智能變電站火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用

谷克明

中油電能供電公司信息通信中心

隨著電網(wǎng)管理標(biāo)準(zhǔn)化、集約化、智能化的發(fā)展，中油電能供電公司變電站運(yùn)維管理取得了長足進(jìn)步。截至目前，無人值守變電站已達(dá)近百座，占所轄變電站總數(shù)的90%以上。在無人值守變電站中均已配置了周界防范報(bào)警系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、SF6氣體泄漏報(bào)警系統(tǒng)等安全防護(hù)系統(tǒng)，極大地提高了油田電網(wǎng)的安全管理和可靠平穩(wěn)運(yùn)行。其中，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)能及時(shí)監(jiān)測變電設(shè)備過熱等異常情況，避免可能造成的火災(zāi)及其運(yùn)行設(shè)備損壞，防止電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障而導(dǎo)致油田設(shè)備大面積停止運(yùn)行造成的損失。因此，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在無人值守變電站的主變壓器、高壓室等地點(diǎn)實(shí)時(shí)安全防火監(jiān)測，對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。

1 火災(zāi)報(bào)警控制器（聯(lián)動型）

1.1 基本功能

（1）火災(zāi)報(bào)警控制器能顯示并記憶火災(zāi)報(bào)警信號發(fā)生的時(shí)間，并及時(shí)地自動打印出火災(zāi)報(bào)警數(shù)據(jù)。故障報(bào)警信號與火災(zāi)報(bào)警信號一樣，可以參與聯(lián)動邏輯編程?；馂?zāi)報(bào)警信號、故障報(bào)警信號、聯(lián)動模塊接收到的反饋信號均可作為聯(lián)動邏輯編程的探測點(diǎn)?；馂?zāi)報(bào)警信號在火災(zāi)報(bào)警時(shí)亮“火警”總燈，而故障報(bào)警信號在監(jiān)管報(bào)警時(shí)亮“故障”報(bào)警，同時(shí)上傳到集控中心。控制器能自動保存以下記錄數(shù)據(jù)：運(yùn)行記錄、火警記錄、聯(lián)動記錄、監(jiān)管記錄、故障記錄、系統(tǒng)更改記錄等歷史記錄數(shù)據(jù)，這些歷史記錄數(shù)據(jù)不會因?yàn)閿嚯姸鴣G失。

（2）通過編寫IP地址，把每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)編號、發(fā)生火警部位信息傳送到有關(guān)的管理部門?？刂破骶哂邢到y(tǒng)自檢功能：對面板上所有的功能指示燈、LCD液晶顯示屏、音響系統(tǒng)以及打印機(jī)進(jìn)行自檢。

（3）火災(zāi)報(bào)警控制器（聯(lián)動型）可顯示的相關(guān)故障信息為：控制器與探測器、輸入模塊、手動報(bào)警按鈕、各種火災(zāi)顯示盤、聯(lián)動模塊間的斷線故障；檢測到總線短路故障和外控24 V短路或無輸出故障，并在面板上都有顯示；各種終端設(shè)備的通信錯(cuò)誤設(shè)置和通信故障（例如，滅火柜等設(shè)備的通信故障等）；主、備電出現(xiàn)欠壓故障；對各模塊、感溫電纜、煙感、紅外光束感應(yīng)器、風(fēng)機(jī)控制等終端設(shè)備的故障。

1.2 工作原理

火災(zāi)報(bào)警控制器使用微功耗MCU處理器，能自行處理模擬量傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。控制器應(yīng)用運(yùn)算法對模擬量探測器的本底進(jìn)行自動補(bǔ)償，用軟件方式對模擬量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使模擬量探測器能夠適應(yīng)使用環(huán)境對其靈敏度的要求。控制器的外部終端設(shè)備與控制器主機(jī)的聯(lián)絡(luò)如圖1所示。

圖1 火災(zāi)報(bào)警設(shè)備主機(jī)與外部終端設(shè)備聯(lián)絡(luò)圖Fig.1 Connection Diagram of the host machine and external terminals in the fire alarm device

