無人值班變電站自動(dòng)消防系統(tǒng)仿真測試研究

李娟娟 胡寶 王哲 姬成群 王占輝 杜小磊

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人值班變電站已成為變電站的主流管理模式，由于沒有固定的值班人員，這就對變電站的自動(dòng)消防系統(tǒng)提出了更高的要求。自動(dòng)消防系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)滅火及遠(yuǎn)程控制消防設(shè)備的功能，為了全面驗(yàn)證自動(dòng)消防系統(tǒng)功能的正確性與可靠性，搭建一套仿真測試環(huán)境。該測試環(huán)境可以模擬消防設(shè)備的各種運(yùn)行狀態(tài)，全面驗(yàn)證自動(dòng)消防系統(tǒng)的功能，為無人值班變電站的安全運(yùn)行提供了可靠保證。

關(guān)鍵詞：無人值班變電站;自動(dòng)消防系統(tǒng);仿真測試;遠(yuǎn)程控制;自動(dòng)報(bào)警;實(shí)時(shí)監(jiān)控

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人值班變電站和集中遠(yuǎn)程控制模式已成為主流的變電站管理模式。無人值班變電站的出現(xiàn)大大減少了供電企業(yè)的人力成本，也減少了變電站因人工操作失誤而引發(fā)的故障[1]。自動(dòng)消防系統(tǒng)以信息化手段，融合通信技術(shù)、人工智能、自動(dòng)控制等多項(xiàng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)滅火、遠(yuǎn)程集中控制等功能，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。

目前變電站大多已實(shí)現(xiàn)無人值班，但變電站消防控制功能基本都在變電站端，一旦發(fā)生火災(zāi)告警，集控站人員就必須到變電站現(xiàn)場進(jìn)行火災(zāi)確認(rèn)和滅火控制，延誤滅火時(shí)機(jī)。業(yè)界有一些研究者也研發(fā)出了可以在集控端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的自動(dòng)消防系統(tǒng)，但該系統(tǒng)在變電站端的硬件過于復(fù)雜，由規(guī)約轉(zhuǎn)換器、滅火控制轉(zhuǎn)換器、報(bào)警信號(hào)上傳裝置、交換機(jī)等組成，維護(hù)起來十分困難[2]。

本文研究的自動(dòng)消防系統(tǒng)將信息采集及上送、規(guī)約轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程控制等功能集成在一臺(tái)消防傳輸控制單元裝置上，維護(hù)更加方便，整個(gè)自動(dòng)消防系統(tǒng)也更加可靠。為了全面驗(yàn)證該自動(dòng)消防系統(tǒng)功能的正確性與可靠性，搭建一套仿真測試環(huán)境，該測試環(huán)境可以模擬消防設(shè)備的各種運(yùn)行狀態(tài)，全面驗(yàn)證自動(dòng)消防系統(tǒng)的功能性能，為無人值班變電站的安全運(yùn)行提供了可靠保證。

1 無人值班變電站自動(dòng)消防系統(tǒng)

無人值班變電站自動(dòng)消防系統(tǒng)由消防遠(yuǎn)程集中監(jiān)控平臺(tái)（簡稱集控平臺(tái)）、消防信息傳輸控制單元、消防設(shè)備和信息傳輸網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備組成，具有遠(yuǎn)程核警、報(bào)警、實(shí)時(shí)監(jiān)視消防設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、遠(yuǎn)程應(yīng)急操作消防設(shè)備等功能。圖1為無人值班變電站自動(dòng)消防系統(tǒng)的架構(gòu)。

集控平臺(tái)部署在地市（省檢）公司或運(yùn)維班，可以對所轄變電站的消防信息進(jìn)行全面整合與集中管理。該平臺(tái)主要用來接收、分析、處理、查詢變電站按規(guī)定協(xié)議發(fā)送的火災(zāi)報(bào)警信息和消防給水、消火栓系統(tǒng)、固定式滅火系統(tǒng)等消防設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，并發(fā)送遠(yuǎn)程控制指令來操作消防設(shè)備。

