基于七氟丙烷的變電站高壓開關(guān)柜火災(zāi)預(yù)警及滅火的智能解決方案研究

引言

變電站高壓開關(guān)柜著火原因主要為線路短路或接觸不良、過負(fù)荷、開關(guān)故障造成線路高溫燃燒,常伴有濃煙,將導(dǎo)致主絕緣降低,嚴(yán)重時整個電柜會燃弧爆炸并蔓延到其他電柜。近年來,針對高壓開關(guān)柜消防策略的研究普遍缺乏火災(zāi)發(fā)生過程監(jiān)測和數(shù)據(jù)記錄,沒有挖掘開關(guān)柜火災(zāi)大數(shù)據(jù)價值的途徑和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。目前關(guān)于開關(guān)柜消防策略的研究,主要是開關(guān)柜的幾種常見消防設(shè)計對比,其中探火管滅火的認(rèn)可度較高:另外,文獻(xiàn)提出的高壓開關(guān)柜電纜倉監(jiān)測消防系統(tǒng)取得了實際應(yīng)用效果,文獻(xiàn)驗證了基于深度學(xué)習(xí)算法用于開關(guān)柜狀態(tài)診斷的可行性與工程應(yīng)用價值。

針對高壓開關(guān)柜消防設(shè)計存在的不足,本文提出了一種變電站高壓開關(guān)柜火災(zāi)預(yù)警及滅火的智能解決方案,該方案能實現(xiàn)開關(guān)柜起火早期的煙霧探測、溫度報警、形成火災(zāi)后的滅火、聯(lián)動預(yù)警信息推送整個過程的控制,使消防關(guān)口前移,解決現(xiàn)有電柜內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后無法控制、蔓延到其他電柜的問題,提高電柜預(yù)防火災(zāi)的能力,把火災(zāi)控制在電柜內(nèi),減輕火災(zāi)造成的損害。

1基于七氟丙烷的管式滅火裝置及火災(zāi)探測裝置的技術(shù)特點

(1)本文提出的管式滅火裝置融合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和探火管特有性能,是一種集探測和滅火功能于一體的裝置。該裝置可組合使用,亦可單獨使用。壓力開關(guān)監(jiān)測實時壓力,煙溫探測器監(jiān)測溫度、煙霧:滅火裝置單獨使用時無須用電,安裝輕便簡單,無須定期保養(yǎng)。

(2)管式滅火裝置可配置有線壓力開關(guān)接入傳統(tǒng)火災(zāi)自動報警控制器,也可配置無線壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集終端連接,遠(yuǎn)程監(jiān)控滅火裝置壓力的變化、發(fā)出滅火報警,通過遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺及時通知到相關(guān)人員。

(3)滅火管形狀可塑,通過把滅火管敷設(shè)進(jìn)高壓開關(guān)柜內(nèi)部,呈U型或S型纏繞,并用金屬C型卡固定,讓滅火管可以充分探測感知電柜內(nèi)各部位的溫度變化,當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度值時,滅火管會破裂一個小口形成噴頭,管內(nèi)滅火劑通過噴頭全部釋放,實施滅火。

(4)本文提出的火災(zāi)探測裝置是通過無線智能感煙感溫火災(zāi)探測器,對電柜內(nèi)的火災(zāi)進(jìn)行早期預(yù)警。探測器是獨立式的,不需要安裝報警主機(jī),報警通過無線回傳到服務(wù)器平臺:探測器功率小,可使用電池供電,不需要敷設(shè)線路,所以具有安裝維護(hù)方便、投資少的優(yōu)點,也適合分散的配電柜安裝使用。

2變電站高壓開關(guān)柜火災(zāi)預(yù)警及滅火的智能解決方案

本方案由基于七氟丙烷的管式滅火裝置(簡稱"滅火管")、無線傳輸裝置和火災(zāi)探測裝置(煙溫探測器)以及警報器和聯(lián)動控制模塊組成一個完整的電柜火災(zāi)預(yù)警及滅火系統(tǒng)。

2.1基于七氟丙烷的管式滅火裝置設(shè)計

七氟丙烷滅火劑是一種無色無味、不導(dǎo)電的氣體,撲救電路火災(zāi)時安全性高,在一定壓力下呈液態(tài)儲存,滅火機(jī)理是冷卻滅火、窒息滅火。該滅火劑為潔凈藥劑,釋放后沒有粒子或油狀殘余物,不會污染環(huán)境和被保護(hù)的精密設(shè)備,是良好的電氣火災(zāi)滅火藥劑。

滅火管是采用特制高分子材料制成軟管,軟管的動作溫度(破裂)在110℃(士10%),工作環(huán)境溫度為-20~70℃:軟管兩端由密封五金件和接頭組成,兩端接頭可連接壓力表、壓力開關(guān)、警報器、無線傳輸裝置等(圖1)。管內(nèi)充裝液態(tài)滅火劑(七氟丙烷),可承受一定的壓力。溫度達(dá)到預(yù)定溫度時,管內(nèi)壓力增大,在滅火劑飽和蒸汽壓的共同作用下,管壁破裂一個釋放口形成噴口,噴放管內(nèi)存儲的液態(tài)滅火藥劑,對配置滅火管的空間實施滅火,同時把滅火管動作的報警信息數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控平臺。