改變管理模式達(dá)到提高變電所工作效率的目的。為此，對轄區(qū)內(nèi)變電所進(jìn)行無人值守改造設(shè)計(jì)，變電所實(shí)現(xiàn)無人值守是當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)度管理發(fā)展的方向。杏北油田擬通過運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)及完善綜合自動化變電所的遠(yuǎn)動、規(guī)約通信管理機(jī)制，完善綜合變電所的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，以及完善杏北油田變電所至電力集團(tuán)的專用網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度系統(tǒng)主站的建設(shè)；同時(shí)，通過加強(qiáng)電力調(diào)度主站系統(tǒng)的軟件、硬件、操作隊(duì)終端建設(shè)，搭建好無人值守變電所的主體構(gòu)架。經(jīng)過此次改造，可實(shí)現(xiàn)變電所的無人值守，降低人員成本，強(qiáng)化用電管理機(jī)制，保證電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行[1]?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)容量大，單機(jī)最大容量為18 144點(diǎn)，可滿足建筑面積在50×104m2左右的空間，適用于油田一次變電站、集控站、操作隊(duì)為一體站的地點(diǎn)，油田各采油廠二次變電站和聯(lián)合站及礦站臨近位置的地點(diǎn)，并且還可顯示智能型模擬量探測器的運(yùn)行數(shù)據(jù)和變化曲線，使用戶更好地了解火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)?？刂破鞴╇娤到y(tǒng)不但能為火災(zāi)報(bào)警控制器主機(jī)供電，同時(shí)也為與其連接的其他部件如煙感探測器、輸入模塊、手動報(bào)警按鈕、火災(zāi)顯示盤、控制模塊和多線模塊等供電。系統(tǒng)供電電源還具有不間斷供電功能：當(dāng)主電斷電時(shí)，能自動切換到備用電池供電；當(dāng)主電恢復(fù)時(shí)，又能自動切換到主電上來，并把主、備電的工作狀態(tài)在面板上顯示。

控制器的報(bào)警信號分為兩大部分：“火災(zāi)報(bào)警”和“故障報(bào)警”。其中，火災(zāi)探測器、消火栓按鈕和手動按鈕的報(bào)警信號稱為“火警”信號；而設(shè)備或線路故障造成的報(bào)警信號為“故障報(bào)警”信號?？刂破鬟€能直接或間接地接受來自火災(zāi)探測器和其他火災(zāi)觸發(fā)器的火災(zāi)報(bào)警信號。當(dāng)電力設(shè)備或主變壓器設(shè)備、信號控制電纜出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，或現(xiàn)場出現(xiàn)煙霧時(shí)，火災(zāi)報(bào)警控制器可向監(jiān)控中心發(fā)送火災(zāi)報(bào)警信號，集控站值班員收到信號后，通知相關(guān)人員及時(shí)趕到事故現(xiàn)場。而當(dāng)火災(zāi)報(bào)警設(shè)備本身出現(xiàn)故障時(shí)，控制器發(fā)送“故障報(bào)警”把系統(tǒng)故障信息及時(shí)上傳到監(jiān)控中心，集控站值班人員了解火災(zāi)報(bào)警設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)故障的情況后，及時(shí)指派相關(guān)維護(hù)人員進(jìn)行設(shè)備維修。

1.3 功能改進(jìn)

（1）高壓室風(fēng)機(jī)自動控制。變電站高壓室高壓隔離開關(guān)內(nèi)含有SF6氣體，為了防止其外泄?jié)舛瘸瑯?biāo)，平時(shí)高壓室電風(fēng)扇處于排風(fēng)狀態(tài)。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，室內(nèi)要封閉狀態(tài)風(fēng)扇必須停止運(yùn)行，以免加劇火勢蔓延。針對變電站高壓室這種特殊要求，火災(zāi)報(bào)警控制器通過HJ-1825模塊常開接點(diǎn)帶動繼電器啟動來控制空開脫扣器將風(fēng)扇電源斷掉，實(shí)現(xiàn)高壓室風(fēng)機(jī)自動控制。

（2）變電站主變壓器及電纜溫度的監(jiān)測。利用感溫電纜對主變及電纜夾層的溫度進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)溫度超過標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)，HJ-LDZ-1模塊啟動，把信息傳送到火災(zāi)報(bào)警控制器?？刂破靼l(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號，并在顯示器上顯示報(bào)警的相關(guān)監(jiān)測點(diǎn)。

（3）利用煙感探測器實(shí)現(xiàn)全方位實(shí)時(shí)火災(zāi)監(jiān)控及故障報(bào)警。變電站主控室、電纜豎井、電纜夾層、電纜架、電容室、電抗室、所用變電設(shè)備室及通信設(shè)備室安裝煙感探測器，都連接到JB-3208智能型模擬量火災(zāi)報(bào)警控制器，并按照序號給每個(gè)煙感探測器編程。其中任意電力設(shè)備發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙感探測器啟動，火災(zāi)報(bào)警控制器報(bào)警，并顯示報(bào)警煙感序號，實(shí)現(xiàn)全方位實(shí)時(shí)火災(zāi)監(jiān)控及故障報(bào)警。

