CN111672040A - 一种电气柜的火灾监控与灭火系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电气柜的火灾监控与灭火系统，包含：火灾探测系统，用于探测电气柜内的火灾信息；灭火报警控制器，接收火灾探测系统发送的火灾信息；灭火装置，其包含气溶胶灭火装置和报警器，通过接收灭火报警控制器根据火灾信息发出的控制信号，分别进行灭火和报警；主控系统，接收灭火报警控制器发送的电气柜内的环境信息和报警信息，并通知相关人员进行报警。本发明使用感烟传感器、感温传感器、火焰探测器和感温电缆对电气柜内火灾进行探测，采用S型气溶胶自动灭火装置，具备化学和物理两种灭火方式的优点，灭火效能高，低毒，装置小巧，对环境无污染等优点，且只需常压储存，施工维护简单。

Description

一种电气柜的火灾监控与灭火系统

技术领域

本发明涉及电气火灾消防领域，特别涉及一种电气柜的火灾监控与灭火系统。

背景技术

煤矿生产对供电系统的安全性和可靠性非常的高，一旦电气柜或供电电缆发生火灾时，对井下的人员或设备造成极大的安全隐患，不可避免地发生财产损失或人员伤亡等大型事故，因此，灭火系统的要求非常高。

矿用变电站主要包含变电站和电缆沟两部分，而目前主要采用水喷雾灭火系统、传统气体灭火系统和移动式灭火系统等，这些灭火系统都无法满足灭火室和电缆室的灭火等要求，并且矿用变电站的变电室是由变压器和各种开关柜组成，变电室发生火灾通常是由单个设备引起的，传统灭火装置只能进行区域灭火，若发生火灾，开启灭火系统后，灭火剂喷放会覆盖没有着火的设备，从而影响设备的二次使用。

目前的气体灭火系统主要由化学气体和惰性气体组成，而应用到电气火灾气体消防领域的是气溶胶灭火系统、七氟丙烷灭火系统、IG541惰性气体灭火系统以及最早的CO₂灭火系统等，电气柜中则有火探管干粉等灭火装置。其中，七氟丙烷灭火系统采用化学抑制灭火原理，它无色无味，对电器无二次损害，储存压力低并且可快速灭火。IG541惰性气体灭火系统采用窒息机理灭火原理，属于物理灭火，它具备无毒对环境无害的优点。CO₂灭火装置是物理灭火原理，对设备无二次损害，灭火快，无残留。

上述现有的灭火装置以及应用到其中的技术都存在一些弊端，例如，七氟丙烷具有低毒性和腐蚀性；IG541需要高压气瓶储存，占地面积大而且施工复杂；而二氧化碳属于温室气体，对环境有一定的不良影响，并且具有低毒性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电气柜的火灾监控与灭火系统，联合使用感烟传感器、感温传感器、火焰探测器和感温电缆对电气柜内火灾进行探测，同时采用S型气溶胶自动灭火装置，具备化学和物理两种灭火方式的优点，灭火效能高，低毒，装置小巧，对环境无污染等优点，且只需常压储存，施工维护简单，能够有效解决目前传统灭火装置产生的弊端。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种电气柜的火灾监控与灭火系统，包含：火灾探测系统，用于探测所述电气柜内的火灾信息；灭火报警控制器，接收所述火灾探测系统发送的火灾信息；灭火装置，其包含气溶胶灭火装置和报警器，通过接收所述灭火报警控制器根据所述火灾信息发出的控制信号，分别进行灭火和报警；主控系统，接收所述灭火报警控制器发送的电气柜内的环境信息和报警信息，并通知相关人员进行报警

可选的，所述火灾探测系统位于所述电气柜的内部，所述火灾探测系统包含以下的一种或多种：感烟传感器，用于所述电气柜内的实时烟雾浓度检测；感温传感器，用于所述电气柜内的实时温度检测；火焰探测器，用于所述电气柜内的实时火焰检测；感温电缆，其是响应一连续线路周围温度参数的火灾探测器。

