CN110841217A - 一种基于泛在物联网技术的变电站无水消防系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于泛在物联网技术的变电站无水消防系统，包括：火灾隐患点的物联网监测模块、初期火灾的智能排除及灭火模块、电力消防管理平台、无水自动灭火模块，其中，火灾隐患点的物联网监测模块是在变电站的各个火灾隐患点布置火灾探测器并根据各自的火灾特点设置中度和重度报警阈值；初期火灾的智能排除及灭火模块包括：载超细干粉的巡检机器人和无人机消防炮；消防管理平台设置有前三级预警和第四级灭火；无水自动灭火模块包括：荷电泡沫喷雾自动灭火单元，固定干粉自动灭火单元，气体自动灭火单元、探火管自动灭火单元和超细干粉自动灭火单元。本发明能使小型变电站消防真正实现“自动监测，自动计算，自动灭火，无水消防”。

Description

一种基于泛在物联网技术的变电站无水消防系统

技术领域

本发明为变电站的一种无水消防系统，主要涉及变电站的火灾监测、预警、控制和灭火措施，属于变电站消防领域。

背景技术

小型变电站主要包括110kV和35kV变电站，主要承担的是片区或工业园区的变电、配电使用要求。小型变电站的特点是数量多，分布广，这种变电站多分布在居民区周边，一旦着火，对周边居民的生命财产会造成极大的威胁，社会影响恶劣。然而，由于受到经济因素和消防意识等方面的制约，我国小型变电站的消防建设基本处于空白状态。

变电站内的主要火灾隐患有油浸式变压器、电缆。油浸式变压器是变电站中的核心设备之一，其线圈铁芯的支架、衬垫以及数十吨的绝缘油均为可燃物，当线圈绝缘层老化、油品不佳、导线接触不良、严重过载、短路、绝缘管损坏、或误操作或故障灯，可燃物会受到高温或电弧作用而分解、膨胀以致汽化，严重时会引起火灾。电缆在常规工况下是安全运行的，但受电缆头故障、长期运行绝缘老化、长期过负荷运行、保护(开关)装置不能及时切除、电缆本身质量或安装工艺不过关等内部因素影响，或在外力机械损伤、敷设缺陷、其它杂物起火等外部因素作用下，其外绝缘层会因局部瞬间过热而引燃，并沿电缆蔓延燃烧，从一个区域扩散到另一个区域，从而酿成火灾。

然后，小型变电站内的主变压器和电缆均未设自动灭火设施，仅在主变压器附近配置了建筑灭火器和消防砂，这种消防配置对于无人值守的变电站，基本达不到任何灭火的效果。一旦变电站内着火，只能被动等待消防队员前来救火，然而，从报警、接警、到达并实施救火，需要十多分钟，而这十多分钟的等待时间实际上是控制火势的黄金时间。其次，变电站内多为高压带电设备，如果采用常规的消火栓喷水救火，消防人员有触电身亡的风险，显然，在变电站内，水基灭火系统不是上上之选。此外，水基灭火需要设置消防水池和消防泵房，这些都增加变电站的用地和工程总造价。最后，对于已建成的变电站，其消防系统的升级改造应以不增加占地，不增加水源方为优选方案。

发明内容

本发明针对目前35kV和110kV等小型变电站的消防设计现状及其问题，提出一种基于泛在物联网技术的变电站无水消防系统，以期对变电站的消防薄弱点(主变压器、电缆、初期火灾)进行多指标动态监测，确保变电站站内重点防火区域实现无死角智能监测覆盖，并采用全自动灭火的无水消防措施，从而使小型变电站消防真正实现“自动监测，自动计算，自动灭火，无水消防”。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种基于泛在物联网技术的变电站无水消防系统的特点包括：火灾隐患点的物联网监测模块、初期火灾的智能排除及灭火模块、电力消防管理平台、无水自动灭火模块；

所述火灾隐患点的物联网监测模块设置在变电站的主变压器、开关柜及控制屏、配电装置区以及电缆沟，包括：在所述主变压器的表面布置线式感温电缆探测器和点式感温探测器；在所述开关柜室以及二次设备室内的每座开关柜和控制屏柜内布置智能温湿度探测器和离子感烟式探测器；在所述电缆沟的每个防火分隔内分别布置缆式线型感温探测器和红外光束感烟探测器；在GIS室内布置智能温湿度探测器和吸气感烟探测器；在电容器室、蓄电池室分别布置智能光电感烟探测器；在室外配电装置区配置红外感温探测器，从而使得变电站内火灾隐患处均在探测器的监控范围内，以实现无死角智能监测覆盖；若任意一只智能监测探头所监测的数据超过所设定的不同阈值，则发出不同程度的报警信号后，将相应数据按照采样周期上传至所述电力消防管理平台；否则，各个智能监测探头将所采集的数据保存在本地变电站的控制中心；

