淺談云霧室型空氣采樣探測(cè)系統(tǒng)在電力場(chǎng)所的應(yīng)用

趙 霞（北京市海淀區(qū)公安消防支隊(duì)，北京 100089）

引言

電力場(chǎng)所屬于高能量密集的場(chǎng)所，因意外事故而造成重大安全責(zé)任事故的機(jī)率極高。因此，對(duì)可能造成電力系統(tǒng)安全事故，尤其是電力設(shè)備等過熱隱患最終導(dǎo)致事故的防范，必須采用最高規(guī)格的防御體系。《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50229-2006）特別加入了吸氣式感煙探測(cè)報(bào)警器的選用范圍。然而，我國(guó)的電力場(chǎng)所多屬高灰塵區(qū)域，選用高靈敏度的吸氣式感煙探測(cè)報(bào)警器常因高誤報(bào)率而不得不調(diào)低其靈敏度，最終，探測(cè)系統(tǒng)個(gè)別采樣孔的靈敏度將降低至3%～5%obs/m，與傳統(tǒng)點(diǎn)式探測(cè)器的靈敏度差不多，這樣，投入大筆預(yù)算采購(gòu)高靈敏度探測(cè)器的意義就不復(fù)存在了。所以，如今電力場(chǎng)所在電力設(shè)備過熱隱患探測(cè)這一課題上所面對(duì)的主要挑戰(zhàn)是：選用的設(shè)備能否運(yùn)轉(zhuǎn)于應(yīng)有的高靈敏度? 運(yùn)轉(zhuǎn)于高靈敏度是否會(huì)帶來(lái)誤報(bào)的困擾?

1 目前使用的火災(zāi)報(bào)警器

傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器大都是光電型火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器，對(duì)于目前廣泛使用的光電型火災(zāi)探測(cè)器，存在如下缺陷：

1）傳統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)器安裝方式單一，不能針對(duì)不同電氣場(chǎng)所內(nèi)不同的保護(hù)目標(biāo)提供有針對(duì)性的保護(hù)。

2）傳統(tǒng)火災(zāi)探測(cè)器維護(hù)程序復(fù)雜、維護(hù)周期短，且維護(hù)難度大。例如常用的紅外對(duì)射式煙霧報(bào)警設(shè)備。

3）靈敏度低、誤報(bào)率高。由于光電型探測(cè)器采用的是遮光探測(cè)的原理，所以難以抵御空氣中的灰塵、霧氣等因素對(duì)其造成的影響。對(duì)于電力場(chǎng)所來(lái)說(shuō)尤其如此，由于其死角眾多，長(zhǎng)年積灰，受光電型探測(cè)器使用遮光方式探測(cè)的原理所限，越是靈敏反而對(duì)此種情況的誤報(bào)越嚴(yán)重。誤報(bào)的發(fā)生不但會(huì)浪費(fèi)大量的人力和時(shí)間，而且一旦安保人員產(chǎn)生了麻痹的心理，其保護(hù)區(qū)域?qū)⑾萑敫游ｋU(xiǎn)的境地。這樣火災(zāi)探測(cè)器不但失去意義，反而會(huì)帶來(lái)困擾。使用這樣的探測(cè)器，火災(zāi)威脅仍然時(shí)刻存在。

對(duì)于光電型探測(cè)器來(lái)說(shuō)，由于其發(fā)展歷史悠久，其硬件設(shè)備的性能已經(jīng)提升至極限，甚至已經(jīng)采用激光光源進(jìn)行探測(cè)，但是仍然無(wú)法突破對(duì)火災(zāi)早期的探測(cè)。由此可見，光電型探測(cè)器由于其根本原理的限制而無(wú)法提供更多的反應(yīng)時(shí)間，甚至?xí)?lái)更多的困擾。

2 極早期火災(zāi)探測(cè)在電力場(chǎng)所的防火優(yōu)勢(shì)

2.1 IFD在火災(zāi)探測(cè)中的優(yōu)勢(shì)

電力系統(tǒng)事故的極早期階段是指電力設(shè)備、電路板、電線電纜、開關(guān)柜、母線排及端子等電力負(fù)荷超載，從被過度加熱超過其絕緣材質(zhì)可承受的臨界點(diǎn)，到氧化燃燒并開始產(chǎn)生碳煙，造成短路、斷路等電力事故的發(fā)生。在電力系統(tǒng)存在過熱過載隱患時(shí)，其極早期階段（此時(shí)尚無(wú)煙粒子產(chǎn)生）所出現(xiàn)的情況是熱力的適度增加，進(jìn)而產(chǎn)生大量的不可見次微米粒子(0.002μm；μ=10-6)。一般采用光散射原理的早期煙霧探測(cè)器并不對(duì)次微米粒子產(chǎn)生反應(yīng)；它所能探測(cè)到的粒子大小受探測(cè)器所使用的探測(cè)光源之波長(zhǎng)（約0.1μm）所限制；然而在火災(zāi)極早期階段，大于0.1μm粒子的存在數(shù)量相對(duì)于0.002次微米大小的粒子數(shù)量是相當(dāng)相當(dāng)少的；所以，采用光散射原理的早期煙霧探測(cè)器無(wú)法探測(cè)出電力系統(tǒng)過熱過載隱患狀態(tài)，而只有基于云霧室探測(cè)原理的探測(cè)器才能保證電力系統(tǒng)的安全生產(chǎn)運(yùn)行，不影響正常發(fā)電、配電、變電和供電以及人民群眾正常生活用電。

