淺議電氣火災(zāi)探測(cè)與自動(dòng)滅火裝置在電容柜上的應(yīng)用

李基民，葉楓舒，董家睿，吳藝，任穎，黃騰

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

當(dāng)前，大部分變電站都無(wú)人值守，可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電路設(shè)備等控制。但是，在出現(xiàn)火情后無(wú)法自動(dòng)檢測(cè)和滅火，這就導(dǎo)致變電站的工作受到影響，在發(fā)生火災(zāi)后無(wú)法及時(shí)地發(fā)現(xiàn)。尤其是很多火災(zāi)發(fā)生后，可能導(dǎo)致電氣設(shè)備故障，出現(xiàn)更嚴(yán)重的損失。近年針對(duì)電氣火災(zāi)探測(cè)和滅火相關(guān)設(shè)施的研究不斷增多，主要是為了保證變電站安全使用，避免出現(xiàn)嚴(yán)重火災(zāi)無(wú)法有效控制。當(dāng)前科技進(jìn)步，研究出現(xiàn)探測(cè)火災(zāi)的裝置，采取自動(dòng)滅火裝置可以滿足火災(zāi)探測(cè)和控制要求，保證電氣設(shè)備運(yùn)行安全。

1 電氣火災(zāi)探測(cè)與自動(dòng)滅火裝置概述

1.1 電氣火災(zāi)探測(cè)與自動(dòng)滅火裝置原理

電氣火災(zāi)探測(cè)與自動(dòng)滅火裝置發(fā)揮作用分為兩個(gè)部分，第一部分是探測(cè)，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后才能夠啟動(dòng)后續(xù)程序進(jìn)行處理。電氣火災(zāi)探測(cè)裝置可以發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況，通過圖像技術(shù)進(jìn)行火災(zāi)判斷，這是可以保證準(zhǔn)確性的有效方式，圖像是最直觀的表現(xiàn)。同時(shí)探測(cè)裝置還可以結(jié)合溫度，煙霧等綜合判斷，確定是否出現(xiàn)火災(zāi)等情況。若是出現(xiàn)火災(zāi)后可以通過滅火裝置啟動(dòng)滅火程序后進(jìn)行滅火，這種方式可以滿足火災(zāi)處理要求，改善處理現(xiàn)狀。自動(dòng)滅火裝置收到滅火通知后可以啟動(dòng)警報(bào)，進(jìn)行自動(dòng)滅火處理。電氣火災(zāi)探測(cè)與自動(dòng)滅火裝置運(yùn)行的關(guān)鍵是中央處理器，其負(fù)責(zé)圖像采集、煙霧和溫度等檢測(cè)，在出現(xiàn)問題后可以啟動(dòng)警報(bào)，同時(shí)可以指示柜門開啟，確定后啟動(dòng)滅火裝置進(jìn)行自動(dòng)滅火。

1.2 電氣火災(zāi)探測(cè)與自動(dòng)滅火裝置特點(diǎn)

電氣火災(zāi)探測(cè)與自動(dòng)滅火裝置具有保護(hù)功能，可以在電氣設(shè)備運(yùn)行故障引起股災(zāi)后發(fā)出警報(bào)，控制火災(zāi)，并且針對(duì)出現(xiàn)線路火災(zāi)等部分進(jìn)行保護(hù)，降低對(duì)電力系統(tǒng)的影響。電氣火災(zāi)探測(cè)與自動(dòng)滅火裝置的運(yùn)用可以確定監(jiān)控的范圍，設(shè)定參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置周圍區(qū)域的有效保護(hù)，靈活性比較好，可以調(diào)試。電氣火災(zāi)探測(cè)與自動(dòng)滅火裝置的運(yùn)用操作性比較強(qiáng)，并不影響相關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)行，只要在周圍安裝就可以，操作者可以通過按鍵方式設(shè)定，并且對(duì)于電氣設(shè)備的運(yùn)行情況能夠?qū)崟r(shí)掌握。電氣火災(zāi)探測(cè)與自動(dòng)滅火裝置可以掌握檢測(cè)的數(shù)據(jù)信息和圖像信息等，綜合分析后進(jìn)行故障分析和處理，幫助解決線路故障或是設(shè)備故障等問題。

2 電氣火災(zāi)探測(cè)與自動(dòng)滅火裝置核心研究

近年電氣火災(zāi)探測(cè)和滅火相關(guān)技術(shù)受到了人們的關(guān)注，常用的監(jiān)測(cè)與滅火裝置主要是剩余電流法、測(cè)溫法、煙霧法等，但是，這些方式效果一般，尤其是警報(bào)裝置容易受到其他因素的干擾，效果并不理想，而電氣設(shè)備運(yùn)行溫度相對(duì)比較高，一般方法運(yùn)用無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的監(jiān)控。而常規(guī)滅火方式無(wú)法運(yùn)用到電氣設(shè)備滅火中，這就需要選擇更合理的滅火裝置，滿足電氣設(shè)備滅火要求，提高火災(zāi)探測(cè)和滅火效果。

2.1 圖像采集與分析技術(shù)