可选的，所述感温电缆包含敏感部件以及分别与其相连接的信号处理单元与接续部件，敏感部件的一端与接续部件连接，另一端与信号处理单元连接，信号处理单元通过输入模块实现与所述灭火报警控制器的连接；所述感温电缆包含的敏感部件是两根弹性钢丝，每根钢丝外面包有一层感温且绝缘的材料，当钢丝的周边环境温度上升到预定动作温度时，感温电缆的敏感部件的材料破裂，两根钢丝会产生短路，所述输入模块检查到短路信号并传送给所述灭火报警控制器。

可选的，所述灭火报警控制器分别与所述感烟传感器、所述感温传感器和所述火焰探测器中的一种或多种进行连接，对应接收所述感烟传感器发送的电气柜内的烟雾浓度数据、所述感温传感器发送的电气柜内的温度数据以及所述火焰探测器发送的电气柜内的火焰信号。

可选的，所述气溶胶灭火装置为S型气溶胶灭火装置，所述报警器为声光报警器；S型气溶胶灭火装置与紧急启停装置连接，用于在人为发现火灾时手动启动所述紧急启停装置，以启动所述S型气溶胶灭火装置实现灭火；所述S型气溶胶灭火装置还与指示灯连接，用于显示整个S型气溶胶灭火装置是否正常。

可选的，所述灭火报警控制器包含信息处理控制模块、显示模块和数据通信模块；所述信息处理控制模块的信号接收端分别连接所述感烟传感器、所述感温传感器、所述火焰探测器、与感温电缆配合的输入模块中的一种或多种；所述信息处理控制模块的信号输出端分别连接所述数据通信模块、所述显示模块和所述灭火报警控制器；所述信息处理控制模块通过信号接收端分别接收所述感烟传感器实时监测的烟雾浓度数据、所述感温传感器实时监测的电气柜内的温度、所述火焰探测器实时监测的火焰信号，以及所述输入模块实时监测的感温电缆的短路信号。

可选的，当感温传感器探测的温度高于预设的温度阈值，感烟传感器探测的烟雾浓度高于预设的烟雾阈值，火焰探测器探测到的火焰信号满足设定范围内的红外、紫外辐射波长，且输入模块检查到感温电缆的短路信号时，则信息处理控制模块通过信号输出端发送控制信号，控制启动气溶胶灭火装置进行灭火，及控制报警器进行火灾报警，还控制显示模块显示电气柜内的实时环境信息，同时控制数据通信模块将电气柜内的环境信息、报警信息上传至主控系统。

可选的，所述火灾探测系统将检测到的火灾发生位置发送至所述灭火报警控制器，并将其上传至所述主控系统；所述主控系统设置在主控室，客户端与所述主控系统连接，通过访问所述主控系统获取环境信息、报警信息，实时地对获取的信息进行可视化。

可选的，当感温传感器探测的温度高于预设的温度阈值，感烟传感器探测的烟雾浓度高于预设的烟雾阈值，火焰探测器探测到的火焰信号未满足设定范围内的火灾红外、紫外辐射波长，且输入模块检查到感温电缆的短路信号中发生一种，则所述火灾探测系统将探测到的信息发送给所述灭火报警控制器，由所述灭火报警控制器进行该信息与设定条件的比较判断，所述灭火报警控制器发送电气柜内的环境信息和判断结果给所述主控系统，并对获取的信息进行可视化以示报警，相关人员确认现场是否发生火灾。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：(1)本发明采用S型气溶胶自动灭火装置，特别适用矿用变电站；当矿用变电站的电气柜发生火灾时，可针对性地进行单个设备的灭火，不会对其他设备造成影响；(2)本发明的灭火装置是自发电启动方式，无需外接电源，安装简单，可应对因变电站内开关柜是高压柜而柜内启动电源困难而产生的问题；(3)本发明能够弥补传统灭火装置所产生一些弊端，例如七氟丙烷的腐蚀性、IG541的储存和施工难题以及以二氧化碳的环境污染等问题；(4)矿用变电站的电缆沟属于无人值守空间，本发明是能够快速响应的灭火系统，本发明能在发生火情的第一时间将报警信息推送给相关人员，解决了无人值守空间发生火情时人员无法第一时间响应的问题。

