电力系统变电站火灾探测与智慧消防技术方案

电力系统变电站火灾探测与智慧消防技术应用方案2018-5TOC\o"1-5"\h\z项目背景4标准及规范4火灾隐患分析5易燃物品种类繁多5火灾诱发机制多、危害大5灭火难度大6灾后损失及影响大6隐患综述6系统探测报警技术7变压器的火灾探测报警7线型感温火灾探测器7红外热成像火灾探测器8设备间及控制柜的火灾探测报警9电缆竖井和电缆夹层的火灾探测报警9空调系统回风口的火灾探测报警10无人值守变电站的报警信息上传11系统灭火技术12六．系统组网及联动控制13系统组网模式和联动控制13变电站智能辅助控制系统14.智慧消防物联网管理平台14.日常检查与维护15消防控制室15日常检查与维护15.项目背景电力系统的安全运行是关系到国计民生的大问题，若变电站发生消防事故将使变电站停止运行，造成生产停顿、生活混乱，危及人身和设备安全，造成非常严重的后果。变电站是电力系统的重要组成部分，变电站的可靠性对电网的安全正常运行起着至关重要的作用，所以变电站的消防系统的可靠性是确保变电站可靠性和安全性的至关重要的因数。可靠性是指在规定的时间内完成规定功能的能力；安全性是指运行时发生事故的几率。可靠性低，变电站发生事故的几率就高；而发生事故时，变电站就无法起到应有的作用，性能会下降甚至无法运行，也降低了变电站的可靠性。通过近期国内电力系统变电站电气火灾隐患排查治理调研工作，发现诸多影响变电站安全性和可靠性的火灾隐患，部分隐患已经发展成为火灾事故，为国家和人民带来了一定的经济损失和社会影响，随着近年来智能电网作为未来电网的发展方向，智能变电站无疑是最核心关键的一环。同时公安部消防局发布了《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见》(公消[2017]297号)，文件要求全面提升社会火灾防控能力管理水平，建设居于大数据和一张图的实战指挥平台、数字化预案编制和管理应用平台实现“传统消防”向“现代消防”的转变。因此通过智慧消防与智慧变电站的系统整合，突出变电工程的整体、联系功能，更加注重系统的可靠，安全优化、全局优化、费用优化，节约资源、协调环境、可持续发展；更加注重全寿命期内的功能匹配、寿命协调和费用平衡，将有利于智慧变电站及无人值守变电站更加经济、安全、可靠运行。.标准及规范本次方案所遵循的相关标准及规范《火灾报警控制器》(GB4717-2005)《火灾自动报警系统设计规范》(GB50n6-2013)《消防联动控制系统》(GB16806-2006)《火灾自动报警系统施工及验收规范》(GB50166-2007)《火灾报警设备检验规则》(GB12978-91)《消防安全责任制实施办法》(国办发【2017】87号《消防控制室通用技术要求》(GB25506-2010)《机关、团体、企业、事业单位消防安全管理规定》(2001年11月14日公安部令第61号)《电力设备典型消防规程》(DL5027-2015中华人民共和国电力行业标准)《火力发电厂与变电所设计防火规范》(GB50229-2006)火灾隐患分析易燃物品种类繁多与过去相比，现代电子机房内安置有大量功能完备、价格昂贵的仪器设备、电线电缆及各种存储介质，其中设备内部的元器件，电缆绝缘外套多采用石碳酸纤维，聚氯乙烯等易燃材料，极易燃烧造成灾难性后果。另外，类似纸张，磁盘，磁带等各类存储介质也是构成火灾隐患的重要因素。火灾诱发机制多、危害大机房火灾通常可有多种原因诱发，其中包括传统的原因，也包括基于电子机房自身特点的多种原因。