CN109876333A - 一种智能型变电站电弧检测、抑爆系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种智能型变电站电弧检测、抑爆系统及方法，涉及变电站安全维护领域。本发明是为了解决现有变电站安全系数低、且发生火灾时不能及时自主灭火的问题。本发明所述的一种智能型变电站电弧检测、抑爆系统及方法，能够在电弧、电火花产生的瞬间通过传感器检测到弧光，并自动喷射适用的灭火剂，将电气设备产生的电弧抑制住，防止因电弧产生的火灾及爆炸，从而保护操作人员的人身安全及电力设备财产安全。同时，本发明能够通过变电站内的保护系统将发生故障的电气设备的编码地址上传到控制室，第一时间告知工作人员事故发生的具体位置。本发明适用于单体变电站的拉弧火灾检测预警与灭弧抑爆。

Description

一种智能型变电站电弧检测、抑爆系统及方法

技术领域

本发明属于变电站安全维护领域。

背景技术

随着城市建设的高速发展，越来越多的自动化变电站在城市各个重要场所得到了广泛的应用。同时，由于自动化变电站数量的与日俱增，也诱发了大量的电气设备火灾隐患。变电站作为电力系统中电压等级的转换、接收及分配电能的重要场所，一旦出现故障将造成大面积电网停电事故的发生。如果发生电气设备火灾甚至引起爆炸，其造成的人员伤亡、社会影响和经济损失则会非常巨大。并且，变电站电气设备火灾事故发生后的抢修及复建工作也极为困难。因此，变电站内电气设备的防火安全十分重要，特别是在石油、石化、天然气、银行金库、重要通讯类服务器机房等不允许发生火灾的重要场合中。由于行业的特殊性，其周围的空气中会含有一定程度的易燃易爆气体，任何电气设备一旦发生电弧、电火花现象都有可能引发电气设备爆炸，从而酿成重大的火灾。所以，变电站的电气设备灭弧、抑爆在电气防火安全领域就显得更为突出了。

此外，现阶段国内大部分自动化变电站均是无人值守状态、且建设位置较为集中。大部分变电站内电气设备均未配备自动灭火系统，而且站内消防设备多数为手提式灭火筒、防火沙等被动灭火设备。一旦变电站发生电气故障产生电弧而引发电火，电力系统根本无法第一时间排除故障并切断电源，而工作人员又不能在第一时间赶到现场进行灭火，这就会延误最佳灭火的时机，从而很容易引起成片火灾事故的发生。待作业人员赶到现场将火势扑灭以后，变电站内大部分重要设备配件多数已被烧毁，根本不具备维修价值，给供电企业及社会将带来重大的经济损失，还可能造成人员伤亡甚至更大的不良社会影响。

发明内容

本发明是为了解决现有变电站安全系数低、且发生火灾时不能及时自主灭火的问题，现提供一种智能型变电站电弧检测、抑爆系统及方法。

一种智能型变电站电弧检测、抑爆系统，包括：控制器和k个工作组，每个工作组均包括弧光探测器和灭弧抑爆器，k为正整数；

k个工作组均匀分布在变电站内，弧光探测器用于探测所在区域内是否发生拉弧现象，灭弧抑爆器用于在所在区域内进行灭弧抑爆工作，k个弧光探测器的探测信号输出端均连接控制器的探测信号输入端，控制器的灭弧控制信号输出端同时连接k个灭弧抑爆器的灭弧控制信号输入端，

控制器内嵌有以下软件实现的单元：

编码单元：分别对k个工作组进行编码，并赋予编码地址，

采集单元：采集每个工作组中弧光探测器获得的探测信号，

判断单元：根据每个工作组获得的探测信号判断该工作组是否出现拉弧现象，

灭弧控制单元：当工作组所在区域出现拉弧现象时，识别该工作组的编码地址、并向该编码地址所对应的灭弧抑爆器发送灭弧控制信号。

进一步的，上述弧光探测器发出的探测信号包括：烟雾变化量、温度变化量、光谱变化量和光线强度变化量，控制器内嵌有烟雾标定阈值、温度标定阈值、光谱标定阈值和光强标定阈值，

