以智能預警為導向的變電站電氣火災防控管理

昝 浩，王 欣，劉故帥，王世坤，胡新剛

（國網山東省電力公司淄博供電公司，山東 淄博 255095）

0 引言

目前，無人值守變電站電氣火災預警不到位，響應體系效率低，擴火面積的控制措施不健全等問題較為突出。隨著消防技術的發展和成熟，智能消防系統在消防實踐中的應用日益廣泛［1］，為變電站消防管控體系建設提供了思路。

國內外專家從不同的角度對變電站電氣火災防控管理內容進行分析。文獻［2］指出通過結合現有的物聯網、大數據、通信、環境感知等先進技術，在發生火災時，智能消防系統能立即定位火災區域，啟動火警廣播，組織人員安全疏散。文獻［3］指出，在計算機程序控制下，消防系統根據火警探測器提供的現場火勢信息，自動采取各種有效的滅火措施。在實際應用中，智能消防系統能及時發現建筑的火災隱患，采取相應措施、及時撲救，防止災害擴大［4］。變電站作為建筑物的一種，可以借鑒較為成熟的建筑物智能消防技術，同時結合變電站實際情況進行優化配置，將智能消防技術重點應用在預警環節上，將火災隱患遏制在根源上，通過建立完善的變電站電氣火災管理體系，實現變電站智能化消防技術的不斷進步［5］。

以智能裝置和優化滅火設施為基礎，按照精準預防火災并快速處理火情為管理思路，從防止火災發生、阻止火災擴散、快速處理火災3 個方面提出變電站電氣火災防控的管理的7 項措施，即建立變電站消防控制室、安防視頻系統監測、智能巡檢機器人消防特巡、電纜豎井智能防火、移動式消防沙箱、一站一警智能聯動及建立雙向溝通機制，將火災預防和火災應急處置相結合，有效提高變電站火災預警水平。

1 變電站電氣火災防控管理實施背景

火災是當前嚴重威脅人類生命財產安全的多發性災害之一。近年來，火災呈現出以下幾個特點［6］：突發性強、破壞性大、易形成災害連鎖、災后事故處理艱難。為了最大程度減少火災的威脅，國家制定了“預防為主，防消結合”的消防工作方針。“預防為主”就是要求消防工作立足于防患于未然，把火災預防放在首位；“防消結合”就是要把同火災做斗爭的兩個基本手段——防火和滅火有機地結合起來，做到相輔相成、相互促進。

電氣火災是各類火災事故中危害性最大的種類之一。一旦發生電氣火災，往往導致設備燒損、故障跳閘，不僅會造成負荷損失，而且對電網系統造成沖擊。因此，建立具有智能預警功能的變電站電氣火災防控體系，既是響應“預防為主、防消結合”政策的需要，也是針對嚴峻的消防形勢提出的必然要求。

變電站作為重點消防場所，是“電氣火災綜合治理”的關鍵環節。因此，必須從火災隱患排查、風險治理、設備與電網風險協同管控等方面加強變電站火災防控，建立具有預警功能、可靠有效的變電站電氣火災防控管理體系，有效推動“電氣火災綜合治理”工作的落實。

2 變電站電氣火災研究現狀及問題

近年來，隨著我國變電站數量的不斷增長，同時，變電站無人值守模式的推廣，使得“站多人少”的矛盾不斷凸顯。對于變電站電氣火災的管理經驗相對較少，在火災隱患排查及治理中尚存諸多問題，這些問題將越來越明顯地影響我國電力事業的安全穩定發展。

管理體系不統一，有待理順。變電站電氣火災管理不僅僅在運行中體現出來，而是應該貫穿變電站的規劃、設計、建設及運行維護等諸多階段中。目前，變電站的規劃、設計、建設及運行維護是歸屬不同的管理單位，各個環節之間的配合不夠嚴密，電氣火災防控方面存在互相脫節的情況。

變電站電氣火災防控預案過于籠統，實用性不強。目前我國大多數變電站的電氣火災防控預案過于籠統，不同變電站及不同類型的設備地理位置不同、所處的自然環境不同、運行工況不同，對各個站預案的具體內容缺乏細致深入的分析，同時缺乏定期有效的演練，不能為電氣火災的防控提供實際有效的指導，有必要針對不同設備類型預先制定相應的應急防控預案并做好演練。

3 以智能預警為導向的變電站電氣火災管理系統

電氣火災影響范圍大、涉及面廣、造成經濟損失巨大，因此，必須從火災隱患排查、風險治理、設備與電網風險協同管控等方面加強變電站火災防控。以智能預警為導向的變電站電氣火災防控管理系統架構如圖1 所示。