据统计在造成机房火灾各类原因当中，28%的火灾由机房电力供应系统(交直流电源、电池、发电机及供电线路等)引发，18%的火灾由机房所在建筑内的其他电器设备引发，其中包括电梯，空调，加热设备，照明系统等等，35%的火灾则直接由机房内电子设备内部的元器件引发。机房设备一旦发生火灾，不但会对设备造成直接危害，而且由于机房设备当中的特殊材料燃烧所产生的气体具有较强的腐蚀性，也将对设备造成长久的损害。灭火难度大机房火灾发生后，灭火设施的启动会将对机房设备及人员造成许多潜在的二次危害，其中水喷淋系统不但会对设备本身将造成直接的损害，而且在其启动温度（70摄氏度左右）达到时，火灾已经达到相当的规模，高温及腐蚀性气体已对设备造成了巨大的损害。二氧化碳气体灭火系统虽然不具备腐蚀性，在密闭空间内也有很好的防护效果，并且现在已应用于电子设备的防护，然而，它要求保持具有毒性的高浓度气体，并需在低温下释放，这对于电子设备和工作人员也将产生较严重的危害。而其他气体灭火系统，如FM200，烟络尽，EBM等气体灭火装置，一旦误启动，将造成灭火剂巨大的浪费，即使在正常情况下，也将对环境和设备造成或多或少的不良影响。由以上灭火设施的特点可以看出，现有的消防手段，普遍存在启动时机偏晚，启动后对设备、人员造成二次危害，安置及使用费用昂贵等缺点。灾后损失及影响大与过去相比，现代电子设施日益先进，价格十分昂贵。一块卡，一个模块的损坏都将造成巨大的损失。随着科技的发展，电子产品集成度越来越高，体积越来越小，由此导致单位空间内的火灾危害也越来越大。设备机柜普遍由原来的4米变成了现在的2米左右，原来安置在多个房间内的设备也会被集中在一个机房当中，因此，一个机房发生火灾，其对设施本身及电力运营将造成更为严重的后果。另外，由于设备的高度集成化，设备运行对环境的要求越来越高，任何温度，湿度的变化，都更易造成元器件的升温直至燃烧。隐患综述综上所述，变电站及其运行环境中，可能引发火灾的主要原因为电气类火灾，通常在火灾初期时发烟量很少（阴燃火阶段），因此火灾防护必须实现火灾的早期预警；同时，对于长期运行于电站环境的报警设备来讲，其潮湿、多尘、空间变化多样（有狭小空间，有高大空间）、强气流等特点，要求火灾探测报警系统在高温、高湿、粉尘等恶劣工业环境下具有长时间有效、稳定和可靠的运行。结合国内外变电站的成功应用经验，为更好的保障电力系统的正常运行及保障人民安全用电，根据变电站不同的危险源进行有针对性的火灾早期探测及预警技术防护，通过区域型火灾报警控制器将组合式报警信号进行智能分析判断并上传云平台，在确认火灾报警状态时及时启动视频监控，由枢纽站的值班人员进行现场确认，启动联动灭火系统及相关应急处置预案，最终实现全面保护、早期报警、防患于未然的火灾防护目的。系统探测报警技术变压器的火灾探测报警线型感温火灾探测器变压器本身就是一种高电压等级的设备，它在正常运行时，要不断向空间辐射强烈的电磁干扰，这对于保护变压器的火灾探测报警设备的抗电磁干扰能力提出了更高的要求；变压器作为一种超高压设备，在生产过程中厂家采取内部灌入循环绝缘油方式对变压器进行降温以提高变压器的防火性能，但是一旦变压器线圈短路，引起变压器内部温度过高而产生火灾，因此在变压器的火灾初起阶段主要的特征是变压器表面温度的剧烈变化。由于变压器在火灾初起阶段主要是温度的变化，因此在火灾探测报警设备的选型时宜选用线型感温火灾探测器。用于保护变压器的火灾探测器的感温电缆以正弦波接触式分层敷设，两边用钢丝悬吊起来，并用专用的固定卡具进行固定。这种方式对火灾探测效果较好，但是在工程应用中，为了抽换电缆方便，采用感温电缆架空的方式，对于火灾探测的效果较好，一般施工可以将电缆固定在水喷雾的管路上（如图4.1.1所示）。