判断单元具体为：

判断烟雾变化量是否超过烟雾标定阈值，

判断温度变化量是否超过温度标定阈值，

判断光谱变化量是否超过光谱标定阈值，

判断光线强度变化量是否超过光强标定阈值，

当上述所有变化量均超过其对应阈值时，则判定出现拉弧现象。

进一步的，上述系统还包括故障提示模块，故障提示模块的地址信号输入端连接控制器的地址信号输出端，

控制器中还包括地址报告单元：将出现拉弧现象区域的工作组编码地址作为地址信号发送至故障提示模块；

故障提示模块包括报警单元：当接收到地址信号时，通过声光方式进行发出报警信号，并通过显示器将地址信号显示出来。

进一步的，上述系统还包括信息通讯传输模块，故障提示模块的报警信号输出端连接信息通讯传输模块的报警信号输入端，信息通讯传输模块通过无线传输方式将报警信号发送至巡查人员配备的便携终端中。

进一步的，上述系统还包括取电模块，取电模块的电压输入端连接变电站进线柜中的PT装置或自动化终端的电压输出端，取电模块的电压输出端连接控制器的电压输入端。

一种智能型变电站电弧检测、抑爆方法，该方法基于以下装置实现，所述装置包括k个工作组，每个工作组均包括弧光探测器和灭弧抑爆器，k为正整数，k个工作组均匀分布在变电站内，

所述方法包括以下步骤：

编码步骤：分别对k个工作组进行编码，并赋予编码地址，

采集步骤：采集每个工作组中弧光探测器获得的探测信号，

判断步骤：根据每个工作组获得的探测信号判断该工作组是否出现拉弧现象，当工作组所在区域出现拉弧现象时，执行灭弧步骤，

灭弧步骤：识别出现拉弧现象区域中工作组的编码地址、并驱动该编码地址所对应的灭弧抑爆器进行灭弧抑爆工作。

进一步的，上述探测信号包括烟雾变化量、温度变化量、光谱变化量和光线强度变化量。

进一步的，上述判断步骤中，根据每个工作组获得的探测信号判断该工作组是否出现拉弧现象的具体步骤为：

判断烟雾变化量是否超过烟雾标定阈值，

判断温度变化量是否超过温度标定阈值，

判断光谱变化量是否超过光谱标定阈值，

判断光线强度变化量是否超过光强标定阈值，

当上述所有变化量均超过其对应阈值时，则判定出现拉弧现象。

进一步的，上述判断步骤中当工作组所在区域出现拉弧现象时，还同时执行故障提示步骤：

所述故障提示步骤为：通过声光方式进行发出报警信号，并通过显示器将地址信号显示出来。

进一步的，上述故障提示步骤中还包括：通过无线传输方式向巡查人员配备的便携终端中发送报警信号。

本发明所述的一种智能型变电站电弧检测、抑爆系统及方法，能够在电弧、电火花产生的瞬间通过传感器检测到弧光，并自动喷射适用的灭火剂，将电气设备产生的电弧抑制住，防止因电弧产生的火灾及爆炸，从而保护操作人员的人身安全及电力设备财产安全。同时，本发明能够通过变电站内的保护系统将发生故障的电气设备的编码地址上传到控制室，第一时间告知工作人员事故发生的具体位置。且在事故抢修中仅需要替换掉故障设备，而不必对整个变电站内的设备进行大量的维修甚至替换，加快故障抢修时间，减少停电时间，缩小停电范围，从而减少供电公司的直接经济损失。本发明将大大提高变电站电力设备电气防火的安全性，可有效的避免电气设备火灾及爆炸的发生。本发明能够安装于高、低开关柜的电缆仓内、变压器室及密封性较好的空间内，适用于单体变电站的拉弧火灾检测预警与灭弧抑爆。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的一种智能型变电站电弧检测、抑爆系统安装在变电站内的结构示意图。

具体实施方式

电弧、电火花是引起电气设备火灾发生的直接原因，电气设备运行环境周围存在易燃易爆物体或气体是电气火灾引起爆炸的环境条件。运行中的电气设备，开关电器接通或者断开的瞬间往往伴随着发光、发热的现象，就会产生电弧和电火花。由于电气线路短路、开关电器制造质量不良、安装不善或维护不及时；电气设备及线材的选择未按所处环境采取适当的防护措施；外力破坏造成绝缘损坏等情况都有可能造成电弧事故。电弧和电火花产生的危害主要有以下几方面：

(1)电弧的产生会造成电气设备损伤。因为其温度高达数千摄氏度，能烧坏电气设备的连接触头，甚至导致触头熔焊、熔断。如果电弧不立即熄灭，就可能烧毁电气设备，甚至酿成大面积火灾。

(2)电气误操作造成电弧伤人。由于带负荷拉闸操作失误，或者是在开关箱内有异物(导电体)，拉出开关箱的时候，异物瞬间接通了两极又分开，导致电弧产生进而引起电弧光爆炸现象，极有可能造成炸伤、烧伤操作人员甚至死亡。