2.2 探測(cè)器的配置方案

每臺(tái)IFD探測(cè)器的保護(hù)面積為800m2～2000 m2，并分為單區(qū)型和分區(qū)型，模塊化配置，可結(jié)合電氣場(chǎng)所各個(gè)區(qū)域面積大小以及布置配套設(shè)計(jì)和應(yīng)用。IFD云霧室型極早期火災(zāi)探測(cè)器采用主動(dòng)式空氣采樣探測(cè)方式，即使用抽氣泵不間斷地將被保護(hù)區(qū)域內(nèi)的空氣樣品抽進(jìn)云霧室進(jìn)行分析。與傳統(tǒng)火災(zāi)探測(cè)方法相比，它的探測(cè)結(jié)果和響應(yīng)時(shí)間不會(huì)受環(huán)境氣流(如HVAC、氣流分層、高流速等)影響。故對(duì)于電氣場(chǎng)所的復(fù)雜環(huán)境區(qū)域，IFD是非常適合的。IFD采用云霧室粒子計(jì)數(shù)，從而極大地?cái)U(kuò)大了粒子探測(cè)范圍。它能夠有效地探測(cè)包括：天然物質(zhì)燃燒煙塵（如木材、布料、煙草等），合成物質(zhì)過熱、燜燒、燃燒所釋放的熱釋粒子（如塑料過熱散發(fā)的鹵化物、松香、樹脂等）；探測(cè)到的燃燒粒子直徑小到0.002μm（不可見熱釋粒子），大到20μm；因?yàn)榫邆洵h(huán)境粒子計(jì)數(shù)功能，即使在多塵環(huán)境下，灰塵粒子的數(shù)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于火災(zāi)極早期階段釋放出的熱釋粒子數(shù)量(約1:200)。所以IFD真正解決了在多塵環(huán)境下激光型空氣采樣系統(tǒng)誤報(bào)警的弊端，非常適合應(yīng)用在電氣場(chǎng)所這類火災(zāi)發(fā)生概率較高的且極其重要的場(chǎng)所。而且其安裝靈活，對(duì)保護(hù)目標(biāo)具有極強(qiáng)的針對(duì)性。與以往的探測(cè)設(shè)備不同，IFD的采樣管網(wǎng)可以根據(jù)需要采用不同的安裝方法。例如：可以像常規(guī)點(diǎn)式煙霧探測(cè)器一樣安裝在天花板內(nèi)或地板下；也可以將采樣管沿著被保護(hù)體的走向來(lái)安裝；還可以其特有的毛細(xì)管采樣方式將采樣管隱藏在不易察覺地方，從而使得被保護(hù)區(qū)域可以得到切實(shí)的防護(hù)。

3 云霧室型極早期探測(cè)器探測(cè)依據(jù)及原理

在火災(zāi)發(fā)生的極早期，物體(如電線電纜或電子零件)被過度加熱之后，其表面會(huì)釋放出極微小的不可見熱分解粒子(約小至0.002μm)，其數(shù)量在短時(shí)間內(nèi)可達(dá)到50萬(wàn)個(gè)/cc～100萬(wàn)個(gè)/cc；而在正常狀況下，空氣中飄浮的不可見微粒子數(shù)只有約2萬(wàn)個(gè)/cc，在高塵區(qū)也只有2.5萬(wàn)個(gè)/cc～3萬(wàn)個(gè)/cc，正常與火災(zāi)極早期狀況下粒子數(shù)的懸殊比例可被云霧探測(cè)室區(qū)別出來(lái)，故采用云霧探測(cè)室型的探測(cè)器，其警報(bào)門坎都設(shè)定在20萬(wàn)～80萬(wàn)個(gè)/cc之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于背景值(即使是高塵區(qū)的3萬(wàn)個(gè)/cc)，故此型探測(cè)器不會(huì)受環(huán)境灰塵的影響而產(chǎn)生誤報(bào)。而激光型探測(cè)器較難避免誤報(bào)是因煙粒子(0.01μm～1μm)與一般空氣中的懸浮塵粒子(0.01μm～2μm)大小極為近似，故在有落塵的地方就容易產(chǎn)生誤報(bào)；另由于受限于光波長(zhǎng)的影響，直徑小于光波長(zhǎng)的不可見微粒子無(wú)法被光電式探測(cè)器探測(cè)出來(lái)，只能利用濾網(wǎng)將較大的粒子過濾掉，使得遮光率不會(huì)受大粒子的影響，經(jīng)過光子分析儀的探測(cè)后，再以警報(bào)時(shí)間延遲(約1min)來(lái)避免因短暫的高灰塵氣流經(jīng)過而引起誤報(bào)。而IFD因應(yīng)用粒子計(jì)數(shù)功能，不會(huì)受灰塵、霧氣、干冰、水蒸氣等影響而產(chǎn)生誤報(bào)。

