變電站消防在線智能管理系統研究

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摘要：變電站在長期的運行過程中，存在較多的消防安全影響因素，需要對這些消防安全因素加以管控，保障變電站的運行安全。該系統分析了變電站消防網格的劃分及變電站消防報警聯動系統的結構，并介紹了智能滅火裝置的硬件結構及軟件系統，包括滅火裝置中電磁閥的控制電路和智能滅火裝置中的煙霧報警器原理等。結果表明采用該智能消防管理系統及滅火裝置，可以降低變電站發生消防事故和出現大面積停電事件的概率，提高變電站的運行穩定性，對提升變電站的消防安全水平具有一定的價值。

關鍵詞：變電站；消防；智能管理；滅火裝置

當前變電站基本都實現了無人值守，如果變電站的消防系統達不到規定的要求，則當變電站發生火災時，就不能及時有效撲滅火情。由于電力企業加強對變電站管理，變電站基本都配置了輔助監視控制系統，可以對非法入侵、消防火災等情況進行監控。在變電站中采用消防在線智能管理系統及滅火裝置是很有必要的，如果變電站出現消防安全事故，那么會帶來很大的經濟損失[1]。該文首先闡述了應用變電站消防系統的重要性，其次，該系統分析了變電站消防在線智能管理系統的結構及原理，最后介紹了變電站消防系統中的智能滅火裝置，對保障變電站安全穩定地運行有重要的意義。

1變電站消防網格的劃分及消防在線智能管理系統

在變電站消防系統中，可以通過網格化的概念，根據變電站中各個區域的具體特點，將其劃分為不同的網格，并對不同的網格采取不同的消防手段，達到差異化配置消防措施的目的，分別對各個網格的消防狀態進行監測及警戒。當變電站某個消防網格中出現異常情況時，可以及時啟動消防系統，在發生火災前，就可以消除安全隱患，使變電站安全穩定地運行。

1.1變電站消防網格的劃分

將變電站消防網格劃分為主控室消防區域、電纜溝消防區域、繼電保護室消防區域、配電室消防區域、主變壓器消防區域、電抗器消防區域、電容器消防區域、蓄電池消防區域等，這也符合建筑消防設計規范和電力設備消防規程中的相關規定。

1.2變電站消防在線智能管理系統

在變電站消防在線智能管理系統中，布置于變電站各個網格內的消防報警設備將所采集到的數據信息，采用以太網通信技術并經過通信協議轉換，發送到消防告警管理系統中[3]。火災報警在線智能管理系統中的主機通過對收到的各類數據信息進行分析和處理，對變電站中各個網格的消防安全狀態進行監視和控制，圖1為變電站消防報警聯動系統結構圖。變電站消防報警聯動系統中的各個部件都是處于實時工作狀態，所以可以完成變電站消防的在線監測和預警，加強對變電站的消防管理。從圖1中可以看出，變電站消防報警聯動系統包括火災電話、煙霧傳感器、火災按鈕、火災警示燈、警笛和廣播等。當變電站發生火災時，煙霧傳感器會首先感知到，隨之即可啟動一系列的消防安全告警設備，以便提醒運維人員采取措施加以處理。同時還提供了火災電話和火災按鈕等手段，保障變電站的消防安全，圖2為變電站消防報警聯動系統中的數據流向。煙霧傳感器將發送數據信息給消防管理系統中的控制裝置，然后控制裝置再將命令發送給管理系統中的警示燈和警笛，實現消防在線智能告警。此外，位于變電站網格內的消防報警聯動系統還會將火災預警信息上傳到變電站智能輔助監控系統中，并通過視頻監控系統將具體的現場運行情況發送到主站系統[4]。經過變電站智能輔助監控系統的分析和判斷，就可以啟動相應的告警設備和消防設備，達到滅火的目的。

2變電站消防中的智能滅火裝置

智能滅火裝置是變電站消防在線智能管理系統中的關鍵設備，為了保證能夠及時撲滅變電站火情，需要加強智能滅火裝置中的硬件系統和軟件系統設計，提高智能滅火裝置的應用性能，以下進行詳細地分析。

2.1智能滅火裝置中的硬件系統

智能滅火裝置的運行原理是當裝置中的傳感器模塊檢測到了周圍環境的運行數據達到了動作臨界值時，將采集到的數據傳輸到控制模塊中。經過控制模塊的分析和計算，將啟動裝置打開電磁閥，并向著火區域噴射阻燃劑，同時發出告警信息。在智能滅火裝置的硬件組成中，包括了控制功能模塊、報警器模塊、傳感器模塊、電源模塊、光電耦合模塊、阻燃劑、電磁閥模塊等，這些都是智能滅火裝置中的重要組成部分。其中光電耦合模塊起隔離的作用，從而方便打開或者關閉電磁閥。

2.2智能滅火裝置中的電磁閥設計

電磁閥控制電路是智能滅火裝置中的關鍵組成部分，圖3為基于單片機的電磁閥控制電路設計圖。在該控制電路的設計過程中，選用TLP521-4作為智能滅火裝置電磁閥控制電路中的可控光耦合器件，在很多電子設備的生產過程中都采用了這種類型的光耦合器件。在該耦合器件中，設置了4個相互獨立的耦合功能單元，運行功耗在150mW左右，可以保證在前端的輸入信號和后端的負載相互之間隔離，達到提高控制電路抗干擾能力的目的，并且也可以提高控制電路運行的安全性。圖3滅火裝置電磁閥的控制電路圖在圖3中，7、8、9、10等4個不同的引腳相互之間組成1個相對獨立的功能單元，其中7號引腳和8號引腳是數據輸入引腳，而9號引腳和10號引腳為數據輸出引腳。P2.1為單片機的控制信號輸出口，和耦合器的第8腳相連，7腳為電源，10腳用來輸出信號控制電磁閥的開閉。當P2.1口輸出低電平時，此時二極管和三極管處于導通狀態，從而開啟電磁閥；當P2.1口輸出高電平時，電磁閥為關閉狀態。