(3)电弧的产生延长了开关电器开、断故障电路的时间。使电力系统无法在第一时间切断故障电路，加重了电力系统切断短路故障电路的危害。严重者可导致电网大面积停电事故的发生。

基于上述隐患的存在，本发明提供以下实施方式进行解决，具体如下：

具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，以箱式变电站为例，该变电站中主要包括变电站高压室、变电室和低压室。其中，变电站高压室内主要是高压开关柜，一般由进线柜、馈线柜(出线)和备用柜组成，常见组合包括1进3出、2进2出、2进4出、2进6出等几种组合方式；变电室主要由N个配电变压器组成；低压室主要包括低压开关柜和计量柜。

本实施方式所述的一种智能型变电站电弧检测、抑爆系统，包括：控制器、k个工作组、故障提示模块、信息通讯传输模块和取电模块，每个工作组均包括弧光探测器和灭弧抑爆器，k为正整数。

控制器、故障提示模块、信息通讯传输模块和取电模块均置于第一个进线柜中，k个工作组分别置于变电站的进线柜、馈线柜、备用柜、配电变压器柜、低压开关柜和计量柜中，使得每个独立的设备中均有一个工作组。每个工作组中的弧光探测器用于探测所在设备区域内是否发生拉弧现象，灭弧抑爆器则用于在所在区域内进行灭弧抑爆工作，k个工作组中所有弧光探测器的探测信号输出端均连接控制器的探测信号输入端，控制器的灭弧控制信号输出端同时连接k个工作组中所有灭弧抑爆器的灭弧控制信号输入端，取电模块的电压输入端连接变电站进线柜中的PT(电压互感器)装置或自动化终端的电压输出端，取电模块的电压输出端连接控制器的电压输入端，故障提示模块的地址信号输入端连接控制器的地址信号输出端，故障提示模块的报警信号输出端连接信息通讯传输模块的报警信号输入端，信息通讯传输模块通过无线传输方式将报警信号发送至巡查人员配备的便携终端中。

上述控制器内嵌有以下软件实现的单元：

编码单元：分别对k个工作组进行编码，并赋予编码地址；

采集单元：采集每个工作组中弧光探测器获得的探测信号；

判断单元：根据每个工作组获得的探测信号判断该工作组是否出现拉弧现象；

灭弧控制单元：当工作组所在区域出现拉弧现象时，识别该工作组的编码地址、并向该编码地址所对应的灭弧抑爆器发送灭弧控制信号；

地址报告单元：将出现拉弧现象区域的工作组编码地址作为地址信号发送至故障提示模块。

具体的，弧光探测器发出的探测信号包括：烟雾变化量、温度变化量、光谱变化量和光线强度变化量，控制器内嵌有烟雾标定阈值、温度标定阈值、光谱标定阈值和光强标定阈值，判断单元具体为：

判断烟雾变化量是否超过烟雾标定阈值，

判断温度变化量是否超过温度标定阈值，

判断光谱变化量是否超过光谱标定阈值，

判断光线强度变化量是否超过光强标定阈值，

当上述所有变化量均超过其对应阈值时，则判定出现拉弧现象。

上述故障提示模块包括报警单元：当接收到地址信号时，通过声光方式进行发出报警信号，并通过显示器将地址信号显示出来。

具体工作原理如下：

首先，取电模块由进线柜中的PT(电压互感器)装置或自动化终端获取系统所需供电，然后供给控制器使用。

然后，控制器分别对k个工作组进行编码，并赋予编码地址。控制器再通过控制电缆与各柜中的弧光探测器和灭弧抑爆器连接，弧光探测器通过其内部传感器将所测设备内的状态变化量采集出来，如：因拉弧所产生的温度变化量、发出电弧光的紫外线光谱变化量和红外线光谱变化量、不同频段的光线的强度变化量等，将这些变化量分别转换成电信号，并同各工作组的编码地址一起传送给控制器。

之后，控制器接收电信号，根据预先设置好的标定测阈值进行分析，如多项变化量均超出各自的标定阈值，即判断拉弧现象产生；此时，控制器向灭弧抑爆器发送动作指令，驱使灭弧抑爆器完成灭弧、抑爆工作。即：当弧光探测器检测到所在柜(或变压器)发生拉弧现象时，在2ms内接受信号并响应，将信号传输至控制器，控制器在3ms内完成信号分析并发出指令启动灭弧抑爆器，5ms内抑爆器工作并抑制电弧，整个探测、分析、灭弧、抑爆工作过程应在80ms内完成。

