CN110335436A - 一种变电站电缆防火监控系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站电缆防火监控系统及其方法，包括火灾探测器、摄像机、网络设备、监控系统工作站、监控系统服务器和预警监控系统；所述的火灾探测器和摄像机均与网络设备连接；所述的监控系统工作站、监控系统服务器和预警监控系统均与网络设备连接，监控系统工作站实时控制火灾探测器和摄像机采集变电站电缆监控区域的火灾燃烧产生的火灾信号及对应区域的视频图像信号，并发送至监控系统服务器和预警监控系统，预警监控系统根据火灾信号发送发出相关报警信息，监控系统服务器用于将报警信息传输到各个电缆防火监控系统服务器，实现站内电缆防火监测和告警。

Description

一种变电站电缆防火监控系统及其方法

技术领域

本发明属于电缆防火监控领域，特别涉及一种变电站电缆防火监控系统及其方法。

背景技术

电缆是社会生产生活中不可缺少的重要基础设施，随着国民经济的高速发展、科学技术的突飞猛进、工业发展规模的日益增大使能源的需求日益增长，相应地在现代化的大型石油、化工、电力企业和其它工矿企业中电缆的使用量在大幅度上升，尤其在发供电系统中，电缆更占有十分重要的地位。然而，由于安全意识的薄弱和科学技术的局限，电缆在给人们带来方便的同时也带来了火灾隐患，由于各种原因导致电缆火灾频繁发生，造成越来越多的人员伤亡和重大财产损失。

于电缆系统分布广泛，通常敷设在电缆沟中，隐蔽且长期持续运行，火灾隐患期或初期时不易被观察到，故电缆火灾隐患具有分布性、持续性和隐蔽性。另外，电缆火灾的危险性还与用电情况密切相关，当用电负荷增大时，容易引发电缆运行故障，进而造成火灾。

电缆火灾的人员伤亡、财产损失和社会振荡都是巨大的。美国在1965～1975年统计的3282次电气火灾事故中，电线电缆事故占30.5％，直接损失约4000万美元。该期间美国某核电厂发生的10次火灾事故中，起因于电缆着火或延燃造成灾害扩大就占7次。日本曾对钢铁、石油化工、造纸等工厂企业调查，有78％的单位发生过电缆着火，其中危害程度大的事故占40％。美国消防管理局2006年底的统计表明在美国一年内住宅中电气火灾次数达到67800次，造成485人死亡和6.86亿美元的财产损失，其中电气线路引起的火灾数量是电气设备的两倍。

电缆火灾无论是在火灾原因还是在火灾直接经济损失方面多年来都处于各类火灾统计数的首位，同时电缆火灾一直呈现居高不下的态势，可以说电缆火灾已成为影响我国社会消防安全的主要致灾因素。

发明内容

本发明目的在于提供一种变电站电缆防火监控系统及其方法，以解决上述电缆火灾无法实时监控的问题。本发明通过实时监控电缆的火灾数据，及时判断火灾发生，并发出火灾警报，便于降低电缆火灾的危害。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种变电站电缆防火监控系统，包括：火灾探测器、摄像机、网络设备、监控系统工作站、监控系统服务器和预警监控系统；所述的火灾探测器和摄像机均与网络设备连接，用于监测变电站电缆监控区域的火灾燃烧产生的火灾信号及对应区域的视频图像信号；所述的监控系统工作站、监控系统服务器和预警监控系统均与网络设备连接，监控系统工作站实时控制火灾探测器和摄像机采集变电站电缆监控区域的火灾燃烧产生的火灾信号及对应区域的视频图像信号，并发送至监控系统服务器和预警监控系统，预警监控系统根据火灾信号发送发出相关报警信息，监控系统服务器用于将报警信息传输到各个电缆防火监控系统服务器，实现站内电缆防火监测和告警。

所述的火灾探测器包括：用于采集烟雾参数的感烟探测器、采集温度参数的感温探测器及，火灾探测器通过就地模块与网络设备连接。

所述的感烟探测器包括：点型感烟探测器和吸气式感烟探测器，感温探测器包括点型感温探测器和缆式线型感温探测器；点型感烟探测器、点型感温探测器和缆式线型感温探测器通过二总线方式与就地模块连接；吸气式感烟探测器通过RS485总线与就地模块连接。

