光纖溫度及煙霧早期預(yù)警技術(shù)在東歡坨礦110kV變電站的應(yīng)用

韓振興

摘 要：隨著科技的發(fā)展和自動(dòng)化程度的提高，變電站正朝著無(wú)人值守的方向發(fā)展，這就對(duì)變電站的火災(zāi)防護(hù)提出了更高的要求。通過(guò)在變電站高壓室及電纜夾層安裝吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器，空氣采樣管把保護(hù)區(qū)的空氣吸入探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警。相較于傳統(tǒng)的感煙探測(cè)產(chǎn)品，吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器的探測(cè)靈敏度可達(dá)其1000倍以上，并通過(guò)算法降低誤報(bào)率，從而實(shí)現(xiàn)極早期火災(zāi)探測(cè)報(bào)警的功能。

關(guān)鍵詞：光纖溫度 煙霧早期預(yù)警技術(shù) 變電站 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TD266 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）04（a）-0076-02

隨著科技的發(fā)展和自動(dòng)化程度的提高，變電站正朝著無(wú)人值守的方向發(fā)展，這就對(duì)變電站的火災(zāi)防護(hù)提出了更高的要求。絕大多數(shù)變電站火災(zāi)為電氣火災(zāi)，傳統(tǒng)火災(zāi)探測(cè)器一般都在火焰燃燒階段，產(chǎn)生一定濃度的煙霧后才會(huì)發(fā)出報(bào)警。相比而言，“變電站分布式智能感煙火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)”作為極早期火災(zāi)預(yù)警設(shè)備，卻能在火災(zāi)預(yù)燃階段（提前30～120min）發(fā)出報(bào)警，從而贏得寶貴的時(shí)間，把隱患消滅在萌芽中。

“東歡坨礦110kV變電站光纖溫度及煙霧早期預(yù)警技術(shù)”是將吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器應(yīng)用于變電站各區(qū)域火災(zāi)極早期預(yù)警報(bào)警的應(yīng)用性課題。根據(jù)目標(biāo)變電站的實(shí)際情況，空氣采樣管管路的合理設(shè)計(jì)，確定采樣管開(kāi)孔數(shù)量和位置，毛細(xì)管采樣和回風(fēng)口采樣方式的設(shè)計(jì)，惡劣環(huán)境下探測(cè)器自適應(yīng)算法的調(diào)整是本論文的核心工作。系統(tǒng)的完成將徹底解決變電站火災(zāi)極早期預(yù)警的需求，并使系統(tǒng)產(chǎn)品化，具有在電力行業(yè)中推廣的實(shí)用價(jià)值和示范意義。

1 變電站現(xiàn)狀

從技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用來(lái)講，吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)技術(shù)能夠檢測(cè)極早期火災(zāi)的煙霧產(chǎn)物，靈敏度極高，優(yōu)于傳統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)方式。但是基于光電探測(cè)原理，如果進(jìn)入探測(cè)腔的顆粒是足以引起光散射的微小顆粒，比如粉塵、水蒸氣等干擾顆粒，就極容易引起探測(cè)器誤報(bào)。由于無(wú)法有效識(shí)別這些干擾顆粒，限制了探測(cè)器響應(yīng)靈敏度的進(jìn)一步提高。

現(xiàn)場(chǎng)考察認(rèn)為工作環(huán)境相對(duì)一般，南北配電室環(huán)境相對(duì)較好，但電纜橋架、中控室現(xiàn)場(chǎng)存在一定粉塵灰塵，給高科技精密設(shè)備的正常工作造成一定的影響，目前沒(méi)有現(xiàn)成的設(shè)備能夠完美實(shí)現(xiàn)變電站煙霧的早期預(yù)警，必須在深入掌握現(xiàn)場(chǎng)需求和現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境的基礎(chǔ)上通過(guò)技術(shù)改造，軟件編寫(xiě)，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)功能。

