變電站消防在線智能管理系統(tǒng)及滅火裝置研究

王 洋 吳亮亮 何 健 饒 劍 陳德超

（國網(wǎng)江西省電力有限公司上饒供電分公司，江西 上饒 334001）

0 引言

當(dāng)前變電站基本都實現(xiàn)了無人值守，如果變電站的消防系統(tǒng)達不到規(guī)定的要求，則當(dāng)變電站發(fā)生火災(zāi)時，就不能及時有效撲滅火情。由于電力企業(yè)加強對變電站管理，變電站基本都配置了輔助監(jiān)視控制系統(tǒng)，可以對非法入侵、消防火災(zāi)等情況進行監(jiān)控。在變電站中采用消防在線智能管理系統(tǒng)及滅火裝置是很有必要的，如果變電站出現(xiàn)消防安全事故，那么會帶來很大的經(jīng)濟損失。該文首先闡述了應(yīng)用變電站消防系統(tǒng)的重要性，其次，該系統(tǒng)分析了變電站消防在線智能管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理，最后介紹了變電站消防系統(tǒng)中的智能滅火裝置，對保障變電站安全穩(wěn)定地運行有重要的意義。

1 變電站消防網(wǎng)格的劃分及消防在線智能管理系統(tǒng)

在變電站消防系統(tǒng)中，可以通過網(wǎng)格化的概念，根據(jù)變電站中各個區(qū)域的具體特點，將其劃分為不同的網(wǎng)格，并對不同的網(wǎng)格采取不同的消防手段，達到差異化配置消防措施的目的，分別對各個網(wǎng)格的消防狀態(tài)進行監(jiān)測及警戒。當(dāng)變電站某個消防網(wǎng)格中出現(xiàn)異常情況時，可以及時啟動消防系統(tǒng)，在發(fā)生火災(zāi)前，就可以消除安全隱患，使變電站安全穩(wěn)定地運行。

1.1 變電站消防網(wǎng)格的劃分

將變電站消防網(wǎng)格劃分為主控室消防區(qū)域、電纜溝消防區(qū)域、繼電保護室消防區(qū)域、配電室消防區(qū)域、主變壓器消防區(qū)域、電抗器消防區(qū)域、電容器消防區(qū)域、蓄電池消防區(qū)域等，這也符合建筑消防設(shè)計規(guī)范和電力設(shè)備消防規(guī)程中的相關(guān)規(guī)定。

1.2 變電站消防在線智能管理系統(tǒng)

在變電站消防在線智能管理系統(tǒng)中，布置于變電站各個網(wǎng)格內(nèi)的消防報警設(shè)備將所采集到的數(shù)據(jù)信息，采用以太網(wǎng)通信技術(shù)并經(jīng)過通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，發(fā)送到消防告警管理系統(tǒng)中。火災(zāi)報警在線智能管理系統(tǒng)中的主機通過對收到的各類數(shù)據(jù)信息進行分析和處理，對變電站中各個網(wǎng)格的消防安全狀態(tài)進行監(jiān)視和控制，圖1為變電站消防報警聯(lián)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。變電站消防報警聯(lián)動系統(tǒng)中的各個部件都是處于實時工作狀態(tài)，所以可以完成變電站消防的在線監(jiān)測和預(yù)警，加強對變電站的消防管理。

圖1 變電站消防報警聯(lián)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

從圖1中可以看出，變電站消防報警聯(lián)動系統(tǒng)包括火災(zāi)電話、煙霧傳感器、火災(zāi)按鈕、火災(zāi)警示燈、警笛和廣播等。當(dāng)變電站發(fā)生火災(zāi)時，煙霧傳感器會首先感知到，隨之即可啟動一系列的消防安全告警設(shè)備，以便提醒運維人員采取措施加以處理。同時還提供了火災(zāi)電話和火災(zāi)按鈕等手段，保障變電站的消防安全，圖2為變電站消防報警聯(lián)動系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流向。