所述的变电站电缆监控区域的电缆沟内敷设缆式线型感温探测器、吸气式感烟探测器、点型感烟探测器；电缆竖井和电缆夹层敷设点型感烟、点型感温探测器及缆式线型感温探测器。

沿电缆沟按正弦波形式在最上层电缆铺设缆式线型感温探测器，并且在每个防火间隔两端各安装一台摄像机。

沿电缆沟方向布置吸气式感烟探测器，吸气式感烟探测器使用与电缆平行的管道采气。

所述的变电站电缆监控区域还设置有灭火装置。

一种变电站电缆防火监控方法，包括以下步骤：

监控系统工作站控制火灾探测器和摄像机对变电站电缆监控区域进行监控，火灾探测器和摄像机监测变电站电缆监控区域的火灾燃烧产生的火灾信号及对应区域的视频图像信号，并通过网络设备发送至监控系统服务器和预警监控系统；

预警监控系统根据火灾信号发送相关报警信息，监控系统服务器将报警信息传输到各个电缆防火监控系统服务器；同时呈现对应区域的视频图像，用于确认火灾现场情况。

所述的确认火灾现场情况具体步骤包括：

预警监控系统根据火灾探测器实时监测防火区域内的温度及烟雾信息，与设定的告警阈值进行比较，当超过告警阈值时发出告警信息，监控系统服务器监测到告警信息后，弹出告警信息画面、灭火控制界面，同时联动摄像机，弹出告警区域内摄像机的实时视频画面。

还包括以下步骤：

在确认发生火灾时，监控系统服务器在接收到用户在灭火控制界面的灭火按钮触发手势时启动灭火装置灭火；

灭火装置自身具备温度监测功能，当监测到防火区域温度超过设定的阈值时，自动启动灭火装置灭火。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的变电站电缆防火监控系统，通过监控系统工作站实时控制火灾探测器和摄像机(可见光摄像机)采集变电站电缆监控区域的火灾燃烧产生的火灾信号及对应区域的视频图像信号，并发送至监控系统服务器和预警监控系统，预警监控系统根据火灾信号发送发出相关报警信息，监控系统服务器将报警信息传输到各个电缆防火监控系统服务器，实现站内电缆防火监测和告警。能够在有限时间内及时探测到电缆火灾隐患的存在，实现火灾预警，通过实时监控电缆的火灾数据，及时判断火灾发生，并发出火灾警报，便于降低电缆火灾的危害。

本发明监控方法通过实时数据反馈，及时发现火灾，并发出火灾报警信号，有效将火灾信号发出相关报警信息，通知工作人员，为扼制火灾进一步蔓延提供可能性。

附图说明

图1本发明系统网络架构图；

图2本发明系统供电示意图；

图3本发明系统网络示意图；

图4本发明监控系统运行流程图；

图5本发明联动功能策略流程图；

图6本发明系统的试验场景示意图。

其中，1为摄像机，2为吸气式感烟检测器，3为点型感烟/温检测器，4为点火装置，5为电缆，6为揽式线性感温探测器，7为灭火装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明电缆防火监控预警系统由火灾探测器、摄像机、就地模块、网络设备、系统服务器组成，如图1所示，能够在火灾初期，将火灾燃烧产生的烟雾和热量等物理量，通过感温和感烟等探测器转变为告警信息，传输到电缆防火监控系统服务器，实现站内电缆防火监测和告警功能。

本发明一种变电站电缆防火监控系统，包括火灾探测器、摄像机、网络设备、监控系统工作站、监控系统服务器和预警监控系统；所述的火灾探测器和摄像机均与网络设备连接，用于监测变电站电缆监控区域的火灾燃烧产生的火灾信号及对应区域的视频图像信号；所述的监控系统工作站、监控系统服务器和预警监控系统均与网络设备连接，监控系统工作站实时控制火灾探测器和摄像机采集变电站电缆监控区域的火灾燃烧产生的火灾信号及对应区域的视频图像信号，并发送至监控系统服务器和预警监控系统，预警监控系统根据火灾信号发送发出相关报警信息，监控系统服务器用于将报警信息传输到各个电缆防火监控系统服务器，实现站内电缆防火监测和告警。

系统在正常运行时，火灾探测器能够获取监测区域的烟、温及环境信息，并根据环境信息实时做出反应。当被监测区域发生火灾险情时，系统会主动弹出报警窗口，同时呈现对应区域的视频图像，方便人工确认火灾现场情况。

