智能化配電站中主動(dòng)式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)防與控制研究

摘" 要：配電站引發(fā)火災(zāi)對(duì)人員、財(cái)產(chǎn)與社會(huì)均會(huì)造成一定程度的損失。為及時(shí)獲悉配電站中的火災(zāi)情形，設(shè)計(jì)了一種主動(dòng)式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，并通過模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，封閉狀態(tài)下，30 g、45 g的熱氣溶膠能夠?qū)⒒饎輷錅纾瑫r(shí)熱氣溶膠質(zhì)量越大滅火時(shí)間越小，其滅火時(shí)間縮短了2 s。最后主動(dòng)式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)針對(duì)1[A1]"～3級(jí)危險(xiǎn)信號(hào)均能夠100%傳遞出報(bào)警信號(hào)，并且響應(yīng)時(shí)間均在1 s內(nèi)。結(jié)果表明[A2]"，預(yù)警系統(tǒng)能夠有效對(duì)火災(zāi)信息進(jìn)行有效傳遞與控制，對(duì)減少配電站火災(zāi)造成的損失具有重要意義。

關(guān)鍵詞：火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)"" 配電站"" 自動(dòng)滅火"" 可行性分析

中圖分類號(hào)： TP277;TM621.2

Research on Prevention and Control of Active Fire Warning System inIntelligent Distribution Stations

CHEN Zhen" WEN Jiaming" LI Yuzhen" YANG Fangqi

State Grid Zhejiang Electric Power Co.， Ltd.， Jinhua Power Supply Company，Jinhua， Zhejiang Province， 321000 China

Abstract： The fire caused by the distribution power station will cause a certain degree of damageloss to personnel， property and society. In order to know the fire situation in the distribution station in time， Aan active fire warning system is designed to promptly monitor the fire situation in the distribution station， and the feasibility of the system is verified by simulation experiments. In the experimental results， under closed conditions， 30 g and 45 g hot gas aerosol can extinguish the fire in the closed state， and the greater the mass of hot gas aerosol， the shortersmaller the extinguishing time， which was reduced byand the shorter the extinguishing time is 2 secondss. Finally， the active fire warning system can transmit 100% alarm signals for 1-～3 danger signals， and the response time is within 1 second s. The results show that the early warning system can effectively transmit and control the fire information， which is of great significance to reduce the loss caused by power station firesthe fire in the distribution station.

Key Wwords： Fire warning system; Distribution station; Automatic fire extinguishingsuppression; Feasibility analysis

火災(zāi)作為一種常見的災(zāi)害，給經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和人類帶來了巨大損失。在現(xiàn)代化的智能配電站中，電力設(shè)施的復(fù)雜性和高度集成性使火災(zāi)的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)顯著增加^[1-2]。傳統(tǒng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)存在反應(yīng)慢、誤報(bào)率高等諸多問題，現(xiàn)階段已有學(xué)者針對(duì)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)展開研究。武秋園^[3]針對(duì)電氣火災(zāi)頻發(fā)的問題，提出一種基于健康基準(zhǔn)模型的預(yù)測殘差電氣火災(zāi)預(yù)警算法，結(jié)果表明該算法能夠有效地實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)報(bào)警。但當(dāng)前研究在設(shè)計(jì)機(jī)器算法進(jìn)行火災(zāi)預(yù)警時(shí)缺乏對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的智能化分析，因此研究設(shè)計(jì)了一種主動(dòng)式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，通過火災(zāi)監(jiān)測、預(yù)警控制器和信號(hào)傳輸模塊可以有效、實(shí)時(shí)地[A3]"將火災(zāi)信息傳達(dá)至后臺(tái)。研究的創(chuàng)新點(diǎn)[A4]"對(duì)比了不同熱氣溶膠質(zhì)量和上蓋板不同狀態(tài)下的滅火效果，可以為火災(zāi)信息的及時(shí)傳遞提供理論依據(jù)。

1" 主動(dòng)式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A5]"及應(yīng)用

1.1 "主動(dòng)式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

配電站出現(xiàn)火災(zāi)后，引起配電站發(fā)生火災(zāi)最為常見的因素是電纜接頭故障^[4]。研究基于此設(shè)計(jì)了主動(dòng)式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，其主要包括火災(zāi)監(jiān)測、預(yù)警控制器和信號(hào)傳輸板塊。

