CN114399881B - 一种早期火灾识别方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种早期火灾识别方法及系统，包括：获取火灾检测空间的环境空气；对环境空气中的热解粒子采用云雾室探测方法进行直径的均一化处理后，根据云雾室的云密度得到热解粒子的第一浓度；对均一化处理后的热解粒子进行光散射处理后，得到热解粒子的第二浓度；根据第一浓度和第二浓度得到热解粒子的实际浓度；根据热解粒子的实际浓度进行早期火灾的识别。基于云雾室先期探测和光学散射室次级探测相结合的方式进行早期火灾识别，将云雾室探测的热解粒子浓度数据和散射室探测的热解粒子浓度数据进行混合数值数学算法的拟合，获得准确的现场早期火灾风险识别结果。

Description

一种早期火灾识别方法及系统

技术领域

本发明涉及火灾监控技术领域，特别是涉及一种早期火灾识别方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

输变电设备相对封闭空间，如主变压器室、电缆廊道、开关柜等区域的火灾具有隐蔽性、突发性特点，一旦发生难以救援。而电力设备在火灾超前期会产生大量不可见的热解粒子，这种粒子是物质受热且超过耐热极限时所产生的电微粒，如绝缘材料过热释放的粒子、电弧所释放的粒子等。由于该粒子直径非常小，最小约至2纳米，传统感烟、感温探测器无法识别，当该种探测器发出报警时，火灾已经发展到浓烟或明火阶段，报警滞后，错过火灾最佳救援时机。

常规消防技术措施(如烟感、温感、火焰探测等)更侧重于中期、后期的防火，对电力设备的超前期火灾风险难以有效识别，而且常存在大量误报。在输变电设备相对封闭空间内的超前期火灾感知识别存在较大难度，且这些区域的火灾时有发生，给电力设备运行带来比较大的损失和影响。

目前对于输变电设备相对封闭空间的火灾探测采取的传统措施包括烟感、温感探测；测温光缆、测温传感器监测、热成像监测；普通吸气式烟雾探测等，但这些措施存在的问题是：

(1)烟感、温感探测器多适用于火灾发生的中后期，当浓烟雾、火焰产生，并扩散到探测器位置时才能识别，识别精度和效率低，报警滞后，且常存在大量误报；传统烟感采用“光遮蔽、光散射原理”，其对烟雾的遮光灵敏度仅为3％～5％obs/m，只能感知浓烟、明火，对早期火灾产生的不可见热解粒子无法有效识别。

(2)传统测温设备受到布设范围的限制，不能全区域覆盖，无法进行大范围监测，且测温探头、测温光缆的多点布设、多点连接，容易导致故障率高，维护难度大。

(3)局部区域采用的普通吸气式烟雾探测方式，虽然也采用了管网采样方式，但仍然采用“光遮蔽、光散射原理”，无法对电力设备早期火灾微粒子有效感知，且常存在大量误报，实际应用效果受到很大限制，且在实际应用中，往往布设于大空间，较少应用于狭窄、封闭的电缆沟道、开关柜等电力设备空间。

由此可见，现有技术措施无法对不可见的早期火灾热解粒子进行有效识别，报警相对滞后；且难以布设到狭小、封闭的空间，如电缆沟、电缆竖井、开关柜等；监测方式多为被动监测方式、效率低下，误报问题降低报警可信度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种早期火灾识别方法及系统，基于云雾室先期探测和光学散射室次级探测相结合的方式进行早期火灾识别，将云雾室探测的热解粒子浓度数据和散射室探测的热解粒子浓度数据进行混合数值数学算法的拟合，获得准确的现场早期火灾风险识别结果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种早期火灾识别方法，包括：

获取火灾检测空间的环境空气；

对环境空气中的热解粒子采用云雾室探测方法进行直径的均一化处理后，根据云雾室的云密度得到热解粒子的第一浓度；

对均一化处理后的热解粒子进行光散射处理后，得到热解粒子的第二浓度；

根据第一浓度和第二浓度得到热解粒子的实际浓度；

根据热解粒子的实际浓度进行早期火灾的识别。

作为可选择的实施方式，在火灾检测空间内通过构建空气采样管网获取火灾检测空间的环境空气。

作为可选择的实施方式，所述空气采样管网的布设根据火灾检测空间的空间结构和火灾特征确定采样管的布设位置、采样孔的间距和孔径。

作为可选择的实施方式，得到热解粒子的第一浓度的过程包括，根据云雾室的云密度与热解粒子的浓度成正比的特性，得到热解粒子的第一浓度。

作为可选择的实施方式，所述直径的均一化处理包括，根据普适气体定律原理，将热解粒子均一化处理成直径为预设直径值的可见热解粒子。

作为可选择的实施方式，得到热解粒子的第二浓度的过程包括，对均一化处理后的可见热解粒子进行激光照射，根据被传感器探测到的光数量与热解粒子数量成比例的特性，得到热解粒子的第二浓度。