附图说明

图1为本发明的火灾监控与灭火系统的组成示意图；

图2为本发明的火灾监控与灭火的工作流程示意图；

图3为本发明的防火分区设备配置单示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图2结合所示，本发明提供了一种电气柜的火灾监控与灭火系统100，包含火灾探测系统1、主控系统2、灭火报警控制器3和灭火装置4。其中，火灾探测系统1用于探测电气柜内发生火灾的信息，将探测得到的火灾信息发送到灭火报警控制器3，灭火报警控制器3根据接收到的信息相应地发出控制命令，控制启动灭火装置4进行灭火及发出报警声，并将电气柜内的环境信息、报警信息上传至主控系统2。主控系统2能够通过通信模块和物联网技术以短信方式等向管理人员及有关部门人员报警。本发明能够快速有效地实现灭火、火灾报警以及火灾定位。

如图1所示，火灾探测系统1包含感烟传感器、感温传感器、火焰探测器和感温电缆中的一种或多种，所述感烟传感器、感温传感器、火焰探测器和感温电缆均位于电气柜的内部，下述以火灾探测系统1包含四种为例进行说明。感烟传感器用于电气柜内的实时烟雾浓度检测；感温传感器用于电气柜内的实时温度检测；火灾初期开始火焰燃烧表现出特有的特征，即火焰中含有肉眼无法辨别的不同波长的紫外线和红外线，则火焰探测器可用来检测火焰信号，即火灾初期肉眼无法辨别的不同波长的紫外线和红外线。感温电缆也称线型感温火灾探测器，其是响应某一连续线路周围温度参数的火灾探测器，将温度值信号或是温度单位时间内变化量信号，转换为电信号以达到探测火灾并输出报警信号。

灭火报警控制器3分别与感烟传感器、感温传感器和火焰探测器连接，分别接收感烟传感器发送的电气柜内的烟雾浓度数据、感温传感器发送的电气柜内的温度数据以及火焰探测器发送的电气柜内的火焰信号。示例地，感烟传感器内部采用离子式烟雾传感，感温传感器利用热敏元件来探测火灾。

本实施例中的感温电缆包含敏感部件以及分别与其相连接的信号处理单元与接续部件(终端盒)，敏感部件的一端与接续部件连接，另一端与信号处理单元连接，信号处理单元通过输入模块实现与灭火报警控制器3的连接。示例地，感温电缆包含的敏感部件是两根弹性钢丝，每根钢丝外面包有一层感温且绝缘的材料，在正常监视状态下，两根弹性钢丝处于绝缘状态，当周边环境温度上升到预定动作温度时，感温电缆的温度敏感材料破裂，这两根钢丝会产生短路，输入模块检查到短路信号后并将短路信号发送给灭火报警控制器。

本实施例中的火灾监控与灭火系统的灭火装置4包含S型气溶胶灭火装置、紧急启停装置、指示灯和声光报警器。灭火装置4通过接收来自灭火报警控制器3的控制信号来控制S型气溶胶灭火装置进行灭火的启动和停止。其中，S型气溶胶灭火装置用于在发生火灾时进行气溶胶喷射灭火，例如通过火灾探测系统1自动探测到发生火灾时由灭火报警控制器3控制启动灭火或者，通过人为发现发生火灾时手动启动紧急启停装置进行灭火。具体地，紧急启停装置与S型气溶胶灭火装置连接，用于在人为发现发生火灾时手动启动S型气溶胶灭火装置，以实现灭火。指示灯与S型气溶胶灭火装置连接，用于显示整个S型气溶胶灭火装置是否正常。声光报警器与灭火报警控制器3连接，用于在发生火灾需要灭火时，由灭火报警控制器3控制进行启动，以实现对人们发出警报。

