基于七氟丙烷的變電站高壓開(kāi)關(guān)柜火災(zāi)預(yù)警及滅火的智能解決方案研究

賴(lài)家文　羅家萬(wàn)　吳國(guó)祥　賴(lài)俊駒　鄧柏林

摘要：七氟丙烷無(wú)色無(wú)味、低毒、不導(dǎo)電，不會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞，能有效撲滅B、C類(lèi)及電氣設(shè)備火災(zāi)。現(xiàn)針對(duì)當(dāng)前變電站高壓開(kāi)關(guān)柜的消防設(shè)計(jì)，提出一種開(kāi)關(guān)柜火災(zāi)預(yù)警及滅火的智能解決方案，從系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、滅火系統(tǒng)布置等方面展開(kāi)探討，設(shè)計(jì)了基于七氟丙烷的管式滅火裝置及開(kāi)關(guān)柜火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)。該方案能實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜消防關(guān)口前移，降低火災(zāi)造成的損失，為挖掘開(kāi)關(guān)柜消防大數(shù)據(jù)價(jià)值提供途徑和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高壓開(kāi)關(guān)柜;火災(zāi)探測(cè);七氟丙烷;滅火管

中圖分類(lèi)號(hào)：TM591? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）06-0024-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.06.007

0? ? 引言

變電站高壓開(kāi)關(guān)柜著火原因主要為線(xiàn)路短路或接觸不良、過(guò)負(fù)荷、開(kāi)關(guān)故障造成線(xiàn)路高溫燃燒，常伴有濃煙，將導(dǎo)致主絕緣降低，嚴(yán)重時(shí)整個(gè)電柜會(huì)燃弧爆炸并蔓延到其他電柜。近年來(lái)，針對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜消防策略的研究[1-3]普遍缺乏火災(zāi)發(fā)生過(guò)程監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)記錄，沒(méi)有挖掘開(kāi)關(guān)柜火災(zāi)大數(shù)據(jù)價(jià)值的途徑和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。目前關(guān)于開(kāi)關(guān)柜消防策略的研究[1，4-5]，主要是開(kāi)關(guān)柜的幾種常見(jiàn)消防設(shè)計(jì)對(duì)比，其中探火管滅火的認(rèn)可度較高;另外，文獻(xiàn)[3]提出的高壓開(kāi)關(guān)柜電纜倉(cāng)監(jiān)測(cè)消防系統(tǒng)取得了實(shí)際應(yīng)用效果，文獻(xiàn)[6]驗(yàn)證了基于深度學(xué)習(xí)算法用于開(kāi)關(guān)柜狀態(tài)診斷的可行性與工程應(yīng)用價(jià)值。

針對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜消防設(shè)計(jì)存在的不足，本文提出了一種變電站高壓開(kāi)關(guān)柜火災(zāi)預(yù)警及滅火的智能解決方案，該方案能實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜起火早期的煙霧探測(cè)、溫度報(bào)警、形成火災(zāi)后的滅火、聯(lián)動(dòng)預(yù)警信息推送整個(gè)過(guò)程的控制，使消防關(guān)口前移，解決現(xiàn)有電柜內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后無(wú)法控制、蔓延到其他電柜的問(wèn)題，提高電柜預(yù)防火災(zāi)的能力，把火災(zāi)控制在電柜內(nèi)，減輕火災(zāi)造成的損害。

1? ? 基于七氟丙烷的管式滅火裝置及火災(zāi)探測(cè)裝置的技術(shù)特點(diǎn)

（1）本文提出的管式滅火裝置融合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和探火管特有性能，是一種集探測(cè)和滅火功能于一體的裝置。該裝置可組合使用，亦可單獨(dú)使用。壓力開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)壓力，煙溫探測(cè)器監(jiān)測(cè)溫度、煙霧;滅火裝置單獨(dú)使用時(shí)無(wú)須用電，安裝輕便簡(jiǎn)單，無(wú)須定期保養(yǎng)。

（2）管式滅火裝置可配置有線(xiàn)壓力開(kāi)關(guān)接入傳統(tǒng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器，也可配置無(wú)線(xiàn)壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集終端連接，遠(yuǎn)程監(jiān)控滅火裝置壓力的變化、發(fā)出滅火報(bào)警，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)及時(shí)通知到相關(guān)人員。