作为可选择的实施方式，根据第一浓度和第二浓度采用混合数值数学算法进行拟合，得到热解粒子的实际浓度。

作为可选择的实施方式，根据热解粒子的实际浓度得到热解粒子的变化规律，以此构建热解粒子变化规律的数据曲线，反映火灾变化，进行早期火灾的识别。

第二方面，本发明提供一种早期火灾识别系统，包括：空气采样管网、云雾室先期探测装置、散射室次级探测装置和控制终端；

所述空气采样管网根据火灾检测空间的空间结构和火灾特征布设在火灾检测空间内，以获取火灾检测空间的环境空气；

所述云雾室先期探测装置用于对环境空气中的热解粒子进行直径的均一化处理后，根据云雾室的云密度得到热解粒子的第一浓度；

所述散射室次级探测装置用于对均一化处理后的热解粒子进行光散射处理后，得到热解粒子的第二浓度；

所述控制终端用于根据第一浓度和第二浓度得到热解粒子的实际浓度，并根据热解粒子的实际浓度进行早期火灾的识别。

作为可选择的实施方式，所述空气采样管网、云雾室先期探测装置、散射室次级探测装置和控制终端依次连接，根据火灾检测空间的空间结构和火灾特征确定采样管的布设位置、采样孔的间距和孔径，并将获取的环境空气传输至云雾室先期探测装置，云雾室先期探测装置将均一化处理后的热解粒子传输至散射室次级探测装置，云雾室先期探测装置和散射室次级探测装置将得到的热解粒子浓度传输至控制终端。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

针对输变电设备相对封闭空间内超前期(或早期)火灾特点及传统消防措施监控的局限性，本发明提供一种早期火灾识别方法及系统，基于云雾室先期探测技术和光学散射室次级探测技术相融合进行超前期火灾识别，通过将云雾室探测的微粒子数据和散射室探测的大颗粒数据进行混合数值数学算法，获得准确的现场早期火灾风险数据；并对该环境下的超前期火灾探测数据进行针对性分析，制定符合现场特点的超前期火灾监测预警机制，从而实现现场超前期火灾风险的高效、精确感知。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的早期火灾识别方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种早期火灾识别方法，适用于输变电设备相对封闭的空间，具体包括：

S1：获取火灾检测空间的环境空气；

S2：对环境空气中的热解粒子采用云雾室探测方法进行直径的均一化处理后，根据云雾室的云密度得到热解粒子的第一浓度；

S3：对均一化处理后的热解粒子进行光散射处理后，得到热解粒子的第二浓度；

S4：根据第一浓度和第二浓度得到热解粒子的实际浓度；

S5：根据热解粒子的实际浓度进行早期火灾的识别。

在本实施例中，所述步骤S1中，根据火灾检测空间的空间结构和火灾特征，在火灾检测空间内布设空气采样管网，建立空气环境采样和火灾感知网络，并通过空气采样管网获取火灾检测空间的环境空气。

优选地，空间结构包括现场空间结构和封闭形式；其中，所述现场空间结构包括形状、高度、面积和容积；所述封闭形式包括半封闭、全封闭、敞开式和通风条件。

优选地，所述输变电设备相对封闭空间包括主变压器室、电缆夹层、电缆沟道和高低压开关柜等，所述空气采样管网的布设具体包括：

对于大空间结构，如主变室、高压室等，根据空间周长、层高及电力设备空间布局，所布设的空气采样管网要覆盖所有电力设备；所以本实施例中，单根采样管布设长度限制在100米内，采样管布设于电力设备上方、侧上方，且距离设备0-1.5m，能够靠近设备且不影响设备维护，采样孔间距2-3m，孔径2.5mm。

对于狭长封闭空间，如电缆沟、电缆竖井、电缆廊道等，采样管沿电缆上方或侧上方布设，采样孔间距3-5m。

对于封闭的高低压开关柜，采用毛细管直接伸入柜体内部或柜顶空隙处，毛细管末端为直径2mm的采样孔，直接采集柜内气体。

优选地，所述火灾特征是针对电力设备的运行功能、火灾诱发因素及所处空间内的火灾特点；具体包括：

主变压器用于实现电压转换，其火灾风险其一是接触点电阻增大引起异常发热；另一个是本身绝缘损坏，发生内部短路，产生爆燃。在发生火灾风险时，所产生的热解粒子、油分子向上方、侧上方扩散，所以采样管网需要布置在变压器上方、侧上方。