本实施例中的S型气溶胶自动灭火装置是新型的绿色环保气体灭火装置，它具有灭火效率高、灭火速度快、启动方式多样、体积小巧等特点，既可局部应用又可实现全淹没灭火，特别适合用于电气设备防火的灭火介质，能够解决传统的灭火装置所产生一些问题，并且本实施例将气溶胶灭火装置和物联网相结合能够解决矿用变电站火灾防护的几大难题：对无人值守空间可以做到第一时间发现火灾，保证能第一时间进行灭火，各空间分单元控制，单独启用，有效降低使用和后期维护成本；S型气溶胶自动灭火装置喷放后对设备无二次损害，减少灭火介质对设备的影响。既能满足火灾防护的需求又能降低成本减少人员负担。

一个示例中，灭火报警控制器3包含信息处理控制模块、显示模块和数据通信模块。信息处理控制模块的信号接收端分别连接火灾探测系统1中的感烟传感器、感温传感器和火焰探测器，信息处理控制模块的信号输出端分别连接数据通信模块、显示模块和灭火报警控制器3，如图1所示。其中，信息处理控制模块通过信号接收端接收感烟传感器、感温传感器、火焰探测器实时监测的电气柜内的烟雾浓度数据、电气柜内的温度、以及电气柜内的火焰信号，还可接收与感温电缆配合的输入模块检测的短路信号，并持续判断温度、烟雾浓度、火焰信号以及检测的短路信号的变化。

如图2所示，若发生以下情况(一)时：感温传感器探测的温度高于预设的温度阈值，感烟传感器探测的烟雾浓度高于预设的烟雾阈值，火焰探测器探测到的火焰信号满足特定范围内的火灾红外、紫外辐射波长，并且输入模块检查到感温电缆的短路信号，表明此时电气柜内发生火灾，则信息处理控制模块通过信号输出端发送控制命令，控制启动灭火装置的气溶胶灭火装置进行灭火(例如自动开启经过30s喷射灭火剂)，以及控制声光报警器进行火灾报警，还可控制显示模块显示电气柜内的实时环境信息，同时也能控制数据通信模块将电气柜内的环境信息、报警信息上传至主控系统2；火灾探测系统1还可将检测到的火灾发生位置发送至灭火报警控制器3，并使得将其上传至主控系统2。同时，管理人员及有关部门人员能够通过PC客户端或手机短信接收到火灾报警提醒，确定起火位置。示例地，主控系统2设置在主控室，而且PC客户端与主控系统4连接，通过访问主控系统4获取环境信息、报警信息，实时地对获取的信息进行可视化；当产生报警信号时，PC客户端能够进行弹窗报警，精准快速定位火灾位置。其中，在用户界面上可呈现的信息包含：电气柜内的温度变化曲线、烟雾浓度变化曲线、报警信息、功能控制按钮以及电气柜的编号和位置信息等。另外，PC客户端界面上的功能控制按钮可对电气柜内的灭火报警控制器的参数进行设置，设置命令并通过数据通信模块反馈给信息处理控制模块。

如图2所示，若发生以下情况(二)时：感温传感器探测的温度高于预设的温度阈值，感烟传感器探测的烟雾浓度高于预设的烟雾阈值，火焰探测器探测到的火焰信号满足特定范围内的火灾红外、紫外辐射波长，并且输入模块检查到感温电缆的短路信号中仅发生一种，此时是光、烟、温单一触发，例如，感温传感器探测的温度高于预设的温度阈值时达到触发条件，而其他信息未达到触发条件，该火灾探测系统将探测到的这些信息发送给灭火报警控制器后，由灭火报警控制器进行上述信息与设定条件的比较判断，若感温传感器探测的温度高于预设的温度阈值，而感烟传感器探测的烟雾浓度低于预设的烟雾阈值，火焰探测器探测到的火焰信号未满足特定范围内的火灾红外、紫外辐射波长，并且输入模块未检查到感温电缆的短路信号，这时候直接说明电气柜内部温度过高，灭火报警控制器中的信息处理控制模块通过信号输出端发送电气柜内的环境信息和判断结果，主控系统2接收到电气柜内的环境信息和和判断结果并在用户界面上呈现以示报警，同时需要确认现场是否发生火灾，若未发生火灾，不需要启动灭火装置进行灭火，只需要采用一些降温措施即可，若发生火灾，则启动灭火装置进行灭火(例如自动开启经过30s喷射灭火剂)。上述单一触发示例不仅限于是感温传感器探测的温度进行触发，还可以是烟传感器探测的烟雾浓度触发、火焰探测器探测到的火焰信号触发、输入模块检查到感温电缆的短路信号触发中的任意一种，具体原理同上所述，本发明在此不再做赘述。