消防信息傳輸控制單元是一種消防專用信息轉(zhuǎn)換裝置，部署在變電站，主要用來采集火災(zāi)報(bào)警控制器信息、固定式滅火系統(tǒng)運(yùn)行和狀態(tài)信息、模擬量采集信息、其他受控消防設(shè)備控制及動(dòng)作反饋信息、回路故障信息等，并將信息上傳至集控平臺(tái)，同時(shí)接收集控平臺(tái)下發(fā)的遠(yuǎn)程控制指令，再通過硬接線對受控消防設(shè)備進(jìn)行啟停控制。

在變電站端，火災(zāi)報(bào)警控制器加裝通信接口卡，將消防設(shè)備信息送至消防信息傳輸控制單元，在受控消防設(shè)備上增加壓力變送器、水位變送器、電源電壓等模擬量變送器，并將模擬量信號(hào)作為消防輔助信息接入消防信息傳輸控制單元。消防信息傳輸控制單元通過硬接線與受控消防設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程應(yīng)急操作，接收動(dòng)作反饋信號(hào)及線路故障信號(hào)。

2 消防傳輸控制單元的主要功能

2.1 主要功能

消防傳輸控制單元是自動(dòng)消防系統(tǒng)的重要組成部分，是一種部署在變電站的消防專用信息轉(zhuǎn)換裝置，具備采集、規(guī)約轉(zhuǎn)換、控制和網(wǎng)關(guān)等功能，具體功能見表1所列。

消防傳輸控制單元最多可接入30個(gè)模擬量傳送器，采集煙感探測器、溫感探測器、液位傳感器、液壓傳感器、電壓傳感器等設(shè)備的消防信息，最多可監(jiān)測300個(gè)消防模塊的狀態(tài)信息，如：各個(gè)模塊的火警、故障、屏蔽、監(jiān)管、啟動(dòng)、反饋等信息，同時(shí)最多可控制32個(gè)滅火裝置的啟停，并接收滅火裝置的動(dòng)作反饋信號(hào)。

2.2 傳輸協(xié)議

消防傳輸控制單元支持采集多種協(xié)議的消防設(shè)備的信息，并將這些信息轉(zhuǎn)換成通用的協(xié)議上送集控平臺(tái)。目前消防傳輸控制單元可支持的上行傳輸協(xié)議有兩種：61850和104通信規(guī)約。下行傳輸協(xié)議主要有：Modbus協(xié)議、RS 485協(xié)議、CAN協(xié)議等。

下行傳輸協(xié)議的工作原理：消防傳輸控制單元通過查詢命令對火災(zāi)報(bào)警控制器中的寄存器數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，每次可以查詢多個(gè)寄存器，數(shù)據(jù)的校驗(yàn)采用CRC校驗(yàn)，火災(zāi)報(bào)警控制器在收到查詢命令后向消防傳輸控制單元上傳相應(yīng)的寄存器數(shù)據(jù)。Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸格式見表2、表3所列。

3 自動(dòng)消防系統(tǒng)仿真測試環(huán)境

仿真測試環(huán)境包含監(jiān)控后臺(tái)、消防傳輸控制單元、數(shù)據(jù)服務(wù)器及各類消防設(shè)備，如圖2所示。監(jiān)控后臺(tái)可模擬實(shí)際的集控平臺(tái)的功能，主要用來解析通過61850或104規(guī)約上送的消防信息，并下發(fā)遠(yuǎn)程控制命令。由于測試環(huán)境受限，僅接入少量消防設(shè)備，其他設(shè)備通過自主研發(fā)的仿真測試軟件來模擬信息上送功能。

3.1 驗(yàn)證各類消防信息的正確性

不同協(xié)議的火災(zāi)報(bào)警控制器由不同的仿真測試軟件來完成測試。測試軟件可以解析消防傳輸控制單元下發(fā)的查詢命令，也可以設(shè)置各寄存器的數(shù)據(jù)來模擬實(shí)際的消防設(shè)備的狀態(tài)信息及模擬量信息，并通過RS 485串口或CAN口上送給消防傳輸控制單元，經(jīng)規(guī)約轉(zhuǎn)換后再通過以太網(wǎng)上傳至監(jiān)控后臺(tái)。表4為Modbus協(xié)議下寄存器各數(shù)據(jù)位代表的運(yùn)行狀態(tài)信息。