圖1 以智能預警為導向的變電站電氣火災管理系統架構

3.1 構建變電站火災智能預警系統

“防著火”的主要工作是辨識整個變電站運行環境中的危險火源，并對危險火源存在的條件、狀態以及可能造成的火災嚴重程度進行分析，然后針對分析結果制定相應的防火措施。

3.1.1 采用安防視頻系統監測變電站環境

隨著電網建設不斷推進，郊區變電站數量日益增加，周邊環境較為復雜，植被一旦發生火災將對站內設備造成嚴重威脅，而傳統變電站內的監控系統只能對變電站內環境進行監控，局限性大。

為了能夠對變電站周邊環境開展火災消防預警，建成變電站安防視頻系統。首先，以周邊環境復雜程度、負荷重要程度、電壓等級、運行年限等維度建立評估標準，對各個變電站開展測評。通過測評，將“站樹矛盾”等問題突出且負荷重要的變電站圍墻上裝設工業級球形攝像頭，對站外火災隱患實施監控。需要特別說明的是，攝像頭具有400 萬像素夜視高清和20 倍變焦等特點，可以在水平方向360°和垂直方向90°的區域內實現自動巡航。通過云端圖像對比技術，與正常時的周邊環境圖片進行比對，對于特征發生變化的圖像自動彈出在監控中心的屏幕，然后進行人工判斷，若有火災發生的跡象則自動鎖定火災位置，并通知距離最近的消防隊，變電運維人員迅速趕往現場參與救火。

作為對傳統監控系統的補充，站外監測系統具有巡查覆蓋面積大、巡查精度高，快速反應，應急機動性強，能夠高清晰度實時回傳巡查圖像等優點，順應了當前對安全生產更高的要求，實現了對變電站周邊環境火情的預警監測。

3.1.2 智能巡檢機器人的消防特巡

為了保證對變電站內主要一次設備運行狀態的實時監控，變電站智能巡檢機器人通過紅外測溫、圖像識別等技術對變電站設備進行巡檢，及時發現設備缺陷、異物搭掛等情況，保證設備的安全穩定運行。

在智能巡檢系統中增加消防特殊巡檢模塊，根據環境溫度、設備溫度評估設備的運行情況，確定特巡頻次。建立橫向比對機制，通過比對同一環境溫度下不同設備的溫度，發現溫度明顯異常的設備；建立縱向比對機制，對比同一設備不同時間的溫度，若設備發生明顯溫度變化，動態調整特巡頻次，實現對設備的及時管控跟蹤。

3.2 改造變電站消防設備設施

改造變電站消防設備設施的主要工作是通過升級改造站內設備和設施，達到抑制火勢擴散的目的，是對“防著火”階段的補充。

3.2.1 電纜豎井智能防火改造

變電站內，大量動力電纜和二次通信電纜存放在電纜豎井中，電纜豎井與電纜溝的上下結構不同，在發生火災時由于“煙囪效應”使其更容易從一個區域蔓延至另一個區域，所以，應根據電纜豎井的運行工況環境，量身定制火災防控措施。電纜豎井火災防控系統結構包含探測系統、火災報警控制系統和消防系統。

探測系統主要為感溫電纜，根據工作原理不同，主要分為兩種類型：數字型感溫電纜和模擬型感溫電纜。感溫電纜基本結構如圖2 所示。

圖2 感溫電纜基本結構

火災報警控制系統的輸入端分別連接感溫電纜探測器，接收感溫電纜擦劑的溫度信號；其主控制芯片預先設置有針對溫度信號的閥值，一旦接收到的信號超出閥值，輸出報警指令，啟動報警裝置。消防系統主要為懸掛式干粉滅火器，受“煙囪效應”的影響，不能使用氣體類的滅火劑，懸掛式干粉滅火器結構如圖3 所示。

圖3 懸掛式干粉滅火裝置示意

3.2.2 移動式消防沙箱改造

由于變壓器是充油設備，因此在變電站內往往配置有消防沙池，內部存有干燥的消防沙用來滅火；同時，消防沙可以吸納易燃液體，比如變電站場地內有油漬，可以倒上沙子覆蓋然后清掃；另外，消防沙可以用于撲救D 類金屬火災，而且成本低廉。綜上所述，消防沙池在變電站火災中能發揮顯著作用。

但是，現有變電站消防沙池全部為固定沙池，在使用消防沙時需要在火災地點與沙池之間不斷往返，效率低下；而且消防沙需要保證干燥性，固定沙池都在室外，在空氣濕度較大時不能夠保證干燥性。

針對以上問題，提出了變電站移動沙池。在箱體上加裝萬向輪，實現了沙箱的便捷移動，能夠以更快的速度將沙箱轉移至火災地點；通過加裝集沙與攪拌機構，能夠定期對箱內沙子進行攪拌，防止沙子潮濕、結塊，保證消防沙的有效性。根據DL 5027—2015《電力設備典型消防規程》中黃沙的配置要求，每臺室外油浸式主變壓器配置1 m3的黃沙，小組設計的移動式消防沙箱長150 cm，寬120 cm，高100 cm，能夠滿足1 臺主變壓器的需求。