針對(duì)火災(zāi)監(jiān)測板塊，研究選取溫度類型的火災(zāi)監(jiān)測器，考慮到溫控開關(guān)與溫度呈一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，研究定義3種預(yù)警類型，即當(dāng)溫度達(dá)到60 ℃、90 ℃和120 ℃時(shí)，預(yù)警系統(tǒng)將發(fā)出1[A7]"～3級(jí)危險(xiǎn)信號(hào)。針對(duì)預(yù)警控制器，其能夠接收傳感器的火災(zāi)信號(hào)，同時(shí)將火災(zāi)的發(fā)生情況以聲音和光信號(hào)的形式傳導(dǎo)至后臺(tái)。針對(duì)滅火裝置，其通常具有體積較小且易于維護(hù)、防水且耐高溫以及高效率的特點(diǎn)^[5]。基于滅火的原理通常可以將滅火器分為固、液、氣滅火器，考慮到在配電站環(huán)境中使用液體滅火可能對(duì)電纜的性能產(chǎn)生影響，結(jié)合電纜接頭的特點(diǎn)與滅火材料的特性，選取熱氣溶膠裝置進(jìn)行滅火實(shí)驗(yàn)。

1.2 "預(yù)警系統(tǒng)對(duì)配電站火災(zāi)的預(yù)防控制[A8]"

針對(duì)火災(zāi)監(jiān)測器，研究將其拆分為過渡部分以及預(yù)警部分。預(yù)警部分使用電池提供能量，該部分采用低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)，將相關(guān)的火災(zāi)報(bào)警信號(hào)傳導(dǎo)至過渡部分。過渡部分采用市電進(jìn)行供能，同時(shí)，收到火災(zāi)報(bào)警信號(hào)后通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的形式傳遞至監(jiān)控平臺(tái)。基于預(yù)警控制器，其編碼算法選取循環(huán)交織糾錯(cuò)算法，感煙探測器、感溫探測器處于實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，能夠?qū)崟r(shí)地檢測配電站中環(huán)境的變化，一旦溫濕度超過正常范圍就會(huì)觸[A9]"發(fā)報(bào)警裝置，以此預(yù)防配電站中火災(zāi)的發(fā)生。預(yù)警部分主要由無線板塊和各種電路構(gòu)成。無線板塊的信號(hào)起始端均為低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)板塊；以傳感器作為接口電路開關(guān)，針對(duì)上述研究提及的1[A10]"～3級(jí)危險(xiǎn)信號(hào)進(jìn)行智能化監(jiān)控，當(dāng)溫度達(dá)到120 ℃觸發(fā)3級(jí)危險(xiǎn)信號(hào)時(shí)，滅火裝置自動(dòng)啟動(dòng)以完成對(duì)配電站中火災(zāi)的控制，同時(shí)向監(jiān)控平臺(tái)傳遞相關(guān)的火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，相關(guān)的運(yùn)維人員在收到報(bào)警信號(hào)后可以實(shí)時(shí)查看配電站中的火災(zāi)情況，并遠(yuǎn)程操作配電站中的設(shè)備以完成對(duì)配電站中火災(zāi)的控制；過渡部分主要包括無線板塊、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)板塊和各種電路，無線板塊與預(yù)警部分一致，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)板塊選取KS-97型嵌入式模組，電源供電采用220 V的市電，狀態(tài)指示燈電路采用報(bào)警系統(tǒng)常見的紅色發(fā)光二極管。

針對(duì)修正系數(shù)，當(dāng)容積小于500 m³時(shí)，其修正系數(shù)為1；容積介于500～1 000 m³時(shí)，修正系數(shù)為1.1；容積大于1 000 m³時(shí)，修正系數(shù)為1.2。