图4.1.1感温电缆的安装示意图红外热成像火灾探测器红外热成像仪是反映物体表面温度而成像的设备，因此除了夜间可以作为现场监控使用外，还可以作为有效的防火报警设备，在所有的消防火险发生初期，灾害往往是由局部电气隐患产生的高温引发的。红外热像仪还可以用来探测电气设备的不良接触，以及过热的机械部件，以免引起严重短路和火灾。统计数据表明，在所有电气设备隐患中的25%以上是引发火灾的主要原因，都是由于插头接触不良引发的。对于所有可以直接看见的设备，红外热成像产品都能够确定所有连接点的热隐患。对于那些由于遮挡而无法直接看到的部分，则可以根据其热量传导到外面的部件上的情况，来发现其热隐患。设备间及控制柜的火灾探测报警GB50229—2006《火电发电厂与变电站设计防火规范》规定主控室、配电室、可燃介质、电容器室、继电器室应安装火灾自动报警系统。美国标准规定变电站关键区域应设置火灾探测系统，如：控制室、开关柜、含矿物油绝缘介质的设备区。因此在设备间内应设置点型感烟火灾探测器或者吸气式感烟火灾探测器。由于在一些有人值守和无人值守的变电站，环境温度高、湿度大，同时伴有一定的粉尘，因此在选用点型感烟火灾探测器时，应选用耐高温、高湿和耐粉尘的工业环境感烟火灾探测器。在选用吸气式感烟火灾探测器时，也应选择间断吸气的点型采样式吸气式感烟火灾探测器或具有过滤网和管路自清洗功能的管路采样式吸气感烟火灾探测器。用于控制柜内的电气火灾监控的有测温式电气火灾监控探测器、剩余电流式电气火灾监控探测器、感烟火灾探测器和热解粒子式电气火灾监控探测器。其中测温式电气火灾监控探测器是通过接触式热传导器件监控配电柜内接头处的温度变化，当接头过多时，测温式电气火灾监控探测器因设置复杂而不适用；剩余电流式电气火灾监控探测器只能解决泄漏电流过大的引发的事故，在均匀泄漏时并不会产生火灾；常规感烟探测器包括普通的点型感烟探测器、点型红外火灾探测器、线型红外火灾探测器以及高灵敏度的吸气式火灾探测器，这些感烟探测器均是探测烟雾粒子原理。测量热解粒子式电气火灾监控探测器能够探测电线、开关等高分子材料第一次热解产生的气体（异味、无味气体），实现火灾早期探测。测量热解粒子式电气火灾监控探测器在发出报警信号时，线缆和塑料开关等处于第一热解阶段，并产生一定的异味，若及时处置降低载荷并处置了短路或解除不良等电气火灾隐患后，不会对设备控制柜内的电气设备造成不可逆的火灾损害，所有设备均能继续正常工作。电缆竖井和电缆夹层的火灾探测报警《火力发电厂与变电站设计防火规范》（GB50229—2006）规定220kV及以上变电站的电缆夹层及电缆竖井和地下变电站、户内无人值班的变电站的电缆夹层及电缆竖井应采用火灾自动报警系统。《电力设备典型消防规程》（DL5027-2015中华人民共和国电力行业标准）规定电缆层、电缆竖井和电缆隧道应设缆式线型感温、分布式光纤、点式感烟或吸气式感烟火灾探测器。在电缆夹层、电缆沟等区域内电缆密集程度很高，火灾具有发展速度快、扑救困难等特点，另外这些电缆火灾易于蔓延，危害性很大。这些火灾的特点是热源尺寸小、无明火辐射小、且沿电缆长距离分布。这些特点要求对电缆火灾安全防护具有高空间分辨、长探测距离和快响应速度的要求。与传统的线型感温技术相比，光纤光栅式线型感温火灾探测器具有以下功能，能够满足上述要求：定位精度高。敏感部件间隔长度可灵活调节，即可根据实际监测需求制作厘米级~米级不同间距长度的敏感部件。监测距离长。可通过波分和空分混合复用方式，敏感部件总长度可达10公里，为GB16280-2014国家标准的上限，且不影响单只敏感部件间距。响应速度快。