（1）采集依據(jù)。電氣火災(zāi)探測(cè)裝置發(fā)揮作用的重點(diǎn)就是圖像采集，獲得圖像信號(hào)后轉(zhuǎn)化為光電信號(hào)后進(jìn)行報(bào)警處理，這樣就轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理后可以提取動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特征，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的監(jiān)控。圖像采集是通過建立數(shù)學(xué)模型和幾何模型方式進(jìn)行特征量化后處理，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的識(shí)別，判斷計(jì)火災(zāi)情況。

（2）干擾因素處理。電氣火災(zāi)探測(cè)裝置可以排除其他因素的干擾，主要是通過動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)平臺(tái)特征觀察，尤其是電容柜運(yùn)行中可能出現(xiàn)光源等情況，識(shí)別過程中需要對(duì)高亮度區(qū)域進(jìn)行分析，要結(jié)合火焰的特征進(jìn)行分析，判斷是否起火。電氣火災(zāi)探測(cè)裝置可以避免其他因素對(duì)火災(zāi)探測(cè)情況的影響，火焰具有自己的特征，相比其他光源有明顯的區(qū)別，尤其是其閃動(dòng)的范圍為7～12Hz，這與其他光源不同，可以將其作為判斷點(diǎn)，這樣就可以確定是否出現(xiàn)起火情況，對(duì)于光源判斷有重要價(jià)值。電氣火災(zāi)探測(cè)裝置檢測(cè)中可以通過火焰形狀方式監(jiān)控，采取這種方式確定圓形度的大小，一般干擾圖形是在0.8～1.5，這個(gè)范圍內(nèi)就不屬于火焰；火焰形狀是在1.8以上，這就可以有效判斷起火情況，通過對(duì)火焰形狀和閃動(dòng)赫茲的觀察確定，降低其他因素的影響，保證火災(zāi)監(jiān)控的有效性。

（3）火焰特征分析。①提取火焰尖角?；鹧孢吘壙赡艹霈F(xiàn)抖動(dòng)或是熱氣流變動(dòng)等情況，這時(shí)候火焰邊緣可能出現(xiàn)尖角，這些尖角會(huì)不斷地變化，這是火焰的主要特征，為了提取尖角的速度，采取目標(biāo)邊緣提取方式?；鹧婕饨翘崛≈饕谴_定定點(diǎn)高度，在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行建立坐標(biāo)系進(jìn)行分析，確定形狀特征后將其作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行監(jiān)控。②提取圓形度?；鹧娴膱A形度并不規(guī)則，還有干擾因素的影響，對(duì)于圓形度的描述是通過形狀的規(guī)整性判斷。采取非遞歸區(qū)域增長(zhǎng)法標(biāo)記，這種方式可以確定圓形度的面積、周長(zhǎng)等，通過圓形度計(jì)算確定是否起火。③火焰調(diào)動(dòng)情況?；鹧鏁?huì)有明顯的跳動(dòng)性，通過這種方式可以發(fā)現(xiàn)火焰信號(hào)的規(guī)律，可以采取閃動(dòng)頻率檢測(cè)方式確定，一般高度和變化超過4個(gè)像素，這種方式可以確定火焰跳動(dòng)的頻率。④火焰梯形特征。火焰上部窄，下部比較寬，與梯形相似，因此，在火焰監(jiān)測(cè)中可以通過梯形特征監(jiān)測(cè)方式確定是否發(fā)生火災(zāi)。梯形特征可以通過重心和中心縱坐標(biāo)的距離確定特征。⑤邊緣特征?；鹧姘l(fā)生初期，體積不斷增加，但是重心為主并不變，可以通過這種方式描述火災(zāi)周長(zhǎng)變化情況，確定是否為火焰。通過上述分析可以看出，針對(duì)火災(zāi)的檢測(cè)可以從多個(gè)角度進(jìn)行分析，采集圖像建模、干擾因素排除，同時(shí)，可以結(jié)合火焰的多個(gè)特征確定是否出現(xiàn)起火情況。電氣火災(zāi)探測(cè)方式可以通過多種方式確定是否起火，這樣就可以避免出現(xiàn)檢測(cè)不準(zhǔn)確等情況，保證探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，保證電容柜穩(wěn)定發(fā)揮作用。

2.2 自動(dòng)滅火裝置

自動(dòng)滅火裝置是將滅火氣體存放在儲(chǔ)藏器中，在啟動(dòng)滅火程序后開啟。自動(dòng)滅火裝置是由控制器控制，在控制器的控制下開大或是關(guān)閉，保證噴出的氣體可以直接噴到滅火的位置，這樣就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滅火，避免出現(xiàn)引燃其他裝置等情況。自動(dòng)滅火裝置使用的滅火裝置主要是七氟丙烷、六氟丙烷，在常溫狀態(tài)下沒有顏色和氣味，可以存儲(chǔ)的時(shí)間比較長(zhǎng)，尤其是在滅火中使用，可以在短時(shí)間滅火，其效果比較好。電容柜中有很多精密的電氣設(shè)備，而七氟丙烷、六氟丙烷等對(duì)于電子設(shè)備的保護(hù)效果比較理想，避免在滅火的過程中損傷電子設(shè)備等。七氟丙烷、六氟丙烷沒有毒性，不會(huì)導(dǎo)致相關(guān)工作人員中毒，在滅火后存留的氣體可以在大氣中汽化，并不會(huì)污染空氣，效果比較理想，在電氣設(shè)備滅火中的運(yùn)用比較多。