电缆超前期火灾风险主要是由于过负荷、老化、接头电阻增大等带来的异常发热，致使绝缘层热分解，或接触点电弧，在狭窄的通道内，热解粒子扩散慢、浓度高，所以采样管网需贴近电缆上方布置。

在封闭的开关柜内，隔离刀闸、断路器、继电器、电容器等设备在分合流情况下，易产生静电火花，运行中接触电阻过高易产生导体过热，甚至接头材料熔化、滴落，内部电弧产生的电离粒子、绝缘材料的热分解粒子在柜体封闭空间内不易向外扩散，内部浓度高，由此，采样管需延伸至柜体内部或柜顶缝隙边缘，方能直接进行空气采样。

在本实施例中，在电力场所内采用有线网络确保数据传输的连续性、稳定性，用于数据采集及基础分析的探测设备布设于安全且便于操作的位置，如探测区门口或探测区外。

优选地，为检测热解粒子的浓度，设置热解粒子探测设备，所述热解粒子探测设备包括云雾室和光学散射室；本实施例针对电力设备火灾超前期热解粒子直径小、数量多且不可见的特点，利用CCD云雾室先期探测技术与SCD光学散射室次级探测技术相融合，精确识别空气中火灾热解粒子，发现早期火险征兆。

在所述步骤S2中，通过云雾室的探测技术对环境空气中的热解粒子进行均一化处理，根据普适气体定律原理，将热解粒子均一化处理成直径均匀，且可见的直径约为20微米的颗粒，根据云雾室的云密度与粒子数量成正比的特性，得到热解粒子的第一浓度值。

在所述步骤S3中，对均一化处理后的可见热解粒子，通过SCD光学散射室次级探测技术进行激光照射，光会被散射到各个方向，被高灵敏传感器探测到部分散射光，根据被探测的光的数量与热解粒子的数量成比例的特性，得到热解粒子的数量。

在所述步骤S4中，由于光学散射室对灰尘和烟雾的探测具有相同的灵敏度，所以本实施例采用混合探测技术，由于云雾室粒子探测不受灰尘影响，所以以云雾室探测技术为第一级探测，获取到微小的热解粒子数值；再利用散射室技术探测烟雾，以获取大颗粒数值；并将两种探测到的数值结果，经混合数值数学算法(CFS)进行拟合，得到最终的火灾粒子监测数值，作为火灾粒子判别的依据。采用混合探测方式，不仅能准确探测到超前期火情，同时可以有效降低误报率。

本实施例中的云雾室先期探测和散射室次级探测比普通点探测器灵敏高，且两级数据混合计算模式，相较于传统的单一探测模式，通过混合数值计算方式，获取真实准确的粒子数值，避免单一模式探测不准确的弊端，提高数据的精确性，可应用于输变电设备相对封闭空间内的超前期火灾感知。

在所述步骤S5中，根据热解粒子的实际浓度得到热解粒子的变化规律，建立适用于现场环境的预警机制，有效识别超前期火灾风险。

在实际探测中，环境监测数据以30秒一次的频率进行采集和存储，持续采集的时间序列数据客观记录了现场火灾风险的实际情况，所以根据热解粒子的实际浓度构建热解粒子的变化规律的数据曲线，直观反映火灾风险的变化。

在数据分析时，划分分析单元，以背景值作参照，进行数据曲线的范围、速率、斜率、波峰、频率、脉冲、趋势等分析，获取数据特征；

其中，数据曲线中持续升高的曲线代表热解粒子的不断增加，火灾风险不断加大；曲线中高点数据的持续代表热解粒子的产生与扩散相对平衡；持续降低的曲线代表热解粒子的减少或扩散加快；起伏变化的曲线代表热解粒子的间歇性产生，表明现场环境的不稳定性。

通过数据分析，获得现场火灾风险变化的基本规律，从而制定适合现场特点的超前期火灾预警机制，包括预警标准划分、预警条件设置、预警发布规则制定等，从而实现准确感知早期火险目的。

针对输变电设备相对封闭空间内超前期(或称早期)火灾特点及传统消防措施监控的局限性，本实施例提供一种基于云雾室先期探测技术和光学散射室次级探测技术相融合的超前期火灾识别方法，通过将云雾室探测的微粒子数据和散射室探测的大颗粒数据进行混合数值数学算法，获得准确的现场早期火灾风险数据；并对该环境下的超前期火灾探测数据进行针对性分析，制定符合现场特点的超前期火灾监测预警机制，从而实现现场超前期火灾风险的高效、精确感知。