密集光栅阵列感温光纤为多通道同步并行扫描，其反射信号强度大，可达到秒级响应速度。分区温度显示。信号处理单元利用波分、空分及时分等多种复用定位技术，既可以精确定位至厘米级温度变化，也能够灵活划分监测分区，并且能够对报警分区进行实时温度显示。现场敷设灵活。敏感部件布设灵活，其与信号处理单元通过传输光缆连接，不占用敏感部件长度和测温范围。本质安全，且不受电磁干扰影响。敏感部件为经过光学加工的光纤，传感与传输信息均以光信号为载体。因此推荐在电缆夹层、电缆沟等区域内采用光纤光栅式线型感温火灾探测器。空调系统回风口的火灾探测报警由于机房环境的要求，空调系统被普遍采用，烟雾的传播及扩散变得更加容易，空调系统的常规换气率通常为每小时15至60次。系统中的风管组成了一个复杂的管道系统，主要用于将空气按设计流量高效率地输送和分配，是空调工程中最重要的一个组成部分。然而在火灾发生的时候，烟雾、有毒气体和火焰有可能沿着风管传播，从而引发更大的火灾，因此建议在空调系统的回风口内设置感烟火灾探测器。由于回风口会产生一定的气流和沙尘，因此建议采用离子感烟火灾探测器或者具有过滤网和管路自清洗功能的管路采样式吸气感烟火灾探测器。无人值守变电站的报警信息上传在我国，许多220kV及以下电压等级变电站已经开始由监控中心进行监控，基本上实现了变电站无人值守。部分变电站没有信号上传，未将消防信号接入调控中心的无人值守变电站，消防设施运行状况、动作状况处于失去监视的状态，即使变电站发生火灾事故，也无人知道。而根据《变电站设备监控信息规范》，调控中心仅接入“消防装置故障”、“消防火灾总告警”、“变压器消防火灾告警”等信号，信号量较少、且为合并信号，与国家规定的信号类别、数量有较大差异，调控人员无法掌握变电站消防设施运行状况以及火灾现场具体情况。调控中心接入的信号不全，不能准确掌握消防设施运行状况；消防设施告警或自动灭火系统动作时，调控人员无法正确判断，需电话通知运维人员赴现场进行核实，而运维人员抵达变电站现场时间最长可达90分钟，无法满足立即灭火的要求。根据《消防控制室通用技术要求》（GB25506-2010中华人民共和国国家标准）的规定，无人值守变电站应向有人值守变电站或枢纽变电站上传下列消防信号：1）火灾探测报警系统：火灾报警信息、可燃气体探测报警信息、电气火灾监控报警信息、屏蔽信息、故障信息。2）消火栓系统：消防水泵电源的工作状态，消防水泵的启、停状态和故障状态，消防水箱（池）水位、管网压力报警信息及消火栓按钮的报警信息。3）自动喷水灭火系统、水喷雾（细水雾）灭火系统：喷淋泵电源工作状态，喷淋泵的启、停状态和故障状态，水流指示器、信号阀、报警阀、压力开关的正常工作状态和动作状态。4）泡沫灭火系统：消防水泵、泡沫液泵电源的工作状态，系统的手动、自动工作状态及故障状态，消防水泵、泡沫液泵的正常工作状态和动作状态。5）消防应急照明和疏散指示系统：消防应急照明和疏散指示系统的故障状态和应急工作状态信息。6）消防电源：系统内各消防用电设备的供电电源和备用电源工作状态和欠压报警信息。五.系统灭火技术变电站在整个电力领域所处的重要地位，变电站的火灾防范变得至关重要。目前，变电站应用较多的灭火方式主要有七氟丙烷灭火系统、二氧化碳灭火系统、泡沫喷雾灭火和水喷雾灭火系统等。采用七氟丙烷系统灭火时，七氟丙烷在热态情况下会产生酸性物质，腐蚀性会造成设备的二次损伤，且火灾中产生的烟气对于电子、电气设备造成的污渍损失很大。二氧化碳气体灭火系统虽然没有腐蚀性，在密闭空间内也有很好的防护效果，并且现在已应用于电子设备的防护，然而，它要求保持具有毒性的高浓度，并在低温下释放，这对于电子设备和工作人员将产生较严重的危害。