2.3智能滅火裝置中的煙霧報警器設計

在智能滅火裝置中，煙霧報警器也是關鍵組成部分，圖4為煙霧報警器的設計電路圖。在煙霧報警器的結構中，主要采用MC145018控制芯片和煙霧傳感器相互配合運行。電源采用電壓為9V的獨立電源，通過按鈕開關和限流保護電阻接入MC145018控制芯片中的7號引腳。從圖4中可知，當室內出現了煙霧時，則煙霧傳感器所感受到的電壓及電流就會發生變化，可以判斷是否應該觸發報警器發出告警信息。在智能滅火裝置中的煙霧報警器控制電路中，1、3、4號引腳無須使用，TEST為煙霧報警器的測試開關按鈕。2號引腳和電壓比較器相連，5號引腳經過限流電阻連接發光二極管LED，以便當出現異常情況時，能夠發出光預警信號。6號引腳給電路提供一個接地通道，7號引腳經過按鈕開關S1連接外界9V電源，8號引腳配合10-11號引腳連接壓電喇叭。9號和12號引腳連接電容，14-16號引腳用來連接煙霧傳感器，各個電阻元件以及電容元件參數如圖4所示。

2.4智能滅火裝置中的電壓比較器設計

在該煙霧報警器中，由于MC145018芯片的2引腳所輸出來的信號為模擬信號，需要通過電壓比較電路進行模擬量和數字量的轉換之后，才能夠被單片機識別。因此在智能滅火裝置的開發設計過程中，電壓比較器的電路設計是重要內容之一，以便取得很好的模數轉換效果，圖5為智能滅火裝置中的電壓比較器功能模塊設計圖。在圖5的電壓比較器功能模塊中，電壓比較器的3號引腳可以引入煙霧報警器2號引腳中的信號，并且和電壓比較器中的2號引腳的電壓進行參考和比較，達到將煙霧報警器芯片中的2號引腳信號波形加以整形的目的。如可以將2號引腳信號中的不規則的波形，經過電壓比較器之后，轉換為規則的方波信號，并進一步送入控制芯片中的P3.7口，使控制芯片獲取到報警器中的數據信息。當方波出現高電平時，此時通過控制芯片，可以記錄下出現高電壓脈沖的數目。當個數達到設定的閾值后，就可以采取具體的滅火措施，并打開電磁閥。如果高電平脈沖個數沒有達到規定的閾值，則保持不動，防止智能滅火裝置出現誤動作的情況。

2.5智能滅火裝置中的軟件系統

軟件系統也是智能滅火裝置中的關鍵組成部分，在軟件系統的設計過程中，應秉承精簡的原則，通過盡可能少的代碼數量實現智能滅火裝置的功能。當著火區域的火情被撲滅后，將智能滅火裝置的電磁閥關閉，完成整個滅火流程，圖6為智能滅火裝置中的程序流程圖。從智能滅火裝置中的程序流程圖（圖6）可以看出，當煙霧傳感器采集到煙霧濃度信息后，此時控制系統會收到脈沖信號。當控制系統接收到多次煙霧異常脈沖信號時，此時可以啟動電磁閥并滅火。當控制系統收到的異常脈沖次數在所設定的范圍內，可以不啟動電磁閥，防止出現誤報的情況。從該過程中可以看出，軟件程序中所設定的接收異常脈沖次數和滅火裝置的運行可靠性及反應速度有直接的關系。如果設定次數過大，則反應不夠靈敏，如果設定次數過小，則可能會受到干擾信號的影響，使應用效果不佳，一般可以設定異常脈沖次數為8次，這樣可以達到一個相對平衡的狀態，保證智能滅火裝置能夠可靠發揮出消防滅火作用[2]。

3結論

消防系統直接與變電站的運行安全穩定水平相關，合理制定變電站中各個區域的消防安全措施，對保障變電站的消防安全具有重要的意義。該文分析了變電站消防在線智能管理系統，并介紹了智能滅火裝置的原理和軟件流程。采用消防管理系統和智能滅火裝置，可以保障變電站內各個網格的消防安全，以便為電力用戶提供更可靠的電力供應。

參考文獻

[1]顏國華，盛鵬飛，傅進，等.基于泛在電力物聯網的智慧消防管控系統[J].電氣開關，2020，58（2）：5-8.

[2]吳志敏，于軍.變電站智慧消防系統建設探索與研究[J].電力系統裝備，2020（8）：35-49.

[3]王瑞，郝志剛.智能變電站消防滅火系統優選探究[J].山西電力，2019（5）：43-46.

[4]宋鵬，王文杰，周信，等.無人值守變電站消防智能管控系統研究設計[J].數字通信世界，2020（11）：39-41.

[5]鄭寶強，張健，曹飛，等.基于泛在電力物聯網的無人值守變電站消防策略研究[J].南方能源建設，2020，7（4）：75-80.

作者：王洋?吳亮亮?何健 饒劍 單位：陳德超國網江西省電力有限公司上饒供電分公司