煙霧傳感器將發(fā)送數(shù)據(jù)信息給消防管理系統(tǒng)中的控制裝置，然后控制裝置再將命令發(fā)送給管理系統(tǒng)中的警示燈和警笛，實現(xiàn)消防在線智能告警。此外，位于變電站網(wǎng)格內(nèi)的消防報警聯(lián)動系統(tǒng)還會將火災(zāi)預(yù)警信息上傳到變電站智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)中，并通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)將具體的現(xiàn)場運行情況發(fā)送到主站系統(tǒng)。經(jīng)過變電站智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)的分析和判斷，就可以啟動相應(yīng)的告警設(shè)備和消防設(shè)備，達到滅火的目的。

圖2 變電站消防報警聯(lián)動系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流向

2 變電站消防中的智能滅火裝置

智能滅火裝置是變電站消防在線智能管理系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，為了保證能夠及時撲滅變電站火情，需要加強智能滅火裝置中的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)設(shè)計，提高智能滅火裝置的應(yīng)用性能，以下進行詳細地分析。

2.1 智能滅火裝置中的硬件系統(tǒng)

智能滅火裝置的運行原理是當(dāng)裝置中的傳感器模塊檢測到了周圍環(huán)境的運行數(shù)據(jù)達到了動作臨界值時，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂颇K中。經(jīng)過控制模塊的分析和計算，將啟動裝置打開電磁閥，并向著火區(qū)域噴射阻燃劑，同時發(fā)出告警信息。在智能滅火裝置的硬件組成中，包括了控制功能模塊、報警器模塊、傳感器模塊、電源模塊、光電耦合模塊、阻燃劑、電磁閥模塊等，這些都是智能滅火裝置中的重要組成部分。其中光電耦合模塊起隔離的作用，從而方便打開或者關(guān)閉電磁閥。

2.2 智能滅火裝置中的電磁閥設(shè)計

電磁閥控制電路是智能滅火裝置中的關(guān)鍵組成部分，圖3為基于單片機的電磁閥控制電路設(shè)計圖。在該控制電路的設(shè)計過程中，選用TLP521-4作為智能滅火裝置電磁閥控制電路中的可控光耦合器件，在很多電子設(shè)備的生產(chǎn)過程中都采用了這種類型的光耦合器件。在該耦合器件中，設(shè)置了4個相互獨立的耦合功能單元，運行功耗在150mW左右，可以保證在前端的輸入信號和后端的負載相互之間隔離，達到提高控制電路抗干擾能力的目的，并且也可以提高控制電路運行的安全性。

圖3 滅火裝置電磁閥的控制電路圖

在圖3中，7、8、9、10等4個不同的引腳相互之間組成1個相對獨立的功能單元，其中7號引腳和8號引腳是數(shù)據(jù)輸入引腳，而9號引腳和10號引腳為數(shù)據(jù)輸出引腳。P2.1為單片機的控制信號輸出口，和耦合器的第8腳相連，7腳為電源，10腳用來輸出信號控制電磁閥的開閉。當(dāng)P2.1口輸出低電平時，此時二極管和三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而開啟電磁閥；當(dāng)P2.1口輸出高電平時，電磁閥為關(guān)閉狀態(tài)。

2.3 智能滅火裝置中的煙霧報警器設(shè)計

在智能滅火裝置中，煙霧報警器也是關(guān)鍵組成部分，圖4為煙霧報警器的設(shè)計電路圖。在煙霧報警器的結(jié)構(gòu)中，主要采用MC145018控制芯片和煙霧傳感器相互配合運行。電源采用電壓為9 V的獨立電源，通過按鈕開關(guān)和限流保護電阻接入MC145018控制芯片中的7號引腳。

圖4 智能滅火裝置中的煙霧報警器

從圖4中可知，當(dāng)室內(nèi)出現(xiàn)了煙霧時，則煙霧傳感器所感受到的電壓及電流就會發(fā)生變化，可以判斷是否應(yīng)該觸發(fā)報警器發(fā)出告警信息。在智能滅火裝置中的煙霧報警器控制電路中，1、3、4號引腳無須使用，TEST為煙霧報警器的測試開關(guān)按鈕。2號引腳和電壓比較器相連，5號引腳經(jīng)過限流電阻連接發(fā)光二極管LED，以便當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，能夠發(fā)出光預(yù)警信號。6號引腳給電路提供一個接地通道，7號引腳經(jīng)過按鈕開關(guān)S1連接外界9V電源，8號引腳配合10-11號引腳連接壓電喇叭。9號和12號引腳連接電容，14-16號引腳用來連接煙霧傳感器，各個電阻元件以及電容元件參數(shù)如圖4所示。