变电站内有电缆布置的区域广，范围大，如需全部布置探测器，则成本很高。首先，通过分析考虑各区域电缆的火灾危险性、耐火极限及所采用电缆的阻燃等级；其次，考虑该区域发生火灾的损失、伤亡及影响，将变电站电缆火灾区域进行重点划分。根据DL 5027-1993《电力设备典型消防规程》，火灾危险性类别为乙类的设备(建筑)有：蓄电池室；火灾危险性类别为丙类的设备(建筑)有：油浸设备(变压器、电抗器、消弧线圈)，单台设备充油量≥1000kg的配电室，中央控制室(含电缆、照明夹层)、控制电缆室及廊道、隧道、竖井、防酸隔爆型铅酸蓄电池室等；火灾危险性类别为丁类的设备(建筑)有：干式变压器室、单台设备充油量＜1000kg配电室等。

经过综合考虑，将变电站电缆火灾区域划分为防火重点区域(主变压器和电抗器等充油设备区域的电缆沟，蓄电池室的入室电缆沟，中央控制室的电缆竖井和电缆夹层)，次重点区域(一次设备的主电缆沟)以及非重点区域(一次设备的分支电缆沟)。主变压器、电抗器区域存在充油设备，易发生漏油而导致电缆沟浸油，火灾隐患大，属于重点区域，需要重点关注，适当增加探测器设备的数量与可见光视频监测的范围，并且配备灭火装置。户外电缆沟一般为非密闭空间，存在与排水沟共沟的情况，导致电缆沟内空气湿度大，易产生凝露，配置探测器时需要选择防水性能良好的设备。

基于上述原因以及现场试验分析结果，火灾监控预警系统根据防火重点区域、次重点区域、非重点区域的电缆沟、电缆竖井、电缆夹层配置不同类型、数量的火灾探测器，能够在有限时间内及时探测到电缆火灾隐患的存在，实现火灾预警。

具体布置方式如下：

1.变电站电缆防火重点区域

(1)户内电缆沟：敷设缆式线型感温探测器、吸气式感烟探测器、点型感烟探测器；

(2)户外电缆沟：敷设缆式线型感温探测器，吸气式感烟探测器、点型感烟探测器；

(3)电缆竖井：敷设点型感烟、点型感温探测器、缆式线型感温探测器；

(4)电缆夹层：敷设点型感烟、点型感温探测器、缆式线型感温探测器。

2.变电站电缆防火次重点区域

电缆沟：沿电缆沟按正弦波形式在最上层电缆铺设缆式线型感温探测器，并且在每个防火间隔两端各安装一台摄像机。

3.变电站电缆防火非重点区域

电缆沟：非重点区域不布置火灾探测器。

优选的，所述的火灾探测器包括用于采集烟雾参数的感烟探测器、采集温度参数的感温探测器，火灾探测器通过就地模块与网络设备连接。

所述的感温探测器包括点型感烟探测器和吸气式感烟探测器，感温探测器包括点型感温探测器和缆式线型感温探测器；点型感烟探测器、点型感温探测器和缆式线型感温探测器通过二总线方式与就地模块连接；吸气式感烟探测器通过RS485总线与就地模块连接。

变电站电缆监控区域的电缆沟内敷设缆式线型感温探测器、吸气式感烟探测器、点型感烟探测器；电缆竖井和电缆夹层敷设点型感烟、点型感温探测器及缆式线型感温探测器。

沿电缆沟按正弦波形式在最上层电缆铺设缆式线型感温探测器，并且在每个防火间隔两端各安装一台摄像机。

沿电缆沟方向布置吸气式感烟探测器，吸气式感烟探测器使用与电缆平行的管道采气。

系统供电方案示意如图2所示：

就地汇控箱内交流电源取自辅助设备监控系统专用交流馈线屏。就地模块采用就地汇控箱的AC220V供电，感温电缆控制模块和其他火灾探测器采用就地汇控箱AC220V经电源模块转换的DC24V供电，摄像机采用就地汇控箱AC220V经电源模块转换的DC12V供电。