圖1 滅火管組成

實際應(yīng)用需根據(jù)開關(guān)柜的容積大小計算出滅火管的長度L,即所需滅火劑的劑量,按下列公式計算:

L=K·V

式中:L為滅火管長度(m):K為系數(shù)(直徑為18mm時系數(shù)為3.8,直徑為28mm時系數(shù)為1.4):V為實際保護(hù)體積,由箱體體積減去元器件體積得到(m3)。

2.2變電站高壓開關(guān)柜火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

高壓開關(guān)柜火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)是融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、無線傳輸網(wǎng)絡(luò)、信息化應(yīng)用等技術(shù)的消防監(jiān)控管理系統(tǒng),是基于消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)應(yīng)用平臺,能實現(xiàn)火災(zāi)自動報警、火災(zāi)狀態(tài)實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、消防遠(yuǎn)程監(jiān)控、安全通道和疏散通道的視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控、App實時動態(tài)監(jiān)控等功能,具有較高的可擴(kuò)展性,能全面提升消防安全管理水平和消防監(jiān)督效能。

該系統(tǒng)采用層次化、模塊化設(shè)計,由感知層、傳輸層、支撐層和應(yīng)用層組成(圖2)。通過壓力傳感器、火災(zāi)探測裝置、聯(lián)動模塊等設(shè)備感知電柜內(nèi)的煙霧、溫度、滅火管狀態(tài),并利用無線(有線)網(wǎng)絡(luò)把相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理,監(jiān)控平臺再把相關(guān)信息發(fā)送給各層次管理部門和人員。

感知層,包括感煙探測器、感溫探測器、數(shù)據(jù)接口、執(zhí)行元件等。通過各類傳感器可以采集各類消防設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)信息等,也可以通過遠(yuǎn)程執(zhí)行元件聯(lián)動各類消防設(shè)施。

傳輸層是通過有線、無線傳輸網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸功能,數(shù)據(jù)傳輸可以是雙向的。

支撐層是在云服務(wù)器中布置的應(yīng)用軟件,負(fù)責(zé)實現(xiàn)對感知層設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、處理、存儲和分發(fā)等功能。

應(yīng)用層,由監(jiān)控平臺、手機(jī)App組成,在支撐層分析處理得到相關(guān)數(shù)據(jù)后,通過監(jiān)控平臺、App推送信息或手機(jī)短信向各級管理部門和個人提供管理服務(wù)和應(yīng)用服務(wù),以及時發(fā)現(xiàn)和處理火災(zāi)。

3變電站高壓開關(guān)柜火災(zāi)預(yù)警及滅火系統(tǒng)的應(yīng)用

高壓開關(guān)柜火災(zāi)預(yù)警及滅火系統(tǒng)部署如圖3所示?？紤]到安裝維護(hù)的便捷性及滅火效果等因素,建議將滅火裝置、火災(zāi)探測裝置安裝在開關(guān)柜電纜室柜門、儀表室柜頂、斷路器室泄壓通道頂蓋上,以便準(zhǔn)確探測電柜內(nèi)火災(zāi)早期的煙霧,實現(xiàn)溫度報警,其中安裝在斷路器室泄壓通道頂蓋上的滅火效果最佳。無線傳輸裝置安裝在電柜外部,火災(zāi)早期溫度不高,能保證在燒毀火災(zāi)探測裝置前發(fā)出報警信息。滅火管以U型方式通過卡箍固定在電柜頂和兩側(cè)內(nèi)壁上或以圓盤形式通過卡箍固定在電柜頂部,能對電柜內(nèi)的火災(zāi)充分實施滅火措施。

當(dāng)配電柜發(fā)生火災(zāi)時,火災(zāi)探測器首先探測到電柜內(nèi)的煙霧,發(fā)出火災(zāi)煙霧報警信息。當(dāng)電柜內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定溫度時,火災(zāi)探測器發(fā)出火災(zāi)溫度報警信息。當(dāng)電柜內(nèi)火災(zāi)繼續(xù)發(fā)展,電柜內(nèi)滅火管表面溫度達(dá)到110℃時,滅火管自動破裂,釋放七氟丙烷滅火劑對配電柜內(nèi)的早期火災(zāi)進(jìn)行滅火。

另外,火災(zāi)探測裝置能實時監(jiān)測柜內(nèi)溫度等狀態(tài)量和滅火管動作發(fā)出的報警信息,通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器平臺,平臺應(yīng)用層對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、挖掘,將存在異常的情況通過App、短信、應(yīng)用平臺等推送給相關(guān)人員,同時也發(fā)送到各個監(jiān)控平臺。

4結(jié)語

本文針對當(dāng)前變電站高壓開關(guān)柜的消防策略,從系統(tǒng)總體設(shè)計、硬件設(shè)計、滅火系統(tǒng)布置等方面展開探討,提出了一種變電站高壓開關(guān)柜火災(zāi)預(yù)警及滅火的智能解決方案,能實現(xiàn)單個高壓開關(guān)柜火災(zāi)的快速滅火,前移消防關(guān)口,可把變電站內(nèi)的高壓開關(guān)柜火災(zāi)損失控制在有限范圍內(nèi),預(yù)防電柜早期火災(zāi)的蔓延,大大降低火災(zāi)造成的損失,并為挖掘開關(guān)柜消防大數(shù)據(jù)價值提供途徑和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本方案在箱式電氣設(shè)備的消防方面具有廣泛的應(yīng)用前景。