（4）利用手動報(bào)警裝置向集控中心聯(lián)動報(bào)火警。在變電站各樓層的樓道門口安裝手動報(bào)警裝置并連接到火災(zāi)報(bào)警控制器，實(shí)現(xiàn)火警人工報(bào)警及對設(shè)備報(bào)警功能監(jiān)測，并且把聲光報(bào)警器也安裝在門口明顯位置。

（5）利用隔離模塊防止短路及接地產(chǎn)生的大電流燒毀主機(jī)設(shè)備。利用隔離模塊將主機(jī)設(shè)備與終端設(shè)備有效地隔離。當(dāng)外圍設(shè)備受到接地及強(qiáng)電短路時(shí)，隔離模塊與主板輸出保險(xiǎn)電阻配合啟動，使火災(zāi)報(bào)警控制器不會受到波及，能及時(shí)準(zhǔn)確地傳送火災(zāi)報(bào)警信號和設(shè)備故障信號。變電站在遭到雷擊時(shí)瞬間產(chǎn)生的感應(yīng)高壓也能得以保護(hù)，雖然幾個(gè)火災(zāi)報(bào)警的外部終端設(shè)備燒毀，但是火災(zāi)報(bào)警控制器并沒有受到影響，準(zhǔn)確地將火災(zāi)報(bào)警信號和設(shè)備故障信號上傳到集控中心。

2 系統(tǒng)安裝調(diào)試及安裝標(biāo)準(zhǔn)流程

根據(jù)常見建筑火災(zāi)的成因，建筑火災(zāi)的防范措施大致有兩類：一類屬“積極”防火對策，另一類屬“消極”防火對策。所謂“積極”防火對策，即在建筑設(shè)計(jì)過程中最大限度地破壞火災(zāi)的構(gòu)成條件，設(shè)法防止火災(zāi)事故的發(fā)生，盡可能做到不失火。以“積極”防火對策進(jìn)行防火，可以減少火災(zāi)發(fā)生次數(shù)，但卻不能排除發(fā)生重特大火災(zāi)的可能性。所謂“消極”防火對策，即利用耐火構(gòu)件劃分防火分區(qū)，并在防火分區(qū)內(nèi)設(shè)置先進(jìn)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)及滅火設(shè)備。一旦建筑物起火，可以有效地控制火災(zāi)的蔓延，把火災(zāi)控制在起火的防火區(qū)域內(nèi)，確保相鄰防火區(qū)域的安全[2]。在安裝調(diào)試過程與初裝設(shè)備進(jìn)行對比，重新制定了安裝工藝和技術(shù)安裝流程，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：改變上傳模塊的安裝位置，RTU遠(yuǎn)程終端機(jī)及遠(yuǎn)動設(shè)備內(nèi)加裝屏蔽線；高壓室風(fēng)機(jī)控制模塊加裝繼電器控制220 V空開脫扣器；主變壓器感溫終端模塊改到電纜溝上面；主控制設(shè)備與外部設(shè)備間加隔離模塊；縮短不合理的鋪設(shè)信號線，減少過多的接頭；安裝鐵套管和蛇皮管必須打磨處理；對24 V電源線的聯(lián)線接頭必須采用掛錫處理；對信號線接頭采用繞線六圈半壓緊防水高壓膠布處理方法；調(diào)低室外電抗室煙感探頭靈敏度。

3 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)存在的問題及故障

（1）信號線重疊容易引發(fā)故障或誤報(bào)警。由于早期建設(shè)的變電所沒有考慮火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)及監(jiān)控?cái)z像頭系統(tǒng)，導(dǎo)致火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的終端設(shè)備在安裝時(shí)與監(jiān)控?cái)z像頭的信號線發(fā)生布線重疊現(xiàn)象，信號線容易產(chǎn)生串?dāng)_，只能將火災(zāi)報(bào)警信號線繞行。信號線加長后容易引發(fā)故障或誤報(bào)警。

（2）因建筑環(huán)境不同，安裝調(diào)試的設(shè)備參數(shù)不適應(yīng)而引發(fā)的報(bào)警。35 kV高壓室和6 kV高壓室的建筑結(jié)構(gòu)不同，設(shè)備的安裝位置也不同。如果安裝紅外探測器時(shí)沒有注意到周圍環(huán)境的參數(shù)，靈敏度都按一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試，將引發(fā)報(bào)警。