經過測試，使用移動沙箱后，整體運沙效率提升為原來的46 倍；在陰雨天氣時，可以通過將沙箱轉移至室內的方式有效避免消防沙受潮，指定專人定期對消防沙進行攪拌，防止消防沙結塊。

3.3 優化標準變電站火災處理流程

“快處理”是指建立無人值班變電站消防控制室、“一站一警智能聯動”及“雙向溝通”機制，實現快速處理火災的目的。

3.3.1 無人值班變電站消防控制室

無人值班變電站消防控制室搭建1 套消防遠程集中監控系統，將所轄變電站的消防信號集中監控，實現各站消防設備設施狀態、告警信號的遠程監視，以及受控消防設備的遠程應急控制功能。無人值班變電站消防控制室架構示意如圖4 所示。

由圖4 可知，該消防控制室還具備消防告警信息與現場視頻的自動聯動功能，具有“循環播放、異常彈窗、精確定位”等功能，方便消防監控人員確認遠方火情、迅速正確處置。

3.3.2 一站一警智能聯動機制

對所轄變電站的地理定位進行收集，查找對應轄區的消防隊伍，由運維班組與之建立聯絡，編制“一站一警”聯絡卡，放置在各站主控室，以便發生火情時及時進行聯絡。同時，定期與各消防隊進行聯合演習，由各站運行主人作為主要負責人，配合所轄變電站所在轄區消防隊伍開展模擬火災演練，實現了專人專責，將工作落實到位。

3.3.3 雙向溝通機制

鑒于電力行業消防特殊性，變電運維室與消防部門建立了兩級消防聯動，開展雙向消防培訓，實現消防人員與運維人員在變電站消防防控方面的雙向溝通。雙向培訓分為“引進來”和“走出去”兩步。“引進來”就是讓消防人員來到變電站里面，由運維人員對變電站內的設備運行情況進行講解，使消防人員熟悉變電站內的運行情況，在發生火情時，便于消防人員以最快的速度制定最佳救火方案。“走出去”是指組織運維人員前往消防隊學習消防器材的使用方法，并進行專業知識與實操考試，確保所有運維人員“雙過關”。經過雙向培訓后，組織運維人員參加建（構）筑物消防員考試，達到人員持證上崗的要求。

圖4 無人值班變電站消防控制室架構

通過建立聯動與溝通機制，加強了運維人員與消防人員的聯絡，提升了運維人員對消防設備、消防人員對電力設備的熟悉程度，奠定了變電站火災快速處理的人員基礎。

4 實施效果

某市供電公司變電運維室共有員工99 人，管轄5 965 km2內的125 座變電站，其中220 kV 站28 座，110 kV 變電站83 座，35 kV 變電站14 座。通過設備改造、流程優化、新設備應用多項措施的實施，有利的提升變電運維室所轄125 座變電站消防監測覆蓋率，顯著降低初期火災處的平均時間。

收集該市供電公司某年度一、二季度變電站電氣火災防控數據，并與未執行本文管控體系的上一年度一、二季度電氣火災防控數據進行比較，得到了該管控體系的實際應用指標分析表，如表1 所示。

表1 實際應用指標分析數據

由表1 可以看出，執行本項目所述管理體系，可以明顯降低火災發生率，需要說明的是，參與本次對比的變電站均為已經改造完成的變電站和新建的變電站，火災發生率為發生火災的變電站數量與變電站總數的比值。

由于安防監控系統巡視和智能巡檢機器人的輔助作用，使得火災發生率降低了100%，工作效率提升明顯；相關“阻擴散”輔助措施，使得變電站站內火災擴火面積降低了82.35%，效果顯著；此外，基于“一站一警聯動”和“雙向溝通機制”的應用，使得火災平均撲滅時間降低了66.18%。

5 結語

從電氣火災的治理原則和治理理念出發，闡述了變電站電氣火災防控管理的實施背景，分析了研究電氣火災防控管理的重要性。從變電站電氣火災管理體系和防控預案等多個方面出發，分析了變電站電氣火災研究的薄弱環節和目前電氣火災治理存在的問題。通過“防著火”“阻擴散”“快處理”3 大類，實現了對變電站站內設備、周邊環境的全方位監控，智能分析處理，提高了變電站火災預警水平。

下一步將基于模糊層次分析法及聚類算法，深入分析變電站內不同設備的火災風險等級，繼續優化消防監控系統界面、擴展系統功能、深化數據應用，提高管控體系的兼容性和全面性。