所述初期火灾的智能排除及灭火模块包括：载超细干粉的巡检机器人和无人机消防炮；

所述巡检机器人用于站内地面固体火灾的巡检及排查，所述无人机消防炮用于户外变电站的配电装置区和主变压器的高处火灾巡检及排查；

当巡检机器人或无人机消防炮的红外探头检测到配电装置区的高压线接头、主变压器高压套管接头的表面温度达到所设定的阈值，则向电力消防管理平台发出报警信号，并向消防管理平台发送现场视频摄像，使得消防管理平台在确认有火灾隐患时，控制巡检机器人喷射超细干粉，或无人机消防炮对火灾初期进行扑灭；

所述消防管理平台获取所述物联网监测模块中各个智能监测探头的地理位置和探头种类，并设置前三级预警和第四级灭火；

所述前三级预警包括：任意一只探测器发出中度报警信号时，则表示为一级预警，所述消防管理平台提高相应区域内的所有检测器信号的采样频率用于获取相应的监测数据；

任意两只探测器发出中度预警信号且监测数据呈上升趋势时，则表示为二级预警，所述消防管理平台向巡检机器人或无人机消防炮发送勘察指令，并将现场的直播视频上传至消防管理平台；

任意一只探测器发出重度报警信号时，则表示为三级预警，所述消防管理平台发送准启动指令给相应区域的无水自动灭火模块进行待命，同时，发送火灾预警信息至相应变电站的负责人；

任意两只探测器发出重度报警信号时，则表示为四级灭火，所述消防管理平台自动发送启动指令给相应区域的无水自动灭火模块进行灭火，同时拨打变电站所属地的火警电话，将变电站内的火灾信息发送至当地消防局；

所述无水自动灭火模块包括：荷电泡沫喷雾自动灭火单元，固定干粉自动灭火单元，气体自动灭火单元、探火管自动灭火单元和超细干粉自动灭火单元；

在户外变电站主变压器周围设置荷电泡沫喷雾自动灭火单元或超细干粉自动灭火；

在户内变电站主变压器周围设置荷电泡沫喷雾自动灭火单元、超细干粉自动灭火、或气体自动灭火单元；

在配电装置室的开关柜和二次设备室的控制屏内设置探火管自动灭火单元或超细干粉自动灭火单元；

在电缆沟内设置超细干粉自动灭火单元或气体自动灭火单元。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明主要包括变电站的火灾隐患点的物联网监测、变电站内初期火灾的智能排除及灭火、基于泛在物联网的消防管理平台、以及变电站内消防无水消防措施，针对变电站内初期火灾、主变压器、开关柜，电缆、配电装置区等各火灾隐患实现了全覆盖探测、全自动灭火；全站通过采用各种无水的自动消防设施，并利用机器人技术和无人机技术，真正实现变电站无人值守，智能消防；并根据物联网计算结果，做到主动灭火，使变电站完全自救；完全取代了传统的消火栓的人工灭火，节约了消防水池和消防泵房的占地面积。相对于传统的消火栓灭火系统，将消防人员从带电设备灭火系统中解放出来，在高效灭火的同时，更能保障人身安全；达到了智能、高效的无水消防效果。

附图说明

图1为本发明变电站内初期火灾的智能排除及灭火方法图；

图2为本发明基于泛在物联网的消防管理平台图。

具体实施方式

本实施例中，一种基于泛在物联网技术的变电站无水消防系统包括：火灾隐患点的物联网监测模块、初期火灾的智能排除及灭火模块、消防管理平台模块、无水自动灭火模块；

火灾隐患点的物联网监测模块是在变电站的各个火灾隐患点(变电站的主变压器、开关柜及控制屏、配电装置区以及电缆沟)布置火灾探测器并根据各自的火灾特点设置中度报警阈值和重度报警阈值：

以户外(半户外)变电站为例，户外变电站(或半户外变电站)的主变压器布置在户外，这种变电站的无水消防系统布置如表1所示，包括：在主变压器的表面布置线式感温电缆探测器和点式感温探测器；其中缆式线型感温电缆探测器的中度报警阈值为80℃，重度报警阈值为105℃；在开关室以及二次设备室内的每座开关柜内布置智能温湿度探测器和离子感烟式探测器；其中度报警阈值分别为60℃和0.8微居里，重度报警阈值分别为85℃和1.6微居里。在电缆沟的每个防火分隔内分别布置缆式线型感温探测器和红外光束感烟探测器；其中度警示阈值分别为60℃和20mA，重度报警阈值分别为85℃和30mA。在GIS室内布置智能温湿度探测器和吸气感烟探测器；在电容器室、蓄电池室分别布置智能光电感烟探测器；在室外配电装置区配置红外感温探测器，从而使得变电站内火灾隐患处均在探测器的监控范围内，以实现无死角智能监测覆盖；若任意一只智能监测探头所监测的数据超过所设定的不同阈值，则表示异常情况发生，发出不同程度的报警信号后，变电站内将该区域的所有探测信号的相应数据按照采样周期上传至消防管理平台，并且探测信号的采集频率加大，每5-10分钟采集一次信号。否则，正常情况下，各个智能监测探头将所采集的数据保存在本地变电站的控制中心；监测器信号采集频率为每10-20分钟采集一次信号。