如图2所示，本实施例中的火灾监控与灭火系统采用S型气溶胶自动灭火装置的工作方法，包含自动模式和手动模式，自动模式用于日常火灾防护，手动模式主要用于设备维护维修。其中，火灾监控与灭火系统若处于自动状态时，探测火灾情报，当光烟温单一触发时，具体过程参照上述情况(二)的内容。若光烟温全部触发，具体过程参照上述情况(一)的内容。另外，若火灾监控与灭火系统处于手动状态，通过手动触发紧急启停装置，则会立刻开启灭火装置，并经过30s自动喷射灭火剂。

为了验证采用S型气溶胶自动灭火装置的电气柜的火灾监控与灭火系统在矿洞变电站的运行效果，在实验室选取一段模拟电缆沟和小型配电箱2个场景进行了模拟实验，如图3所示的防火分区设备配置单。

在模拟的感烟感光和火焰信号中，报警系统都在1s内进行相应，在模拟电缆沟火情的实验中，在搭建的模拟电缆沟中点燃电缆绝缘层材料，感烟传感器在5s内发出报警信号，随后在感温和火焰传感器发出报警信号后，系统延时30s发出灭火剂喷放信号，灭火剂在14s内喷放完毕，将火焰熄灭。

通过上述试验能够验证S型气溶胶自动灭火装置能够有效地应对矿内变电站可能发生的火情。实际的应用则以大型煤矿35kV降压站为例，根据《气体灭火系统设计规范》气溶胶灭火装置的灭火计量按照以下公式计算：

W＝C₂·K_v·V

式中，W为灭火设计用量(kg)；C₂为灭火设计密度(kg/m³)；V为防护区净容积(m³)；K_v为容积修正系数；例如，C₂取0.130kg/m³，V取防护区体积(m³)；K_v取1。以6kv电缆沟为例：W＝0.130×1×500＝65(kg)。

当某个区域检测到光、温、烟单类或两类信号触发时分区和主控室就会发出警报，并在监控屏幕上显示出发出警报的位置，单个区域烟、温、光三种同时触发，系统会发出报警信号，并在30s后在发出警报的位置进行灭火处理，并同时以信息的方式发给相关人员。

综上所述，本发明的一种电气柜的火灾监控与灭火系统，联合使用感烟传感器、感温传感器、火焰探测器和感温电缆对电气柜内火灾进行探测，同时采用S型气溶胶自动灭火装置，具备化学和物理两种灭火方式的优点，灭火效能高，低毒，装置小巧，对环境无污染等优点，且只需常压储存，施工维护简单，能够有效解决目前传统灭火装置产生的弊端。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种电气柜的火灾监控与灭火系统，其特征在于，包含：

火灾探测系统，用于探测所述电气柜内的火灾信息；

灭火报警控制器，接收所述火灾探测系统发送的火灾信息；

灭火装置，包含气溶胶灭火装置和报警器，通过接收所述灭火报警控制器根据所述火灾信息所发出的控制信号，分别进行灭火和报警；

主控系统，接收所述灭火报警控制器发送的电气柜内的环境信息和报警信息，并通知相关人员进行报警。

2.如权利要求1所述的火灾监控与灭火系统，其特征在于，

所述火灾探测系统位于所述电气柜的内部，所述火灾探测系统包含以下的一种或多种：

感烟传感器，用于所述电气柜内的实时烟雾浓度检测；

感温传感器，用于所述电气柜内的实时温度检测；

火焰探测器，用于所述电气柜内的实时火焰检测；

感温电缆，其是响应一连续线路周围温度参数的火灾探测器。

3.如权利要求2所述的火灾监控与灭火系统，其特征在于，

所述感温电缆包含敏感部件以及分别与其相连接的信号处理单元与接续部件，敏感部件的一端与接续部件连接，另一端与信号处理单元连接，信号处理单元通过输入模块实现与所述灭火报警控制器的连接；