在更多实施例中，基于上述早期火灾识别方法，提供一种早期火灾识别系统，包括：空气采样管网、云雾室先期探测装置和散射室次级探测装置和控制终端；

所述空气采样管网根据火灾检测空间的空间结构和火灾特征布设在火灾检测空间内，以获取火灾检测空间的环境空气；

所述云雾室先期探测装置用于对环境空气中的热解粒子进行直径的均一化处理后，根据云雾室的云密度得到热解粒子的第一浓度；

所述散射室次级探测装置用于对均一化处理后的热解粒子进行光散射处理后，得到热解粒子的第二浓度；

所述控制终端用于根据第一浓度和第二浓度得到热解粒子的实际浓度，并根据热解粒子的实际浓度进行早期火灾的识别。

所述空气采样管网、云雾室先期探测装置、散射室次级探测装置和控制终端依次连接，根据火灾检测空间的空间结构和火灾特征确定采样管的布设位置、采样孔的间距和孔径，并将获取的环境空气传输至云雾室先期探测装置，云雾室先期探测装置将均一化处理后的热解粒子传输至散射室次级探测装置，云雾室先期探测装置和散射室次级探测装置将得到的热解粒子浓度传输至控制终端。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种早期火灾识别方法，其特征在于，包括：

获取火灾检测空间的环境空气；

对环境空气中的热解粒子采用云雾室探测方法进行直径的均一化处理后，根据云雾室的云密度与热解粒子的浓度成正比的特性，得到热解粒子的第一浓度；

对均一化处理后的热解粒子进行光散射处理后，得到热解粒子的第二浓度；

根据第一浓度和第二浓度得到热解粒子的实际浓度；

根据热解粒子的实际浓度进行早期火灾的识别。

2.如权利要求1所述的一种早期火灾识别方法，其特征在于，在火灾检测空间内通过构建空气采样管网获取火灾检测空间的环境空气。

3.如权利要求2所述的一种早期火灾识别方法，其特征在于，所述空气采样管网的布设根据火灾检测空间的空间结构和火灾特征确定采样管的布设位置、采样孔的间距和孔径。

4.如权利要求1所述的一种早期火灾识别方法，其特征在于，所述直径的均一化处理包括，根据普适气体定律原理，将热解粒子均一化处理成直径为预设直径值的可见热解粒子。

5.如权利要求4所述的一种早期火灾识别方法，其特征在于，得到热解粒子的第二浓度的过程包括，对均一化处理后的可见热解粒子进行激光照射，根据被传感器探测到的光数量与热解粒子数量成比例的特性，得到热解粒子的第二浓度。

6.如权利要求1所述的一种早期火灾识别方法，其特征在于，根据第一浓度和第二浓度采用混合数值数学算法进行拟合，得到热解粒子的实际浓度。

7.如权利要求1所述的一种早期火灾识别方法，其特征在于，根据热解粒子的实际浓度得到热解粒子的变化规律，以此构建热解粒子变化规律的数据曲线，反映火灾变化，进行早期火灾的识别。

8.一种早期火灾识别系统，其特征在于，包括：空气采样管网、云雾室先期探测装置、散射室次级探测装置和控制终端；

所述空气采样管网根据火灾检测空间的空间结构和火灾特征布设在火灾检测空间内，以获取火灾检测空间的环境空气；

所述云雾室先期探测装置用于对环境空气中的热解粒子进行直径的均一化处理后，根据云雾室的云密度与热解粒子的浓度成正比的特性，得到热解粒子的第一浓度；

所述散射室次级探测装置用于对均一化处理后的热解粒子进行光散射处理后，得到热解粒子的第二浓度；

所述控制终端用于根据第一浓度和第二浓度得到热解粒子的实际浓度，并根据热解粒子的实际浓度进行早期火灾的识别。

9.如权利要求8所述的一种早期火灾识别系统，其特征在于，所述空气采样管网、云雾室先期探测装置、散射室次级探测装置和控制终端依次连接，根据火灾检测空间的空间结构和火灾特征确定采样管的布设位置、采样孔的间距和孔径，并将获取的环境空气传输至云雾室先期探测装置，云雾室先期探测装置将均一化处理后的热解粒子传输至散射室次级探测装置，云雾室先期探测装置和散射室次级探测装置将得到的热解粒子浓度传输至控制终端。