2.4 智能滅火裝置中的電壓比較器設(shè)計

圖5 智能滅火裝置中的電壓比較器功能模塊設(shè)計

在該煙霧報警器中，由于MC145018芯片的2引腳所輸出來的信號為模擬信號，需要通過電壓比較電路進行模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換之后，才能夠被單片機識別。因此在智能滅火裝置的開發(fā)設(shè)計過程中，電壓比較器的電路設(shè)計是重要內(nèi)容之一，以便取得很好的模數(shù)轉(zhuǎn)換效果，圖5為智能滅火裝置中的電壓比較器功能模塊設(shè)計圖。

在圖5的電壓比較器功能模塊中，電壓比較器的3號引腳可以引入煙霧報警器2號引腳中的信號，并且和電壓比較器中的2號引腳的電壓進行參考和比較，達到將煙霧報警器芯片中的2號引腳信號波形加以整形的目的。如可以將2號引腳信號中的不規(guī)則的波形，經(jīng)過電壓比較器之后，轉(zhuǎn)換為規(guī)則的方波信號，并進一步送入控制芯片中的P3.7口，使控制芯片獲取到報警器中的數(shù)據(jù)信息。當(dāng)方波出現(xiàn)高電平時，此時通過控制芯片，可以記錄下出現(xiàn)高電壓脈沖的數(shù)目。當(dāng)個數(shù)達到設(shè)定的閾值后，就可以采取具體的滅火措施，并打開電磁閥。如果高電平脈沖個數(shù)沒有達到規(guī)定的閾值，則保持不動，防止智能滅火裝置出現(xiàn)誤動作的情況。

2.5 智能滅火裝置中的軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)也是智能滅火裝置中的關(guān)鍵組成部分，在軟件系統(tǒng)的設(shè)計過程中，應(yīng)秉承精簡的原則，通過盡可能少的代碼數(shù)量實現(xiàn)智能滅火裝置的功能。當(dāng)著火區(qū)域的火情被撲滅后，將智能滅火裝置的電磁閥關(guān)閉，完成整個滅火流程，圖6為智能滅火裝置中的程序流程圖。

從智能滅火裝置中的程序流程圖（圖6）可以看出，當(dāng)煙霧傳感器采集到煙霧濃度信息后，此時控制系統(tǒng)會收到脈沖信號。當(dāng)控制系統(tǒng)接收到多次煙霧異常脈沖信號時，此時可以啟動電磁閥并滅火。當(dāng)控制系統(tǒng)收到的異常脈沖次數(shù)在所設(shè)定的范圍內(nèi)，可以不啟動電磁閥，防止出現(xiàn)誤報的情況。從該過程中可以看出，軟件程序中所設(shè)定的接收異常脈沖次數(shù)和滅火裝置的運行可靠性及反應(yīng)速度有直接的關(guān)系。如果設(shè)定次數(shù)過大，則反應(yīng)不夠靈敏，如果設(shè)定次數(shù)過小，則可能會受到干擾信號的影響，使應(yīng)用效果不佳，一般可以設(shè)定異常脈沖次數(shù)為8次，這樣可以達到一個相對平衡的狀態(tài)，保證智能滅火裝置能夠可靠發(fā)揮出消防滅火作用。

3 結(jié)論

消防系統(tǒng)直接與變電站的運行安全穩(wěn)定水平相關(guān)，合理制定變電站中各個區(qū)域的消防安全措施，對保障變電站的消防安全具有重要的意義。該文分析了變電站消防在線智能管理系統(tǒng)，并介紹了智能滅火裝置的原理和軟件流程。采用消防管理系統(tǒng)和智能滅火裝置，可以保障變電站內(nèi)各個網(wǎng)格的消防安全，以便為電力用戶提供更可靠的電力供應(yīng)。

圖6 智能滅火裝置中的程序流程圖