就地模块电源电缆避免与直流电缆并排铺设，火灾探测器直流24V电源线、摄像机DC12V电源线与直流电缆同层铺设。

系统组网方案示意如图3所示：

火灾探测器通过二总线方式接入就地汇控箱内就地模块，经就地模块的光电转换，以光纤方式接入站控层交换机。

摄像机通过RJ45接口方式接入就地汇控箱内交换机，经交换机的光电转换，以光纤方式接入站控层交换机。

二总线、摄像机网络线、就地模块通信光缆、交换机通信光缆按分层分布原则与变电站通信电缆同层铺设。

如图4和图5所示，本发明还提供一种变电站电缆防火监控方法，包括以下步骤：监控系统工作站控制火灾探测器和摄像机对变电站电缆监控区域进行实时监控，火灾探测器和摄像机监测变电站电缆监控区域的火灾燃烧产生的火灾信号及对应区域的视频图像信号，并通过网络设备发送至监控系统服务器和预警监控系统，预警监控系统根据火灾信号发送发出相关报警信息，监控系统服务器将报警信息传输到各个电缆防火监控系统服务器；同时呈现对应区域的视频图像，用于确认火灾现场情况。接收来自电气火灾监控探测器的报警信号，能发出声、光报警信号和控制信号，指示报警部位，记录并保存报警信号的装置。监测流程如图4所示。

当发生火灾时，火灾探测器接收到火灾信号，通过通讯媒介将信号传递到火灾监控控制器，然后转到监控系统终端，系统终端得到信号好发出相关报警信息，通知工作人员。

当发生火灾告警时，系统自动联动沟道、箱门等密闭设备(设施)自动巡检系统的摄像机，弹出告警区域的实时视频图像，供运维人员查看和确认现场实际情况，根据现场火灾险情选择是否远程触发灭火装置进行灭火。联动功能策略如图5所示。

火灾探测器实时监测防火区域内的温度、烟雾信息，与设定的告警阈值进行比较，当超过告警阈值时发出告警信息，后台软件监测到告警信息后，弹出告警信息画面、灭火控制界面，同时联动沟道、箱门等密闭设备(设施)自动巡检系统的摄像机，弹出告警区域内摄像机的实时视频画面，运维人员通过实时视频画面查看确认现场火灾险情，如果确认是误告警，则在软件画面上点击告警确认按钮，如果确认发生火灾，则在灭火控制界面点击灭火按钮启动灭火装置灭火。另外，灭火装置自身具备温度监测功能，当监测到防火区域温度超过设定的阈值时，自动启动灭火装置灭火，避免了由于运维人员未及时启动灭火装置或由于网络中断等系统原因无法正确判断火灾险情而延误灭火时机的情况发生。整个过程可全程录像，供事件复核使用。

不同类型的火灾探测系统有其各自不同的应用场合，鉴于电缆沟阴暗、潮湿、空间狭小等特点，本试验设计阴燃和明火两种电缆沟火灾，以测试市场上多种成熟的火灾探测系统针对电缆沟火灾的灵敏度，为电缆沟火灾报警系统的选型提供试验依据。此外，本次试验还对超细干粉灭火系统对电缆本体着火的灭火效率进行了测试，测试其对电缆沟电缆火灾灭火的有效性。同时，通过安装在电缆沟两端的防水型摄像记录火灾报警试验过程，模拟出现火情报警后开启摄像机查看实时视频确认火情的过程。

火灾报警系统灵敏性试验

火灾报警系统的主要工作原理是火灾探测传感器对火灾现场的火焰、烟气、温度等火灾特征量进行实时监控。当发生火灾险情时，产生报警信号，报警信号通过二总线/485方式将数据上送给就地模块，由就地模块处理后上传到后端系统平台进行展示、报警等。

当前市场上已存在且成熟的可能用于电缆沟的火灾报警系统主要有点型感温探测器、点型感烟探测器、缆式线型感温探测器、吸气式感烟探测器以。本试验主要测试这4种火灾报警系统对电缆沟火灾(阴燃、明火)的响应时间。

自动灭火系统有效性试验

电缆沟内枪型摄像机的监控效果试验

在电缆沟内两端分别安装一台防水型摄像机，以手动控制的方式模拟火灾探测器报警并联动摄像机打开视频预览并录像的过程，测试摄像机在电缆沟内的图像效果。

火灾探测器包括：点型感温探测器、点型感烟探测器、缆式线型感温探测器、吸气式感烟探测器、多种火灾报警装置以及干粉灭火系统；鉴于电缆沟内部环境潮湿，空间狭长，摄像机选用防护性能较好的防水型枪型摄像机，分辨率为高清720P,带红外夜视，不带云台。

图6为试验场景示意图，测试电缆沟区间总长度50m，在电缆沟内距离左端口10m处作为火源点，开展火灾试验。依据火灾报警器工作方式安装不同种类的火灾报警器。具体安装方式如下：

(1)距离点火位置每隔10m布置一组探测器(包含点型感烟、点型感温探测器，共四组)，线路布置两条缆式线型感温探测器(报警阈值85℃和105℃，50米)，线路布置吸气式感烟探测器(使用PVC管采气)，。超细干粉灭火系统安装在电缆沟顶部，距离火点5m处。