2" 基于主動(dòng)式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)可行性分析

為驗(yàn)證主動(dòng)式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的有效性，研究以接頭的尺寸制作了電纜保護(hù)槽盒模型用于模擬實(shí)驗(yàn)，其中模型的材料為鋁合金，包括外殼、上下蓋板、滅火裝備以及防爆設(shè)施。研究設(shè)計(jì)了3種類型的火源。其中[A13]"：3種類型的火源上蓋板狀態(tài)分別為封閉狀態(tài)、半封閉狀態(tài)以及全開狀態(tài)[A14]"；海綿的尺寸為1 200 mm×40 mm×8 mm；燃料選取93號(hào)汽油；熱氣溶膠發(fā)生劑的質(zhì)量設(shè)置3個(gè)梯度，即15 g、30 g和45 g；干粉滅火劑質(zhì)量均選取10 g[A15]"。

圖3（a）為3種類型火源噴射時(shí)間對(duì)比，隨著噴射熱氣溶膠質(zhì)量的增加，噴射時(shí)間逐漸增長，其中半封閉狀態(tài)與全開狀態(tài)在30 g與45 g時(shí)噴射時(shí)間一致。圖3（b）為3種類型火源滅火狀態(tài)和滅火時(shí)間對(duì)比，在封閉狀態(tài)下滅火狀態(tài)由15g的未滅轉(zhuǎn)變至30 g和45 g的全滅狀態(tài)，同時(shí)45 g的滅火時(shí)間較30 g的滅火時(shí)間縮短2 s；在半封閉狀態(tài)下只存在45 g組別能夠?qū)⒒鹪聪纾錅缁饡r(shí)間為18 s；全開狀態(tài)下3種不同質(zhì)量的熱氣溶膠組別均無法撲滅火焰。進(jìn)一步比較3種預(yù)警類型的信號(hào)發(fā)出成功率以及響應(yīng)時(shí)間，結(jié)果見表1。

表1中，預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)成功率均為100%，1[A18]"～3級(jí)火災(zāi)信號(hào)的平均響應(yīng)時(shí)間均在1 s內(nèi)，配電站發(fā)生火災(zāi)后均能夠在1[A19]" min內(nèi)恢復(fù)能力，同時(shí)平均處理時(shí)間均在2.5 s左右，表明主動(dòng)式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)能夠迅速將火災(zāi)信號(hào)傳遞至監(jiān)控平臺(tái)。

3" 結(jié)語

為及時(shí)把控配電站中的火災(zāi)情形，設(shè)計(jì)了一種主動(dòng)式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，并對(duì)配電站中接頭引起的火勢熄滅進(jìn)行了可行性分析。結(jié)果表明：封閉狀態(tài)下的30 g[A21]"、45 g以及半封閉狀態(tài)下的45 g組能夠撲滅火源，其滅火時(shí)間分別為18 s、16 s以及18 s；針對(duì)1[A22]"～3級(jí)危險(xiǎn)信號(hào)主動(dòng)式預(yù)警系統(tǒng)能夠在1s內(nèi)完成報(bào)警，證明所設(shè)計(jì)的主動(dòng)式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)能夠有效地對(duì)配電站中火災(zāi)進(jìn)行有效預(yù)防與控制。但研究僅分析了配電站中間接頭這一典型的火源信息，后續(xù)可以拓展電流荷載和接觸電阻過大等類型，以全面評(píng)估主動(dòng)式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的可行性。

參考文獻(xiàn)

[1]叢子涵，劉亞東，嚴(yán)英杰，等.配電線路樹線早期故障動(dòng)態(tài)特性仿真與試驗(yàn)[J].高電壓技術(shù)，2023，49（3）：1224-1233.

[2]劉國強(qiáng)，李國春，郝亞楠，等.低壓直流配電網(wǎng)強(qiáng)弱電弧特征及檢測算法[J].中國電力，2024，57（2）：94-102.

[3]武秋園.基于機(jī)器學(xué)習(xí)的電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2023.

[4]王嬋，謝冬，黃業(yè)勝，等.城市綜合管廊局部應(yīng)用超細(xì)干粉滅火裝置的實(shí)體火災(zāi)試驗(yàn)研究[J].給水排水，2023，49（12）：75-79.

[5]石小飛，郭汝艷.自動(dòng)跟蹤定位射流等自動(dòng)滅火系統(tǒng)同時(shí)作用問題的探討[J].給水排水，2023， 49（3）：93-98.