（3）滅火管形狀可塑，通過(guò)把滅火管敷設(shè)進(jìn)高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部，呈U型或S型纏繞，并用金屬C型卡固定，讓滅火管可以充分探測(cè)感知電柜內(nèi)各部位的溫度變化，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度值時(shí)，滅火管會(huì)破裂一個(gè)小口形成噴頭，管內(nèi)滅火劑通過(guò)噴頭全部釋放，實(shí)施滅火。

（4）本文提出的火災(zāi)探測(cè)裝置是通過(guò)無(wú)線(xiàn)智能感煙感溫火災(zāi)探測(cè)器，對(duì)電柜內(nèi)的火災(zāi)進(jìn)行早期預(yù)警。探測(cè)器是獨(dú)立式的，不需要安裝報(bào)警主機(jī)，報(bào)警通過(guò)無(wú)線(xiàn)回傳到服務(wù)器平臺(tái);探測(cè)器功率小，可使用電池供電，不需要敷設(shè)線(xiàn)路，所以具有安裝維護(hù)方便、投資少的優(yōu)點(diǎn)，也適合分散的配電柜安裝使用。

2? ? 變電站高壓開(kāi)關(guān)柜火災(zāi)預(yù)警及滅火的智能解決方案

本方案由基于七氟丙烷的管式滅火裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)“滅火管”）、無(wú)線(xiàn)傳輸裝置和火災(zāi)探測(cè)裝置（煙溫探測(cè)器）以及警報(bào)器和聯(lián)動(dòng)控制模塊組成一個(gè)完整的電柜火災(zāi)預(yù)警及滅火系統(tǒng)。

2.1? ? 基于七氟丙烷的管式滅火裝置設(shè)計(jì)

七氟丙烷滅火劑是一種無(wú)色無(wú)味、不導(dǎo)電的氣體，撲救電路火災(zāi)時(shí)安全性高[7]，在一定壓力下呈液態(tài)儲(chǔ)存，滅火機(jī)理是冷卻滅火、窒息滅火。該滅火劑為潔凈藥劑，釋放后沒(méi)有粒子或油狀殘余物，不會(huì)污染環(huán)境和被保護(hù)的精密設(shè)備，是良好的電氣火災(zāi)滅火藥劑。

滅火管是采用特制高分子材料制成軟管，軟管的動(dòng)作溫度（破裂）在110 ℃（±10%），工作環(huán)境溫度為-20～70 ℃;軟管兩端由密封五金件和接頭組成，兩端接頭可連接壓力表、壓力開(kāi)關(guān)、警報(bào)器、無(wú)線(xiàn)傳輸裝置等（圖1）。管內(nèi)充裝液態(tài)滅火劑（七氟丙烷），可承受一定的壓力。溫度達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，管內(nèi)壓力增大，在滅火劑飽和蒸汽壓的共同作用下，管壁破裂一個(gè)釋放口形成噴口，噴放管內(nèi)存儲(chǔ)的液態(tài)滅火藥劑，對(duì)配置滅火管的空間實(shí)施滅火，同時(shí)把滅火管動(dòng)作的報(bào)警信息數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控平臺(tái)。

實(shí)際應(yīng)用需根據(jù)開(kāi)關(guān)柜的容積大小計(jì)算出滅火管的長(zhǎng)度L，即所需滅火劑的劑量，按下列公式計(jì)算：

L=K·V

式中：L為滅火管長(zhǎng)度（m）;K為系數(shù)（直徑為18 mm時(shí)系數(shù)為3.8，直徑為28 mm時(shí)系數(shù)為1.4）;V為實(shí)際保護(hù)體積，由箱體體積減去元器件體積得到（m3）。

2.2? ? 變電站高壓開(kāi)關(guān)柜火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高壓開(kāi)關(guān)柜火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)是融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)、信息化應(yīng)用等技術(shù)的消防監(jiān)控管理系統(tǒng)，是基于消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)應(yīng)用平臺(tái)，能實(shí)現(xiàn)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、火災(zāi)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、消防遠(yuǎn)程監(jiān)控、安全通道和疏散通道的視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控、App實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控等功能，具有較高的可擴(kuò)展性，能全面提升消防安全管理水平和消防監(jiān)督效能。

該系統(tǒng)采用層次化、模塊化設(shè)計(jì)，由感知層、傳輸層、支撐層和應(yīng)用層組成（圖2）。通過(guò)壓力傳感器、火災(zāi)探測(cè)裝置、聯(lián)動(dòng)模塊等設(shè)備感知電柜內(nèi)的煙霧、溫度、滅火管狀態(tài)，并利用無(wú)線(xiàn)（有線(xiàn)）網(wǎng)絡(luò)把相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺(tái)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，監(jiān)控平臺(tái)再把相關(guān)信息發(fā)送給各層次管理部門(mén)和人員。