(2)电缆沟两端分别以吊装的方式安装一台防水型摄像机，用于记录电缆沟内火灾视频图像。摄像机默认处于关闭状态，当火灾探测器发生火灾报警时，报警信号通过报警主机上报后台系统，后台系统自动联动摄像机，打开实时视频并触发报警录像(该过程在此试验中采用人工模拟实现)。同时，摄像机也支持手动方式打开实时视频和录像。

(3)试验用电缆放置在电缆沟脚架上，距离沟底50mm；或将试验电缆放置在电缆沟脚架中间层，以模拟真实电缆沟环境。

(4)电缆沟中可洒水加湿，模拟电缆沟环境。

(5)火源采用阴燃火与明火两种方式。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变电站电缆防火监控系统，其特征在于，包括：火灾探测器、摄像机、网络设备、监控系统工作站、监控系统服务器和预警监控系统；

所述的火灾探测器和摄像机均与网络设备连接，用于监测变电站电缆监控区域的火灾燃烧产生的火灾信号及对应区域的视频图像信号；

所述的监控系统工作站、监控系统服务器和预警监控系统均与网络设备连接，监控系统工作站用于控制火灾探测器和摄像机采集变电站电缆监控区域的火灾燃烧产生的火灾信号及对应区域的视频图像信号，并发送至监控系统服务器和预警监控系统，预警监控系统根据火灾信号发送发出相关报警信息，监控系统服务器用于将报警信息传输到各个电缆防火监控系统服务器，实现站内电缆防火监测和告警。

2.根据权利要求1所述的变电站电缆防火监控系统，其特征在于，所述的火灾探测器包括：用于采集烟雾参数的感烟探测器、采集温度参数的感温探测器，火灾探测器通过就地模块与网络设备连接。

3.根据权利要求2所述的变电站电缆防火监控系统，其特征在于，

所述的感烟探测器包括：点型感烟探测器和吸气式感烟探测器；

所述的感温探测器包括：点型感温探测器和缆式线型感温探测器；

点型感烟探测器、点型感温探测器和缆式线型感温探测器通过二总线方式与就地模块连接；吸气式感烟探测器通过RS485总线与就地模块连接。

4.根据权利要求3所述的变电站电缆防火监控系统，其特征在于，所述的变电站电缆监控区域的电缆沟内敷设缆式线型感温探测器、吸气式感烟探测器、点型感烟探测器；电缆竖井和电缆夹层敷设点型感烟、点型感温探测器及缆式线型感温探测器。

5.根据权利要求4所述的变电站电缆防火监控系统，其特征在于，沿电缆沟按正弦波形式在最上层电缆铺设缆式线型感温探测器，并且在每个防火间隔两端各安装一台摄像机。

6.根据权利要求4所述的变电站电缆防火监控系统，其特征在于，沿电缆沟方向布置吸气式感烟探测器，吸气式感烟探测器使用与电缆平行的管道采气。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的变电站电缆防火监控系统，其特征在于，所述的变电站电缆监控区域还设置有灭火装置。

8.一种变电站电缆防火监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

监控系统工作站控制火灾探测器和摄像机对变电站电缆监控区域进行监控，火灾探测器和摄像机监测变电站电缆监控区域的火灾燃烧产生的火灾信号及对应区域的视频图像信号，并通过网络设备发送至监控系统服务器和预警监控系统；

预警监控系统根据火灾信号发送相关报警信息，监控系统服务器将报警信息传输到各个电缆防火监控系统服务器；同时呈现对应区域的视频图像，用于确认火灾现场情况。

9.根据权利要求8所述的变电站电缆防火监控方法，其特征在于，确认火灾现场情况具体步骤包括：

预警监控系统根据火灾探测器实时监测防火区域内的温度及烟雾信息，与设定的告警阈值进行比较，当超过告警阈值时发出告警信息，监控系统服务器监测到告警信息后，弹出告警信息画面、灭火控制界面，同时联动摄像机，弹出告警区域内摄像机的实时视频画面。

10.根据权利要求8所述的变电站电缆防火监控方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在确认发生火灾时，监控系统服务器在接收到用户在灭火控制界面的灭火按钮触发手势时启动灭火装置灭火；

灭火装置自身具备温度监测功能，当监测到防火区域温度超过设定的阈值时，自动启动灭火装置灭火。