定濃度的煙霧后才會發出報警。相比而言，“變電站分布式智能感煙火災早期預警系統”作為極早期火災預警設備，卻能在火災預燃階段（提前30～120min）發出報警，從而贏得寶貴的時間，把隱患消滅在萌芽中。

“東歡坨礦110kV變電站光纖溫度及煙霧早期預警技術”是將吸氣式感煙火災探測器應用于變電站各區域火災極早期預警報警的應用性課題。根據目標變電站的實際情況，空氣采樣管管路的合理設計，確定采樣管開孔數量和位置，毛細管采樣和回風口采樣方式的設計，惡劣環境下探測器自適應算法的調整是本論文的核心工作。系統的完成將徹底解決變電站火災極早期預警的需求，并使系統產品化，具有在電力行業中推廣的實用價值和示范意義。

1 變電站現狀

從技術和實際應用來講，吸氣式感煙火災探測技術能夠檢測極早期火災的煙霧產物，靈敏度極高，優于傳統的火災探測方式。但是基于光電探測原理，如果進入探測腔的顆粒是足以引起光散射的微小顆粒，比如粉塵、水蒸氣等干擾顆粒，就極容易引起探測器誤報。由于無法有效識別這些干擾顆粒，限制了探測器響應靈敏度的進一步提高。

現場考察認為工作環境相對一般，南北配電室環境相對較好，但電纜橋架、中控室現場存在一定粉塵灰塵，給高科技精密設備的正常工作造成一定的影響，目前沒有現成的設備能夠完美實現變電站煙霧的早期預警，必須在深入掌握現場需求和現場的工作環境的基礎上通過技術改造，軟件編寫，進行二次開發實現該系統功能。

2 實施的總體思路

東歡坨礦業分公司110kV變電站內，包括南、北兩個配電室，中控室，以及電纜夾層等區域進行極早期火災預警監測，按照《煤炭安全規程》的要求，實現各種防護功能，課題試驗中按照國家有關電氣、機械的相關標準進行。

2.1 現狀分析

從技術和實際應用來講，吸氣式感煙火災探測技術能夠檢測極早期火災的煙霧產物，靈敏度極高，優于傳統的火災探測方式。但是基于光電探測原理，如果進入探測腔的顆粒是足以引起光散射的微小顆粒，比如粉塵、水蒸氣等干擾顆粒，就極容易引起探測器誤報。由于無法有效識別這些干擾顆粒，限制了探測器響應靈敏度的進一步提高。

現場考察認為工作環境相對一般，南北配電室環境相對較好，但電纜橋架、中控室現場存在一定粉塵灰塵，給高科技精密設備的正常工作造成一定的影響，目前沒有現成的設備能夠完美實現變電站煙霧的早期預警，必須在深入掌握現場需求和現場的工作環境的基礎上通過技術改造，軟件編寫，進行二次開發實現該系統功能。

2.2 研發遵循的原則

課題研發立足于以下原則，即先進性、實用性（性價比優）、可靠性、安全性、易操作性、易維護性、可擴展升級、規范性。

（1）先進性：系統包含激光、光電/磁電、無線等在當前具有必然的先進性，但這里所指的先進性主要指設計開發理念必須是先進的，采用的技術必須是先進的，為智能化無人操作奠定一定基礎。

（2）實用性：系統強調采用先進的技術同時，應比選適用成熟的設備，滿足用戶的使用需求，盡可能降低投入，實現高性價比，真正使系統的推廣應用成為可能。

（3）可靠性：系統運行做到穩定、可靠，不會對電氣設備的運行造成干擾，不影響正常生產。

（4）安全性：系統遵從電力行業一般要求，集成設備電磁兼容，操作系統安全穩定，設備具有防拆卸、破壞的防護措施。

（5）易操作性：有一定基礎的操作人員簡單培訓即可上崗，控制系統有自檢功能，自動控制狀態缺省功能，手動/自動切換功能。

（6）易維護性：系統集成采用模塊化，模塊通用性強，出現故障易于判斷，通過更換模塊在最短時間修復。

（7）可擴展性：系統預留接口，便于單機的功能擴展，系統軟件可升級。

（8）規范性：系統遵照國家現行頒布的煤礦通用電氣設備的技術規范、安全規范。

3 技術方案

系統總體技術方案貫徹“以人為本、提高控制管理科技水平、建立安全生產長效機制”的長遠目標和管理理念，針對提出的功能需求設計控制流程。根據控制流程確定系統架構，進而開發本課題裝置。

3.1 系統設計

（1）管路開孔。

吸氣式感煙火災探測系統中包含若干數量的管子，這些管子可以鋪設在探測區，形成管網。每條管子上鉆出若干數量的小孔，每一個小孔稱為一個采樣點。探測器內有抽氣裝置，將通過這些小孔將探測區域的空氣或煙霧經管路抽到探測器內并送到靈敏度極高的激光探測腔內進行分析。

管路開孔直徑不大于2mm，末端孔直徑不大于6mm，單管長度不大于100m，同時應滿足：從最末端采樣孔處加煙，到探測器顯示煙霧濃度升高，時間不超過120s。

（2）管路材質。

根據應用環境不同，可以選擇多種材質的采樣管道，廠家推薦采用標準的21mm內徑，25mm外徑的PVC管。也可根據應用環境和客戶需求，訂制采用CPVC，ABS，鋼管等。

（3）管路鋪設。

根據現場情況，在廠家指導下進行管路鋪設，應遵循以下基本原則。

如采用多路管路布設方式，應盡量使探測區域環境條件、管路長度、開孔大小和數量保持一致，以平衡各個通道的靈敏度差異。

當一個采樣孔被堵塞后，該采樣孔即失去探測能力，因此任何獨立探測區域應至少有2個采樣孔。

采樣管網在需要拐彎時，必須采用符合規定曲率要求的彎頭（一般使用大于90mm），不得使用直角彎頭或其他常規管路配件來代替。

采樣管網的安裝鋪設應在保證穩固的前提下，盡量保證整齊，美觀。同時應考慮易于拆卸，便于維護。

3.2 系統工作原理

它采用長壽命激光光源作為探測光源，利用光散射技術進行煙霧探測，并通過人工神經網絡技術實現防誤報和煙霧粒子鑒別。相較于傳統的感煙探測產品，吸氣式感煙火災探測器的探測靈敏度可達其1000倍以上，并通過算法降低誤報率，從而實現極早期火災探測報警的功能。

含有煙霧的空氣樣本在風機的作用下勻速通過探測室，激光在煙霧粒子的作用下發生散射，散射光會被光敏接收器接收，該散射信號經過處理轉換為煙霧濃度的大小。

4 結語

吸氣式感煙火災探測器的采樣管路安裝靈活，針對變電站不同的區域可以有不同的布設方式。此外還可以將采樣管布設到空調回風口，這樣更是增加了火災探測的效率，比傳統探測方法更加及時可靠。因此，本文提出的“分布式智能感煙火災早期預警系統”應用于變電站火災防護具有非常大的實用價值和推廣意義。本系統能夠有效預防火災的發生，避免對電力生產造成的直接和間接損失，為該系統在電力行業的應用起到了示范作用。

參考文獻

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