表1基于泛在物联网的户外变电站火灾监测方法

以户内变电站为例，户内变电站的主变压器布置在户内，这种变电站的无水消防系统布置如表2所示，包括：主变压器上布置缆式线型感温，其黄色警示阈值为80℃，红色报警阈值为105℃；开关室和二次设备室的每个开关柜内布置智能温湿度探测器和离子感烟式探测器，其中度警示阈值分别为60℃和0.8微居里，重度报警阈值分别为85℃和1.6微居里。电缆沟每个防火分隔内均布置缆式线型感温电缆和红外光束感烟探测器，其中度警示阈值分别为60℃和20mA，重度报警阈值分别为85℃和30mA。GIS室、电容器室和蓄电池室内布置1-4只智能光电感烟探测器，其中度报警阈值和重度报警阈值分别为2.5％OBS/M和5％OBS/M。正常情况下，各探测器监测的数据上传并保存在本变电站消防控制中心，监测器信号采集频率为每10-20分钟采集一次信号。异常时，变电站内该区域的探测信号上传至消防管理平台，并且探测信号的采集频率加大，每5-10分钟采集一次信号。

表2基于泛在物联网的户内变电站火灾监测方法

初期火灾的智能排除及灭火模块，包括：载超细干粉的巡检机器人和无人机消防炮；以户外变电站为例，如图1所示，每个变电站配置1-2台搭载超细干粉的巡检机器人和1-2台无人机消防炮。以户内变电站为例，每个变电站配置1-2台搭载超细干粉的巡检机器人即可。

巡检机器人用于站内地面固体火灾的巡检及排查，无人机消防炮用于户外变电站的配电装置区和主变压器的高处火灾巡检及排查；

当巡检机器人或无人机消防炮的红外探头检测到配电装置区的高压线接头、主变压器高压套管接头的表面温度或开关柜电缆温度达到所设定的阈值，例如达到80℃或开关柜电缆温度达到60℃时，则向电力消防管理平台发出报警信号，并向消防管理平台发送现场视频摄像，使得消防管理平台在确认有火灾隐患时，控制巡检机器人喷射超细干粉，或无人机消防炮对火灾初期进行扑灭；

如图2所示，消防管理平台获取物联网监测模块中各个智能监测探头的地理位置和探头种类，并设置前三级预警和第四级灭火；

前三级预警为：变电站内任意一只探测器发出中度报警信号时，则表示为一级预警，消防管理平台提高相应区域内的所有检测器信号的采样频率用于获取相应的监测数据；

任意两只探测器发出中度预警信号且监测数据呈上升趋势时，则表示为二级预警，消防管理平台向巡检机器人或无人机消防炮发送勘察指令，并将现场的直播视频上传至消防管理平台；

任意一只探测器发出重度报警信号时，则表示为三级预警，消防管理平台发送准启动指令给相应区域的无水自动灭火模块进行待命，同时，发送火灾预警信息至相应变电站的负责人；

任意两只探测器发出重度报警信号时，则表示为四级灭火，消防管理平台自动发送启动指令给相应区域的无水自动灭火模块进行灭火，同时拨打变电站所属地的火警电话，将变电站内的火灾信息发送至当地消防局；

无水自动灭火模块包括：荷电泡沫喷雾自动灭火单元，固定干粉自动灭火单元，气体自动灭火单元、探火管自动灭火单元和超细干粉自动灭火单元；

在户外变电站主变压器周围设置荷电泡沫喷雾自动灭火单元或超细干粉自动灭火单元；

在户内变电站主变压器周围设置荷电泡沫喷雾自动灭火单元、超细干粉自动灭火、或气体自动灭火单元；

在配电装置室和二次设备室的开关柜的控制屏内设置探火管自动灭火单元或超细干粉自动灭火单元；

在电缆沟内设置超细干粉自动灭火单元或气体自动灭火单元。

以户外变电站为例，户外站变电站，其主变压器布置在室外，考虑风吹雨雪等自然天气影响，主变压器自动灭火单元采用荷电泡沫喷雾自动灭火单元或水喷雾自动灭火单元。户外站的开关柜主要分布于配电装置室和二次设备室内，根据控制柜的火灾特点，开关柜的消防灭火设施选用探火管自动灭火单元或超细干粉自动灭火单元。