所述感温电缆包含的敏感部件是两根弹性钢丝，每根钢丝外面包有一层感温且绝缘的材料，当钢丝的周边环境温度上升到预定动作温度时，感温电缆的敏感部件的材料破裂，两根钢丝会产生短路，所述输入模块检查到短路信号并传送给所述灭火报警控制器。

4.如权利要求3所述的火灾监控与灭火系统，其特征在于，

所述灭火报警控制器分别与所述感烟传感器、所述感温传感器和所述火焰探测器中的一种或多种进行连接，对应接收所述感烟传感器发送的电气柜内的烟雾浓度数据、所述感温传感器发送的电气柜内的温度数据以及所述火焰探测器发送的电气柜内的火焰信号。

5.如权利要求1所述的火灾监控与灭火系统，其特征在于，

所述气溶胶灭火装置为S型气溶胶灭火装置，所述报警器为声光报警器；S型气溶胶灭火装置与紧急启停装置连接，用于在人为发现火灾时手动启动所述紧急启停装置，以启动所述S型气溶胶灭火装置实现灭火；

所述S型气溶胶灭火装置还与指示灯连接，用于显示整个S型气溶胶灭火装置是否正常。

6.如权利要求3所述的火灾监控与灭火系统，其特征在于，

所述灭火报警控制器包含信息处理控制模块、显示模块和数据通信模块；所述信息处理控制模块的信号接收端分别连接所述感烟传感器、所述感温传感器、所述火焰探测器、与感温电缆配合的输入模块中的一种或多种；所述信息处理控制模块的信号输出端分别连接所述数据通信模块、所述显示模块和所述灭火报警控制器；

所述信息处理控制模块通过信号接收端分别接收所述感烟传感器实时监测的烟雾浓度数据、所述感温传感器实时监测的电气柜内的温度、所述火焰探测器实时监测的火焰信号，以及所述输入模块实时监测的感温电缆的短路信号。

7.如权利要求6所述的火灾监控与灭火系统，其特征在于，

当感温传感器探测的温度高于预设的温度阈值，感烟传感器探测的烟雾浓度高于预设的烟雾阈值，火焰探测器探测到的火焰信号满足设定范围内的红外、紫外辐射波长，且输入模块检查到感温电缆的短路信号时，信息处理控制模块通过信号输出端发送控制信号，控制启动气溶胶灭火装置进行灭火，及控制报警器进行火灾报警，还控制显示模块显示电气柜内的实时环境信息，同时控制数据通信模块将电气柜内的环境信息、报警信息上传至主控系统。

8.如权利要求7所述的火灾监控与灭火系统，其特征在于，

所述火灾探测系统将检测到的火灾发生位置发送至所述灭火报警控制器，并将其上传至所述主控系统；

所述主控系统设置在主控室，客户端与所述主控系统连接，通过访问所述主控系统获取环境信息、报警信息，实时地对获取的信息进行可视化。

9.如权利要求1所述的电气柜的火灾监控与灭火系统，其特征在于，当感温传感器探测的温度高于预设的温度阈值，感烟传感器探测的烟雾浓度高于预设的烟雾阈值，火焰探测器探测到的火焰信号未满足设定范围内的火灾红外、紫外辐射波长，且输入模块检查到感温电缆的短路信号中发生任意一种时，所述火灾探测系统将探测到的信息发送给所述灭火报警控制器，由所述灭火报警控制器进行该信息与设定条件的比较判断，所述灭火报警控制器发送电气柜内的环境信息和判断结果给所述主控系统，并对获取的信息进行可视化以示报警，相关人员确认现场是否发生火灾。

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