2 實(shí)施的總體思路

東歡坨礦業(yè)分公司110kV變電站內(nèi)，包括南、北兩個(gè)配電室，中控室，以及電纜夾層等區(qū)域進(jìn)行極早期火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測(cè)，按照《煤炭安全規(guī)程》的要求，實(shí)現(xiàn)各種防護(hù)功能，課題試驗(yàn)中按照國(guó)家有關(guān)電氣、機(jī)械的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2.1 現(xiàn)狀分析

從技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用來(lái)講，吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)技術(shù)能夠檢測(cè)極早期火災(zāi)的煙霧產(chǎn)物，靈敏度極高，優(yōu)于傳統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)方式。但是基于光電探測(cè)原理，如果進(jìn)入探測(cè)腔的顆粒是足以引起光散射的微小顆粒，比如粉塵、水蒸氣等干擾顆粒，就極容易引起探測(cè)器誤報(bào)。由于無(wú)法有效識(shí)別這些干擾顆粒，限制了探測(cè)器響應(yīng)靈敏度的進(jìn)一步提高。

現(xiàn)場(chǎng)考察認(rèn)為工作環(huán)境相對(duì)一般，南北配電室環(huán)境相對(duì)較好，但電纜橋架、中控室現(xiàn)場(chǎng)存在一定粉塵灰塵，給高科技精密設(shè)備的正常工作造成一定的影響，目前沒(méi)有現(xiàn)成的設(shè)備能夠完美實(shí)現(xiàn)變電站煙霧的早期預(yù)警，必須在深入掌握現(xiàn)場(chǎng)需求和現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境的基礎(chǔ)上通過(guò)技術(shù)改造，軟件編寫(xiě)，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)功能。

2.2 研發(fā)遵循的原則

課題研發(fā)立足于以下原則，即先進(jìn)性、實(shí)用性（性價(jià)比優(yōu)）、可靠性、安全性、易操作性、易維護(hù)性、可擴(kuò)展升級(jí)、規(guī)范性。

（1）先進(jìn)性：系統(tǒng)包含激光、光電/磁電、無(wú)線等在當(dāng)前具有必然的先進(jìn)性，但這里所指的先進(jìn)性主要指設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)理念必須是先進(jìn)的，采用的技術(shù)必須是先進(jìn)的，為智能化無(wú)人操作奠定一定基礎(chǔ)。

（2）實(shí)用性：系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)采用先進(jìn)的技術(shù)同時(shí)，應(yīng)比選適用成熟的設(shè)備，滿足用戶的使用需求，盡可能降低投入，實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比，真正使系統(tǒng)的推廣應(yīng)用成為可能。

（3）可靠性：系統(tǒng)運(yùn)行做到穩(wěn)定、可靠，不會(huì)對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行造成干擾，不影響正常生產(chǎn)。

（4）安全性：系統(tǒng)遵從電力行業(yè)一般要求，集成設(shè)備電磁兼容，操作系統(tǒng)安全穩(wěn)定，設(shè)備具有防拆卸、破壞的防護(hù)措施。

（5）易操作性：有一定基礎(chǔ)的操作人員簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可上崗，控制系統(tǒng)有自檢功能，自動(dòng)控制狀態(tài)缺省功能，手動(dòng)/自動(dòng)切換功能。

（6）易維護(hù)性：系統(tǒng)集成采用模塊化，模塊通用性強(qiáng)，出現(xiàn)故障易于判斷，通過(guò)更換模塊在最短時(shí)間修復(fù)。

（7）可擴(kuò)展性：系統(tǒng)預(yù)留接口，便于單機(jī)的功能擴(kuò)展，系統(tǒng)軟件可升級(jí)。

（8）規(guī)范性：系統(tǒng)遵照國(guó)家現(xiàn)行頒布的煤礦通用電氣設(shè)備的技術(shù)規(guī)范、安全規(guī)范。

3 技術(shù)方案

系統(tǒng)總體技術(shù)方案貫徹“以人為本、提高控制管理科技水平、建立安全生產(chǎn)長(zhǎng)效機(jī)制”的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)和管理理念，針對(duì)提出的功能需求設(shè)計(jì)控制流程。根據(jù)控制流程確定系統(tǒng)架構(gòu)，進(jìn)而開(kāi)發(fā)本課題裝置。