与此同时，控制器还向故障提示模块发送故障位置编码，故障提示模块发出报警闪烁和提示音，并以电气设备对应指示灯变红的形式指示故障柜体或通过电气设备液晶显示屏显示相应故障信息。此外，控制器还会将抑爆器动作后的信号传递至故障提示模块，使其生成故障指令并转化成可发送的信号结合电力系统专网通讯网络，如OPGW光缆传送的电信号，或采用无线专网传送等多种形式发送信息，将故障指令传输至电力系统监控平台显示屏提示电力设备故障报警，并结合地理信息系统显示电气设备故障发生的地理位置及具体设备。

另外，上述实施方式还能够通过信息通讯传输模块与电力系统设备管理系统相结合，将发生故障的电气设备的相关信息、接线方式等信息，通过GSM模块以短信形式发送至巡查人员携带的便携式终端等设备，为工作人员准确定位故障电气设备、快速排除设备故障提供有效、方便、快捷的技术保障。

上述实施方式能够预防高、低压电气设备在工作过程中电弧引起的火灾危害，集探测、控制、灭弧抑爆于一体，具有体积小，重量轻等特点。本实施方式能够安装于高、低开关柜的电缆仓内、变压器室及密封性较好的空间内，通过传感器检测电气设备是否发生电弧或电火花，第一时间喷射灭火剂(装置响应速度达到5ms)，整个灭弧、抑爆过程可在80ms内完成，有效的防止了电气火灾隐患的发生，最大程度的减少设备损失，大大降低后期维修难度与成本，大大增加重要电力设备防火安全，填补了国内电气工程技术实际应用的一项空白。

具体实施方式二：本实施方式仍旧以箱式变电站为例，该变电站中主要包括变电站高压室、变电室和低压室。其中，变电站高压室内主要是高压开关柜，一般由进线柜、馈线柜(出线)和备用柜组成，常见组合包括1进3出、2进2出、2进4出、2进6出等几种组合方式；变电室主要由k个配电变压器组成；低压室主要包括低压开关柜和计量柜。

本实施方式所述的一种智能型变电站电弧检测、抑爆方法，该方法基于以下装置实现，所述装置包括k个工作组，k个工作组分别置于变电站的进线柜、馈线柜、备用柜、配电变压器柜、低压开关柜和计量柜中，使得每个独立的设备中均有一个工作组。每个工作组均包括弧光探测器和灭弧抑爆器。

所述方法包括以下步骤：

编码步骤：分别对k个工作组进行编码，并赋予编码地址；

采集步骤：采集每个工作组中弧光探测器获得的探测信号，具体的，所述探测信号包括烟雾变化量、温度变化量、光谱变化量和光线强度变化量；

判断步骤：根据每个工作组获得的探测信号判断该工作组是否出现拉弧现象，当工作组所在区域出现拉弧现象时，执行灭弧步骤，

具体的，根据每个工作组获得的探测信号判断该工作组是否出现拉弧现象的具体步骤为：

判断烟雾变化量是否超过烟雾标定阈值，

判断温度变化量是否超过温度标定阈值，

判断光谱变化量是否超过光谱标定阈值，

判断光线强度变化量是否超过光强标定阈值，

当上述所有变化量均超过其对应阈值时，则判定出现拉弧现象，

当工作组所在区域出现拉弧现象时，还同时执行故障提示步骤，所述故障提示步骤为：

通过声光方式进行发出报警信号，并通过显示器将地址信号显示出来，

通过无线传输方式向巡查人员配备的便携终端中发送报警信号；

灭弧步骤：识别出现拉弧现象区域中工作组的编码地址、并驱动该编码地址所对应的灭弧抑爆器进行灭弧抑爆工作。

如上述实施方式使用场景为户外环网箱，户外环网箱只由高压开关柜组成，可按上述原理只在第一个进线单元安装系统主要控制部件，其余柜体通过控制电缆串联探测器和灭弧抑爆器即可。弧光探测器可以根据电气设备运行环境选择适合的探测器，如户外型烟感、光感、温感探测器和双光谱探测器等类型。灭弧抑爆器根据使用环境不同可以选择装有适用灭火剂的灭弧抑爆器、气体灭弧抑爆器或干粉灭弧抑爆器，且适用于高温和高寒地区(温度区间为-40℃～+40℃)。

装有灭火剂的灭弧抑爆器可使用贮存期长，喷洒后能形成冷气溶胶完成灭火抑爆，其无毒、环保，灭火效能高。利用灭火剂来完成电气设备的灭弧、抑爆保护，实现电气设备防火领域的主动防火及自动灭火。

Claims (10)