IFD系統(tǒng)具有成熟的管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證軟件Proflow，它能在施工前精確計(jì)算出采樣管網(wǎng)設(shè)計(jì)中每一個(gè)采樣點(diǎn)的靈敏度和整個(gè)管網(wǎng)的氣流參數(shù)及其他工作參數(shù)。

金屬外殼具有抗電磁干擾能力，同時(shí)因?yàn)椴捎肁BS/PVC管網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)區(qū)域的極早期火災(zāi)監(jiān)測(cè)，不會(huì)受到區(qū)域內(nèi)強(qiáng)電磁干擾影響正常工作，也不會(huì)對(duì)區(qū)域內(nèi)其他電子設(shè)備造成電磁干擾。

IFD具備事件記錄功能，能夠?qū)⒃O(shè)備運(yùn)行狀況記錄并儲(chǔ)存，不會(huì)受掉電影響，能夠?qū)馂?zāi)各個(gè)階段完整記錄，描繪火災(zāi)生命周期的極早期階段、煙釋放階段、火焰釋放階段和熱釋放階段的全部發(fā)展曲線過程。

IFD設(shè)備具有現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)四級(jí)報(bào)警顯示功能，對(duì)于早期火災(zāi)隱患，用戶可以及時(shí)處理，并可通過復(fù)位和靜音功能按鍵，現(xiàn)場(chǎng)操作設(shè)備，避免人員往返于消防控制室與現(xiàn)場(chǎng)之間。

IFD具備遠(yuǎn)程輸入控制功能，用戶可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端對(duì)本設(shè)備的復(fù)位、禁用、隔離等控制。

因電力場(chǎng)所控制室和辦公室內(nèi)空調(diào)氣流導(dǎo)致煙霧熱釋粒子飄散無(wú)序，很難探測(cè)火災(zāi)準(zhǔn)確位置，為更加準(zhǔn)確探測(cè)微小火災(zāi)，將火災(zāi)隱患探測(cè)范圍縮小至1m內(nèi)，IFD配備了移動(dòng)式極早期火災(zāi)尋址器（Locator）。該設(shè)備自帶電源，可根據(jù)維護(hù)人員需要，隨身攜帶到需要做火災(zāi)極早期探測(cè)區(qū)域進(jìn)行探測(cè)。

IFD火災(zāi)極早期探測(cè)系統(tǒng)采樣管網(wǎng)的維修保養(yǎng)采用一站式維護(hù)方式，即工作人員只需在設(shè)備端即可實(shí)現(xiàn)采樣管網(wǎng)內(nèi)部的粉塵進(jìn)行清理和設(shè)備的維護(hù)工作，從而使得維護(hù)工作更加簡(jiǎn)單易行，節(jié)省了我們寶貴的時(shí)間。

4 采用云霧室型極早期探測(cè)技術(shù)的案例

萬(wàn)國(guó)數(shù)據(jù)上海外高橋數(shù)據(jù)中心位于上海市浦東保稅區(qū)外高橋科技園區(qū)，于2010 年1 月動(dòng)工，2011 年12 月投入運(yùn)營(yíng)，一期建筑面積約24,000m2。機(jī)房樓共5 層，提供12 個(gè)機(jī)房模塊，云霧室型極早期探測(cè)器安裝于UPS室、變配電室、蓄電池室及數(shù)據(jù)機(jī)房。極早期報(bào)警系統(tǒng)配合火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、消防控制系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、自動(dòng)噴淋系統(tǒng)以及消火栓系統(tǒng)對(duì)建筑物內(nèi)昂貴設(shè)備及重要數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。

萬(wàn)達(dá)集團(tuán)信息中心位于廊坊萬(wàn)達(dá)學(xué)院內(nèi)，于2011年10月動(dòng)工建設(shè)，2012年3月投入運(yùn)營(yíng)，建筑面積3000 m2。機(jī)房樓共2層，提供4個(gè)機(jī)房模塊間，云霧室型極早期探測(cè)系統(tǒng)安裝于變配電室、接入間、電池室以及數(shù)據(jù)機(jī)房位置。極早期報(bào)警系統(tǒng)配合環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、自動(dòng)噴淋系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行全面的消防防控。

在這些案例中，云霧室型極早期火災(zāi)探測(cè)技術(shù)在火災(zāi)的預(yù)防及安全隱患探測(cè)中起到了非常積極的作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，采用IFD火災(zāi)極早期探測(cè)系統(tǒng)是一種能夠有效解決電力場(chǎng)所一類重要場(chǎng)所面臨的火災(zāi)探測(cè)難點(diǎn)的方案，真正意義上地從安全出發(fā)，為其提供了極高的靈敏度，極寬闊的靈敏度調(diào)節(jié)范圍，采用主動(dòng)的采樣方式進(jìn)行探測(cè)，功能更加全面、性能更加可靠、使用更加安全、維護(hù)更加方便。