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）管路開(kāi)孔。

吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)中包含若干數(shù)量的管子，這些管子可以鋪設(shè)在探測(cè)區(qū)，形成管網(wǎng)。每條管子上鉆出若干數(shù)量的小孔，每一個(gè)小孔稱為一個(gè)采樣點(diǎn)。探測(cè)器內(nèi)有抽氣裝置，將通過(guò)這些小孔將探測(cè)區(qū)域的空氣或煙霧經(jīng)管路抽到探測(cè)器內(nèi)并送到靈敏度極高的激光探測(cè)腔內(nèi)進(jìn)行分析。

管路開(kāi)孔直徑不大于2mm，末端孔直徑不大于6mm，單管長(zhǎng)度不大于100m，同時(shí)應(yīng)滿足：從最末端采樣孔處加煙，到探測(cè)器顯示煙霧濃度升高，時(shí)間不超過(guò)120s。

（2）管路材質(zhì)。

根據(jù)應(yīng)用環(huán)境不同，可以選擇多種材質(zhì)的采樣管道，廠家推薦采用標(biāo)準(zhǔn)的21mm內(nèi)徑，25mm外徑的PVC管。也可根據(jù)應(yīng)用環(huán)境和客戶需求，訂制采用CPVC，ABS，鋼管等。

（3）管路鋪設(shè)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，在廠家指導(dǎo)下進(jìn)行管路鋪設(shè)，應(yīng)遵循以下基本原則。

如采用多路管路布設(shè)方式，應(yīng)盡量使探測(cè)區(qū)域環(huán)境條件、管路長(zhǎng)度、開(kāi)孔大小和數(shù)量保持一致，以平衡各個(gè)通道的靈敏度差異。

當(dāng)一個(gè)采樣孔被堵塞后，該采樣孔即失去探測(cè)能力，因此任何獨(dú)立探測(cè)區(qū)域應(yīng)至少有2個(gè)采樣孔。

采樣管網(wǎng)在需要拐彎時(shí)，必須采用符合規(guī)定曲率要求的彎頭（一般使用大于90mm），不得使用直角彎頭或其他常規(guī)管路配件來(lái)代替。

采樣管網(wǎng)的安裝鋪設(shè)應(yīng)在保證穩(wěn)固的前提下，盡量保證整齊，美觀。同時(shí)應(yīng)考慮易于拆卸，便于維護(hù)。

3.2 系統(tǒng)工作原理

它采用長(zhǎng)壽命激光光源作為探測(cè)光源，利用光散射技術(shù)進(jìn)行煙霧探測(cè)，并通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)防誤報(bào)和煙霧粒子鑒別。相較于傳統(tǒng)的感煙探測(cè)產(chǎn)品，吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器的探測(cè)靈敏度可達(dá)其1000倍以上，并通過(guò)算法降低誤報(bào)率，從而實(shí)現(xiàn)極早期火災(zāi)探測(cè)報(bào)警的功能。

含有煙霧的空氣樣本在風(fēng)機(jī)的作用下勻速通過(guò)探測(cè)室，激光在煙霧粒子的作用下發(fā)生散射，散射光會(huì)被光敏接收器接收，該散射信號(hào)經(jīng)過(guò)處理轉(zhuǎn)換為煙霧濃度的大小。

4 結(jié)語(yǔ)

吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器的采樣管路安裝靈活，針對(duì)變電站不同的區(qū)域可以有不同的布設(shè)方式。此外還可以將采樣管布設(shè)到空調(diào)回風(fēng)口，這樣更是增加了火災(zāi)探測(cè)的效率，比傳統(tǒng)探測(cè)方法更加及時(shí)可靠。因此，本文提出的“分布式智能感煙火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)”應(yīng)用于變電站火災(zāi)防護(hù)具有非常大的實(shí)用價(jià)值和推廣意義。本系統(tǒng)能夠有效預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生，避免對(duì)電力生產(chǎn)造成的直接和間接損失，為該系統(tǒng)在電力行業(yè)的應(yīng)用起到了示范作用。

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