1.一种智能型变电站电弧检测、抑爆系统，其特征在于，包括：控制器和k个工作组，每个工作组均包括弧光探测器和灭弧抑爆器，k为正整数；

k个工作组均匀分布在变电站内，弧光探测器用于探测所在区域内是否发生拉弧现象，灭弧抑爆器用于在所在区域内进行灭弧抑爆工作，k个弧光探测器的探测信号输出端均连接控制器的探测信号输入端，控制器的灭弧控制信号输出端同时连接k个灭弧抑爆器的灭弧控制信号输入端，

控制器内嵌有以下软件实现的单元：

编码单元：分别对k个工作组进行编码，并赋予编码地址，

采集单元：采集每个工作组中弧光探测器获得的探测信号，

判断单元：根据每个工作组获得的探测信号判断该工作组是否出现拉弧现象，

灭弧控制单元：当工作组所在区域出现拉弧现象时，识别该工作组的编码地址、并向该编码地址所对应的灭弧抑爆器发送灭弧控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种智能型变电站电弧检测、抑爆系统，其特征在于，弧光探测器发出的探测信号包括：烟雾变化量、温度变化量、光谱变化量和光线强度变化量，

控制器内嵌有烟雾标定阈值、温度标定阈值、光谱标定阈值和光强标定阈值，

判断单元具体为：

判断烟雾变化量是否超过烟雾标定阈值，

判断温度变化量是否超过温度标定阈值，

判断光谱变化量是否超过光谱标定阈值，

判断光线强度变化量是否超过光强标定阈值，

当上述所有变化量均超过其对应阈值时，则判定出现拉弧现象。

3.根据权利要求1或2所述的一种智能型变电站电弧检测、抑爆系统，其特征在于，还包括故障提示模块，故障提示模块的地址信号输入端连接控制器的地址信号输出端，

控制器中还包括地址报告单元：将出现拉弧现象区域的工作组编码地址作为地址信号发送至故障提示模块；

故障提示模块包括报警单元：当接收到地址信号时，通过声光方式进行发出报警信号，并通过显示器将地址信号显示出来。

4.根据权利要求3所述的一种智能型变电站电弧检测、抑爆系统，其特征在于，还包括信息通讯传输模块，

故障提示模块的报警信号输出端连接信息通讯传输模块的报警信号输入端，

信息通讯传输模块通过无线传输方式将报警信号发送至巡查人员配备的便携终端中。

5.根据权利要求1或2所述的一种智能型变电站电弧检测、抑爆系统，其特征在于，还包括取电模块，

取电模块的电压输入端连接变电站进线柜中的PT装置或自动化终端的电压输出端，

取电模块的电压输出端连接控制器的电压输入端。

6.一种智能型变电站电弧检测、抑爆方法，其特征在于，该方法基于以下装置实现，所述装置包括k个工作组，每个工作组均包括弧光探测器和灭弧抑爆器，k为正整数，k个工作组均匀分布在变电站内，

所述方法包括以下步骤：

编码步骤：分别对k个工作组进行编码，并赋予编码地址，

采集步骤：采集每个工作组中弧光探测器获得的探测信号，

判断步骤：根据每个工作组获得的探测信号判断该工作组是否出现拉弧现象，当工作组所在区域出现拉弧现象时，执行灭弧步骤，

灭弧步骤：识别出现拉弧现象区域中工作组的编码地址、并驱动该编码地址所对应的灭弧抑爆器进行灭弧抑爆工作。

7.根据权利要求6所述的一种智能型变电站电弧检测、抑爆方法，其特征在于，采集步骤中，所述探测信号包括烟雾变化量、温度变化量、光谱变化量和光线强度变化量。

8.根据权利要求7所述的一种智能型变电站电弧检测、抑爆方法，其特征在于，判断步骤中，根据每个工作组获得的探测信号判断该工作组是否出现拉弧现象的具体步骤为：

判断烟雾变化量是否超过烟雾标定阈值，

判断温度变化量是否超过温度标定阈值，

判断光谱变化量是否超过光谱标定阈值，

判断光线强度变化量是否超过光强标定阈值，

当上述所有变化量均超过其对应阈值时，则判定出现拉弧现象。

9.根据权利要求6、7或8所述的一种智能型变电站电弧检测、抑爆方法，其特征在于，判断步骤中当工作组所在区域出现拉弧现象时，还同时执行故障提示步骤：

所述故障提示步骤为：通过声光方式进行发出报警信号，并通过显示器将地址信号显示出来。

10.根据权利要求9所述的一种智能型变电站电弧检测、抑爆方法，其特征在于，故障提示步骤中还包括：通过无线传输方式向巡查人员配备的便携终端中发送报警信号。