（3）紅外光束煙感探測器安裝的位置不當(dāng)而引發(fā)的誤報(bào)警。紅外對射易受環(huán)境和天氣變化影響產(chǎn)生誤報(bào)警，長期使用后其發(fā)出的紅外線會逐漸衰減，也容易引起誤報(bào)警[3]。不同等級的高壓設(shè)備室，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的紅外光束煙感探測器安裝的位置不同，其調(diào)試的靈敏度也有所不同。由于安裝位置及設(shè)備調(diào)試不當(dāng)，在運(yùn)行中就會出現(xiàn)誤報(bào)火警的現(xiàn)象，為此紅外光束煙感探測器安裝的位置將直接決定了紅外光束感應(yīng)探測器工作的穩(wěn)定性。目前無人值守變電站的高壓室火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)85%都采用了線性紅外光束感應(yīng)探測器，其基本原理如圖2所示。

圖2 紅外光束感應(yīng)探測器示意圖Fig.2 Schematic diagram of infrared beam inductive probe

由圖2可知，線性紅外光束感應(yīng)探測器由光發(fā)射器和光接收器組成，光發(fā)射器和光接收器之間的距離為5～80 m。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，由于煙霧的原因減少光接收器的接收光量，接收器中的硅光電池發(fā)射器發(fā)出的紅外光也隨之改變，并將其轉(zhuǎn)化為電信號，該信號被放大及A/D轉(zhuǎn)換后發(fā)送給微處理器。與預(yù)先存儲在微處理器中探測器的原始數(shù)據(jù)信號進(jìn)行比較，判斷信號正常后使其綠色燈閃亮，工作正常。當(dāng)接受的光量變少時(shí)，實(shí)際數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)相比較變化較大，探測器發(fā)出火警信號。由于許多老舊的變電站高壓室高度有限，設(shè)備連接母聯(lián)在開關(guān)柜與房頂棚之間高度不足2 m。在安裝感應(yīng)器時(shí)，只能在母聯(lián)與房頂之間選擇高度，選擇不合適的高度就會造成光量的阻攔，給安裝工作帶來難度。在安裝紅外光束煙感探測器時(shí)，起初安裝的設(shè)備連接母聯(lián)在開關(guān)柜與房頂棚的中間位置，后來出現(xiàn)誤報(bào)火警的現(xiàn)象。認(rèn)真排查故障原因后，發(fā)現(xiàn)由于紅外線光束離母聯(lián)較近，母聯(lián)的溫度隨負(fù)荷變化，從而影響光束的傳播出現(xiàn)誤報(bào)警現(xiàn)象，將感應(yīng)器提高高度后問題得到解決。這一情況說明感應(yīng)器的安裝位置非常重要。

（4）探測器安裝環(huán)境參數(shù)的變化引發(fā)故障及誤報(bào)警。例如，在變電站的高壓室內(nèi)都安裝了探照燈，檢修時(shí)安裝在接收器對面的探照燈一旦打開，就會造成接收器中的光量變化，導(dǎo)致火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)出現(xiàn)誤報(bào)警。在停電檢修時(shí)對高壓室內(nèi)墻皮進(jìn)行處理，接收器光量接受口受到阻攔；檢修人員搬動梯子等大型物件時(shí)也可能阻攔接收器光量，使其發(fā)生誤報(bào)火警。

（5）光接收器的靈敏度過高而引發(fā)誤報(bào)警。設(shè)備說明書要求，一般情況下光接收器的靈敏度應(yīng)設(shè)定為1.5 dB（光量指示燈共6個(gè)，第3個(gè)亮?xí)r為1.5 dB）。如果光量過弱則探測器無法接受，如果光量過強(qiáng)靈敏度過高，則極易引發(fā)誤報(bào)火警。從紅外線感應(yīng)器工作原理來看，靈敏度設(shè)定越高，探測器接收的光量超過設(shè)定值的細(xì)微變化，系統(tǒng)就會發(fā)出火警信號（紅燈亮）；因此，應(yīng)根據(jù)探測器的工作環(huán)境來設(shè)定不同的靈敏度。由于電抗室的通風(fēng)口設(shè)計(jì)都很大，造成室內(nèi)灰塵非常大，容易造成探測器的誤報(bào)警；因此在控制器主機(jī)調(diào)試時(shí)，電抗室內(nèi)的感應(yīng)設(shè)備靈敏度應(yīng)該調(diào)低。