泡沫喷雾灭火系统主要包括泡沫罐、泡沫比例混合器、雨淋阀组、喷头及输送管道。因泡沫液具有冷却易燃液体表面、减缓气化作用；窒息火焰并阻止空气与易燃蒸汽接触；在易燃液体表面形成一个气封膜层，以抑制产生易燃气化物；将火焰与燃料表面隔离的特性。从而能够达到较好的灭火效果。泡沫灭火的优点是具有良好的绝缘性能；泡沫喷雾灭火剂性能稳定、灭火性能好、环保；自备动力源，不需要电动力；系统安装、维护方便；不需要水源；投资相对节省。缺点是泡沫灭火剂价格较高；主设备、灭火剂均没有备用。常用的水喷雾灭火系统，由于水滴直径偏大、水流量大，水滴会因为直接落在高温设备表面引起快速冷却而导致设备损坏等，且很多情况下易造成水浸渍损失。超细水雾灭火系统是在传统的水喷淋灭火系统的基础上发展起来的一种新型消防技术，产生的细小水滴高效吸收热量，且通过细水雾的阻隔辐射热作用，能在极短的时间实现保护空间内的均匀降温，细小水滴迅速受热后汽化形成原体积1700倍的水蒸气，最大限度地排斥着火点附件的氧气和其他可燃气体，使燃烧物质周围的氧含量降低，燃烧立即受抑制或中断，并防止了火灾的复燃。细水雾灭火系统的用水取用方便、连续供水能力强、灭火效能高。细水雾灭火系统具有持续灭火能力，可重复启动，有效防止复燃及扑灭蔓延火灾。避免了气体灭火系统、泡沫灭火系统等在可持续性灭火、火灾复燃的二次启动方面存在着的严重缺陷；同时细水雾灭火系统构成灵活，便于实现供水系统资源共享，更适用于工程应用。灭火时细水雾对人体无害，对环境无影响，不会在高温下产生有害的分解物质。同时由于细水雾的滴粒径小，质量轻，喷雾时水呈不连续性，可长期悬浮在空气中，绝大部分雾滴受热蒸发，洒落到设备上的水滴少而且不连续，水渍损失很小，因而具有良好的电气绝缘性，不会影响电气设备的正常运行。此外，细水雾的消烟作用，不仅可以粘附火灾烟气中的有毒颗粒，改善火场逃生环境，还可以有效的吸附电气火灾中有腐蚀作用的CO、HCL和HF,能有效降低烟气对设备的二次损害。所需的水量是传统水喷雾的1/10~1/5，消防水池体积变小。系统使用小口径的不锈钢管，管道管径小，重量轻，且多数不锈钢可以进行人工弯曲作业，因此安装极为方便，有效地节省系统安装成本。高压细水雾系统的使用寿命正常为50年，只需要定期（一般情况下半年）对系统进行一次换水处理即可，运营维护工作简单易操作，维护成本极低。从长期使用角度上对比计算，是目前投入性价非常高的消防系统。细水雾灭火系统能够承受保护区域一定限度的通风，对保护空间无密封性和耐压性要求，这是气体灭火系统力所不能及的；同时细水雾所具备良好的穿透能力，可不受空间内障碍物的遮挡，仍然可以发挥灭火效能。细水雾具有很强的吸热、阻隔热辐射以及除烟性能，从而有利于火场中的人员逃生。此外，细水雾的灭火介质为水，灭火时不会产生任何分解物质，不会产生温室效应，对环境及人体无害。六．系统组网及联动控制系统组网模式和联动控制变电站根据管理类型可分为无人值守变电站、有人值守变电站和枢纽中心站等。根据标准及规范要求，每一个变电站均应设有火灾探测系统和灭火系统。因此系统应包括视频、火灾探测、火灾报警控制和灭火等设备。根据变电站各分区域内设备及自身可燃物的燃烧特性，选择相应的探测器进行组合，并分布在变电站各分区域内。分区域内的火灾探测器对各分区域内的温度、气体浓度、烟雾浓度进行探测，并将探测结果发送至火灾报警控制器。火灾报警控制器接收到探测器的信号后，进行综合判断并将报警信号和状态信号发送到有人值守的变电站或枢纽中心站。