户外站的电缆沟分为户内电缆沟和户外电缆沟两部分，其中户内电缆沟主要分布于配电装置室和二次设备室，户外电缆沟主要分布于主变压器和电容器区域。根据电缆沟内的电缆着火特点，每个电缆沟防火分隔内配置足量的超细干粉自动灭火单元或气体自动灭火单元。

以户内变电站为例，户内站变电站主变压器和电容器均布置在户内，不易受自然天气的影响，主变压器自动灭火单位采用可采用气体自动灭火单元，荷电泡沫喷雾自动灭火单元，超细干粉自动灭火单元。户内站的开关柜主要分布于配电装置室和二次设备室内。根据控制柜的火灾特点，开关柜的消防灭火设施选用探火管自动灭火单元或超细干粉自动灭火单元。户内电缆沟主要分布于配电装置室，二次设备室，电容器室和主变压器室。根据电缆沟内的电缆着火特点，在每个电缆沟防火分隔内配置足量的超细干粉自动灭火单元或气体自动灭火单元。

Claims (1)

1.一种基于泛在物联网技术的变电站无水消防系统，其特征包括：火灾隐患点的物联网监测模块、初期火灾的智能排除及灭火模块、电力消防管理平台、无水自动灭火模块；

所述火灾隐患点的物联网监测模块设置在变电站的主变压器、开关柜及控制屏、配电装置区以及电缆沟，包括：在所述主变压器的表面布置线式感温电缆探测器和点式感温探测器；在所述开关柜室以及二次设备室内的每座开关柜和控制屏柜内布置智能温湿度探测器和离子感烟式探测器；在所述电缆沟的每个防火分隔内分别布置缆式线型感温探测器和红外光束感烟探测器；在GIS室内布置智能温湿度探测器和吸气感烟探测器；在电容器室、蓄电池室分别布置智能光电感烟探测器；在室外配电装置区配置红外感温探测器，从而使得变电站内火灾隐患处均在探测器的监控范围内，以实现无死角智能监测覆盖；若任意一只智能监测探头所监测的数据超过所设定的不同阈值，则发出不同程度的报警信号后，将相应数据按照采样周期上传至所述电力消防管理平台；否则，各个智能监测探头将所采集的数据保存在本地变电站的控制中心；

所述初期火灾的智能排除及灭火模块包括：载超细干粉的巡检机器人和无人机消防炮；

所述巡检机器人用于站内地面固体火灾的巡检及排查，所述无人机消防炮用于户外变电站的配电装置区和主变压器的高处火灾巡检及排查；

当巡检机器人或无人机消防炮的红外探头检测到配电装置区的高压线接头、主变压器高压套管接头的表面温度达到所设定的阈值，则向电力消防管理平台发出报警信号，并向消防管理平台发送现场视频摄像，使得消防管理平台在确认有火灾隐患时，控制巡检机器人喷射超细干粉，或无人机消防炮对火灾初期进行扑灭；

所述消防管理平台获取所述物联网监测模块中各个智能监测探头的地理位置和探头种类，并设置前三级预警和第四级灭火；

所述前三级预警包括：任意一只探测器发出中度报警信号时，则表示为一级预警，所述消防管理平台提高相应区域内的所有检测器信号的采样频率用于获取相应的监测数据；

任意两只探测器发出中度预警信号且监测数据呈上升趋势时，则表示为二级预警，所述消防管理平台向巡检机器人或无人机消防炮发送勘察指令，并将现场的直播视频上传至消防管理平台；

任意一只探测器发出重度报警信号时，则表示为三级预警，所述消防管理平台发送准启动指令给相应区域的无水自动灭火模块进行待命，同时，发送火灾预警信息至相应变电站的负责人；

任意两只探测器发出重度报警信号时，则表示为四级灭火，所述消防管理平台自动发送启动指令给相应区域的无水自动灭火模块进行灭火，同时拨打变电站所属地的火警电话，将变电站内的火灾信息发送至当地消防局；

所述无水自动灭火模块包括：荷电泡沫喷雾自动灭火单元，固定干粉自动灭火单元，气体自动灭火单元、探火管自动灭火单元和超细干粉自动灭火单元；

在户外变电站主变压器周围设置荷电泡沫喷雾自动灭火单元或超细干粉自动灭火；

在户内变电站主变压器周围设置荷电泡沫喷雾自动灭火单元、超细干粉自动灭火、或气体自动灭火单元；

在配电装置室的开关柜和二次设备室的控制屏内设置探火管自动灭火单元或超细干粉自动灭火单元；

在电缆沟内设置超细干粉自动灭火单元或气体自动灭火单元。

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