通過仿真測試軟件可以驗(yàn)證300個(gè)消防模塊的各種告警信息、運(yùn)行狀態(tài)信息以及30個(gè)模擬量變送器的消防信息的正確性。經(jīng)驗(yàn)證，消防傳輸控制單元可以正確采集各類消防信息并將信息上送監(jiān)控后臺(tái)。

3.2 驗(yàn)證防誤閉鎖邏輯的正確性

為了防止監(jiān)控后臺(tái)誤操作，監(jiān)控后臺(tái)設(shè)置了防誤閉鎖邏輯來保證遠(yuǎn)程控制的可靠性，必須滿足主變各側(cè)斷路器分位且產(chǎn)生兩種類型的火災(zāi)報(bào)警信號(hào)才可允許下發(fā)遠(yuǎn)程控制命令。若通過視頻監(jiān)控已確認(rèn)發(fā)生明火且現(xiàn)場無滅火現(xiàn)象，可經(jīng)具有解鎖權(quán)限的專責(zé)進(jìn)行解鎖操作。經(jīng)測試，在滿足閉鎖邏輯時(shí)，通過后臺(tái)下發(fā)控制命令失敗，解鎖后可正確下發(fā)控制命令并驅(qū)動(dòng)滅火設(shè)備進(jìn)行滅火操作。

3.3 驗(yàn)證開出回路的可靠性

為了模擬實(shí)際的受控消防設(shè)備啟動(dòng)和反饋的信息，設(shè)計(jì)了一個(gè)帶反饋接點(diǎn)的外接插件，當(dāng)消防傳輸控制單元接收到遠(yuǎn)程控制命令時(shí)驅(qū)動(dòng)出口繼電器閉合，出口繼電器閉合的同時(shí)會(huì)觸發(fā)外接插件的反饋硬接點(diǎn)閉合，該接點(diǎn)直接接入消防傳輸控制單元，實(shí)現(xiàn)反饋信號(hào)的上送。經(jīng)測試，該系統(tǒng)從后臺(tái)下發(fā)控制命令到相應(yīng)的繼電器出口僅需要3 s，保證了自動(dòng)滅火系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，通過該插件可以測試32個(gè)帶反饋開出回路的正確性和可靠性，大大提高了測試效率。

3.4 驗(yàn)證長時(shí)間運(yùn)行、開入雪崩、信號(hào)雪崩的正確性

為了保證消防傳輸控制單元運(yùn)行的可靠性，將其持續(xù)帶電運(yùn)行7天。在此期間模擬54個(gè)開入同時(shí)接入、3 000余個(gè)消防信息點(diǎn)同時(shí)上傳，考核消防傳輸控制單元在極端條件下的響應(yīng)情況。由于研發(fā)初期消防傳輸控制單元對硬開入信息上送的處理機(jī)制不完善，出現(xiàn)上送后臺(tái)信息丟點(diǎn)的現(xiàn)象，故設(shè)計(jì)單位修改完善后經(jīng)反復(fù)驗(yàn)證測試。目前信息上送機(jī)制已修改完善，消防傳輸控制單元的信息傳輸功能也愈發(fā)穩(wěn)定，保證了自動(dòng)消防系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

4 結(jié) 語

通過對無人值班變電站自動(dòng)消防系統(tǒng)的研究和分析，搭建的仿真測試環(huán)境在自動(dòng)消防系統(tǒng)相關(guān)裝置開發(fā)和完善過程中起到了重要作用，對自動(dòng)消防系統(tǒng)的各項(xiàng)功能進(jìn)行了驗(yàn)證，減少了測試成本，提高了測試效率。隨著無人值班變電站的大量應(yīng)用，對變電站自動(dòng)消防系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求，該測試系統(tǒng)充分驗(yàn)證了自動(dòng)消防系統(tǒng)功能的可靠性，為無人值班變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保障。

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