（6）安裝設(shè)備的松動也會造成感應(yīng)器不能正常工作。由于個(gè)別變電站的墻體有粉碎松動現(xiàn)象，大部分感應(yīng)器都安裝在高壓室封閉門上方，來回開關(guān)門的沖擊力使安裝設(shè)備的固定孔釘松動造成設(shè)備的移動，此時(shí)發(fā)射器的光路改變角度，接收器也無法接受到正常的光量，使其發(fā)生設(shè)備故障報(bào)警（黃燈亮）。處理此故障必須將設(shè)備重新固定后再重新調(diào)整其靈敏度（在紅外線設(shè)備上調(diào)整靈敏度）。

（7）穩(wěn)定電源是實(shí)現(xiàn)站場數(shù)字化建設(shè)目標(biāo)的重要保障。各站場配電需求不同，不能采取統(tǒng)一的配電方式，必須對配電方式進(jìn)行適應(yīng)性分析。針對前端站場不同的配電需求采用不同的供配電方式，輔以配套的管理制度[4]?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)內(nèi)部采用12 V電池組備用電源，當(dāng)供電設(shè)備停電超過其供電時(shí)間后電池組容易毀壞。

4 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的故障處理

（1）針對改造初期設(shè)備安裝中存在的設(shè)計(jì)缺陷，如沒有考慮到風(fēng)機(jī)負(fù)荷的問題，直接用模塊接點(diǎn)啟動風(fēng)機(jī)電源，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間過長、模塊接點(diǎn)過熱燒毀了模塊。利用模塊的常開接點(diǎn)控制繼電器啟動，再利用繼電器接點(diǎn)控制脫扣開關(guān)驅(qū)動空開啟動風(fēng)機(jī)（特別是三相風(fēng)機(jī)上用途明顯），從而避免了模塊燒毀現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)也為以后安裝火災(zāi)報(bào)警設(shè)備提供了安裝標(biāo)準(zhǔn)。

（2）初期變電站在安裝上傳信號線時(shí)，采用的信號線為非屏蔽線，經(jīng)常出現(xiàn)干擾信號的串?dāng)_，經(jīng)過分析應(yīng)當(dāng)是上傳信號線過長及非屏蔽線而引起的干擾，采用將上傳模塊(控制器設(shè)備內(nèi))移到RTU遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及遠(yuǎn)動設(shè)備下端并重新鋪設(shè)屏蔽線的方法來消除干擾信號。

（3）變電站主變壓器感溫線經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)警情況?，F(xiàn)場查找其感溫終端模塊發(fā)現(xiàn)，此模塊安裝的位置在電纜溝底部，由于潮濕和積水模塊浸泡時(shí)間過長使其參數(shù)發(fā)生改變，改變感溫終端模塊的位置后，感溫線的工作參數(shù)恢復(fù)正常。

（4）針對線性紅外光束感應(yīng)探測器經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)警的故障，把線性紅外光束感應(yīng)探測器進(jìn)行了改造，部分變電站改換成帶有調(diào)整光速的設(shè)備，提高了設(shè)備的穩(wěn)定度，減少了設(shè)備誤報(bào)率，但效果不明顯，有待從根本上解決故障。

（5）針對煙感探頭的不合理布置，嚴(yán)格按照消防規(guī)程覆蓋面積進(jìn)行改造。在沒有超過規(guī)程的范圍內(nèi)進(jìn)行偏重設(shè)備上部的設(shè)備安裝，對煙感的點(diǎn)位分配上也做了合理的編排，利用更換地址碼來處理故障。對手動報(bào)警和聲光報(bào)警設(shè)備的位置也做了人性化改造，方便了操作者的進(jìn)程，也提高了設(shè)備使用率。

5 結(jié)束語

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在保障企事業(yè)單位及居民的生命財(cái)產(chǎn)安全方面具有十分重要的作用。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)正朝著高靈敏度、高可靠性、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展[5-6]。通過對火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的深入了解，在今后油田采油廠的二次變電站改造過程中，逐步改善設(shè)備的各個(gè)功能，并制定新的火災(zāi)報(bào)警設(shè)備安裝流程，在容易出現(xiàn)故障的薄弱環(huán)節(jié)采用新的安裝工藝。未來設(shè)想是，利用控制器內(nèi)部通信口把SF6報(bào)警系統(tǒng)、周界防范報(bào)警、雷電監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來上傳到集控中心，真正形成變電站智能化全覆蓋報(bào)警，在設(shè)備運(yùn)行率方面將得到很大的提高，在油田電網(wǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)行中充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。