当火灾报警控制器发出火灾报警信号时，应同时启动视频监控，将火灾报警信号和火灾报警状态下的视频信号传送到有人值守的变电站或枢纽中心站，经值班人员确认火灾时，自动或远程手动启动火灾报警控制器的灭火联动功能，联动控制灭火系统进行灭火，同时将灭火系统的状态信号通过火灾报警控制器传送到有人值守的变电站或枢纽中心站。变电站智能辅助控制系统智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳和环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能，同时，具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能的变电站，实现电网调度等互动。智能变电站主要包括智能高压设备和变电站统一信息平台两部分。主设备的智能化已日趋完善，但智能变电站不仅仅只限于此，变电站内还有大量的辅助设备，他们的管理也是相当复杂的，如水泵、风机、火灾报警系统、灯具、水箱水池、消防设备和空调等等，他们是否正常工作，是否能实现智能化，也是智能变电站不可缺少的一部分。智能辅助控制系统囊括了图像监视及安全警卫系统、环境监控系统和火灾报警系统，将变电站内大部分辅助设施进行改进提升，变电站的智能化也由点到面，成为了全方面的智能变电站变电站智能辅助控制系统采用开放式系统，系统设备配置和功能满足了无人值班的技术要求，也满足全站安全运行要求。系统后台设备按全站最终规模配置，即可满足前端设备可按建设规模配置，又可保证后期扩建设备的增设。智能辅助控制系统结构由图像监视及安全警卫子系统、火灾报警子系统、环境监测子系统组成，通过辅助控制系统后台实现子系统之间以及与消防、暖通、照明等的信息互联互通。.智慧消防物联网管理平台随着第三次信息技术革命浪潮的到来，全球已经步入了物联网时代；物联网是使用射频技术（RFID）、红外感应、全球定位系统（GPS）、激光扫描等技术采集物理世界数据信息，通过通信网和互联网把采集到的数据信息传送至云端、服务器、大数据中心进行数据分析处理，最终将数据分析结果传送至PC端和手机端，便于人们随时查看。智慧消防物联网云平台充分利用物联网技术，建立健全以信息化为主导、侧重事前预警、通过人防+技防将各类安全隐患扼杀在萌芽状态，减少生命财产损失、营造安全可靠的设备运行环境。通过智慧消防物联网与智能变电站的整合，将变电站消防物联网平台作为智能变电站管理系统的一个子系统，通过智慧消防物联网平台能够对平台内的有人值守变电站、无人值守变电站和枢纽中心站的火灾报警系统、灭火系统的状态通过一张图的方式进行全方位的展示，并通过专家数字化预案方式，在火灾条件下自动转入相关处置模式，大大缩短了火灾探测报警和火灾处置时间，提高了变电站的火灾安全性和运行可靠性。同时通过智慧消防物联网平台，能够在远程实时了解每一个变电站的火灾报警系统和灭火系统的工作状态，当发生故障时能够及时派人处置和排查，确保了变电站消防系统的可靠性，大大提高了各类变电站的运行可靠性和安全性。.日常检查与维护消防控制室设置在有人值守变电站和枢纽中心站的消防控制室应具有下列文件资料：检测、验收合格资料；建(构)筑物竣工后的总平面图、建筑消防系统平面布置图、建筑消防设施系统图及安全出口布置图、重点部位位置图；消防安全管理规章制度、应急灭火预案、应急疏散预案；消防安全组织机构图，包括消防安全责任人、管理人、专职、义务消防人员；消防安全培训记录、应急灭火和疏散预案的演练记录；值班情况、消防安全检查情况及巡查情况的记录；火灾自动系统设备现场设置情况记录；消防系统联动控制逻辑关系说明、联动编程记录、消防联动控制器手动控制单元编码设置记录；系统设备使用说明