感知層，包括感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器、數(shù)據(jù)接口、執(zhí)行元件等。通過(guò)各類(lèi)傳感器可以采集各類(lèi)消防設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)信息等，也可以通過(guò)遠(yuǎn)程執(zhí)行元件聯(lián)動(dòng)各類(lèi)消防設(shè)施。

傳輸層是通過(guò)有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸功能，數(shù)據(jù)傳輸可以是雙向的。

支撐層是在云服務(wù)器中布置的應(yīng)用軟件，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)感知層設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、處理、存儲(chǔ)和分發(fā)等功能。

應(yīng)用層，由監(jiān)控平臺(tái)、手機(jī)App組成，在支撐層分析處理得到相關(guān)數(shù)據(jù)后，通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)、App推送信息或手機(jī)短信向各級(jí)管理部門(mén)和個(gè)人提供管理服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理火災(zāi)。

3? ? 變電站高壓開(kāi)關(guān)柜火災(zāi)預(yù)警及滅火系統(tǒng)的應(yīng)用

高壓開(kāi)關(guān)柜火災(zāi)預(yù)警及滅火系統(tǒng)部署如圖3所示。

考慮到安裝維護(hù)的便捷性及滅火效果等因素，建議將滅火裝置、火災(zāi)探測(cè)裝置安裝在開(kāi)關(guān)柜電纜室柜門(mén)、儀表室柜頂、斷路器室泄壓通道頂蓋上，以便準(zhǔn)確探測(cè)電柜內(nèi)火災(zāi)早期的煙霧，實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警，其中安裝在斷路器室泄壓通道頂蓋上的滅火效果最佳[2]。無(wú)線(xiàn)傳輸裝置安裝在電柜外部，火災(zāi)早期溫度不高，能保證在燒毀火災(zāi)探測(cè)裝置前發(fā)出報(bào)警信息。滅火管以U型方式通過(guò)卡箍固定在電柜頂和兩側(cè)內(nèi)壁上或以圓盤(pán)形式通過(guò)卡箍固定在電柜頂部，能對(duì)電柜內(nèi)的火災(zāi)充分實(shí)施滅火措施。

當(dāng)配電柜發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)探測(cè)器首先探測(cè)到電柜內(nèi)的煙霧，發(fā)出火災(zāi)煙霧報(bào)警信息。當(dāng)電柜內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，火災(zāi)探測(cè)器發(fā)出火災(zāi)溫度報(bào)警信息。當(dāng)電柜內(nèi)火災(zāi)繼續(xù)發(fā)展，電柜內(nèi)滅火管表面溫度達(dá)到110 ℃時(shí)，滅火管自動(dòng)破裂，釋放七氟丙烷滅火劑對(duì)配電柜內(nèi)的早期火災(zāi)進(jìn)行滅火。

另外，火災(zāi)探測(cè)裝置能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)柜內(nèi)溫度等狀態(tài)量和滅火管動(dòng)作發(fā)出的報(bào)警信息，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器平臺(tái)，平臺(tái)應(yīng)用層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、挖掘，將存在異常的情況通過(guò)App、短信、應(yīng)用平臺(tái)等推送給相關(guān)人員，同時(shí)也發(fā)送到各個(gè)監(jiān)控平臺(tái)。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)當(dāng)前變電站高壓開(kāi)關(guān)柜的消防策略，從系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、滅火系統(tǒng)布置等方面展開(kāi)探討，提出了一種變電站高壓開(kāi)關(guān)柜火災(zāi)預(yù)警及滅火的智能解決方案，能實(shí)現(xiàn)單個(gè)高壓開(kāi)關(guān)柜火災(zāi)的快速滅火，前移消防關(guān)口，可把變電站內(nèi)的高壓開(kāi)關(guān)柜火災(zāi)損失控制在有限范圍內(nèi)，預(yù)防電柜早期火災(zāi)的蔓延，大大降低火災(zāi)造成的損失，并為挖掘開(kāi)關(guān)柜消防大數(shù)據(jù)價(jià)值提供途徑和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本方案在箱式電氣設(shè)備的消防方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

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收稿日期：2021-12-08

作者簡(jiǎn)介：賴(lài)家文（1987—），男，廣東清遠(yuǎn)人，工程師，主要從事電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行分析工作。