3 電氣火災(zāi)探測(cè)與自動(dòng)滅火裝置在電容柜中的運(yùn)用研究

3.1 電容柜特點(diǎn)

電容柜在電力系統(tǒng)中運(yùn)用十分重要，尤其是對(duì)電壓和電能質(zhì)量要求比較高，尤其是當(dāng)前電力系統(tǒng)故障中電容柜出現(xiàn)故障的概率最高。在電容器研究中發(fā)現(xiàn)，起火的部位主要是電容器、電抗器、放電線圈等部位，在電容器柜出現(xiàn)起火后導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常使用，故障問題比較嚴(yán)重。當(dāng)前防火裝置主要是運(yùn)用在電容柜附近，但是其效果一般，還需要采取新的技術(shù)改善當(dāng)前防火效果。

3.2 運(yùn)用要求

防火裝置在電容柜中運(yùn)用要保證可以正常工作，在平時(shí)工作中可以方便安裝、更換和拆卸等，這樣可以滿足柜體絕緣和電氣間距的要求，保證工作質(zhì)量，降低電磁對(duì)工作環(huán)境的影響，保證電容柜正常工作。電氣火災(zāi)探測(cè)與自動(dòng)滅火裝置在防火裝置中運(yùn)用要結(jié)合電容柜的要求進(jìn)行裝置布置，滿足防火要求和運(yùn)行要求。電氣火災(zāi)探測(cè)在電容柜火災(zāi)檢測(cè)中運(yùn)用，可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)和預(yù)警，通過圖像分析轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸出，這種方式可以利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的探測(cè)，這種方式可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，避免出現(xiàn)火勢(shì)蔓延無(wú)法控制等情況。電氣火災(zāi)探測(cè)中可能出現(xiàn)其他因素影響火災(zāi)檢測(cè)，尤其是光源等可能導(dǎo)致火災(zāi)檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，而電氣火災(zāi)探測(cè)可以通過圖像、聲音、影像等確定是否發(fā)生火災(zāi)，降低其他因素干擾。自動(dòng)滅火裝置是在確定出現(xiàn)火災(zāi)后啟動(dòng)，采用對(duì)電子設(shè)備有保護(hù)作用的氣體進(jìn)行滅火，這樣就可以降低對(duì)電子設(shè)備的破壞，保證電氣設(shè)備能夠發(fā)揮作用，降低經(jīng)濟(jì)損失。

3.3 運(yùn)用基本情況

當(dāng)前針對(duì)電容柜的火災(zāi)探測(cè)和滅火裝置安裝四個(gè)攝像頭、四個(gè)滅火裝置，主要是在電容器、電抗器、放電器和接觸器為主，這是容易出現(xiàn)火災(zāi)的地方，若是周圍出現(xiàn)火災(zāi)也可以檢測(cè)和自動(dòng)滅火。針對(duì)電路系統(tǒng)電容柜的火災(zāi)探測(cè)和滅火裝置的研究中進(jìn)行測(cè)試改造后得到指標(biāo)，可以滿足防火要求，在出現(xiàn)相關(guān)火災(zāi)事故后可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和滅火。

（1）短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)火情。電容柜中電氣火災(zāi)探測(cè)的時(shí)間比較短，在短時(shí)間內(nèi)就可以發(fā)現(xiàn)，一般是在0.1～5s就可以發(fā)現(xiàn)周圍起火情況，這樣就可以及時(shí)地處理，避免火災(zāi)規(guī)模大。探測(cè)時(shí)間比較短，可以滿足火災(zāi)防火要求，保證周圍設(shè)備安全運(yùn)行。

（2）短時(shí)間內(nèi)滅火。自動(dòng)滅火裝置的功能比較強(qiáng)大，一般火災(zāi)在10s內(nèi)就可以有效控制，這樣就可以有效地控制火災(zāi)對(duì)裝置的損傷。短時(shí)間內(nèi)滅火可以保證電容柜安全，避免出現(xiàn)安全事故，保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。

（3）溫度監(jiān)控預(yù)警。電氣火災(zāi)探測(cè)裝置可以進(jìn)行溫度探測(cè)，一般溫度比較高情況會(huì)比較危險(xiǎn)，可能會(huì)出現(xiàn)火災(zāi)等情況，而探測(cè)裝置可以設(shè)定溫度監(jiān)控，這樣就可以實(shí)現(xiàn)及時(shí)的報(bào)警，采取聲光方式報(bào)警，滿足火災(zāi)防控要求。若是相關(guān)人員沒有注意，還可以通過短信通知，這樣就可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)警報(bào)。

（4）煙霧警報(bào)裝置。電氣火災(zāi)探測(cè)與自動(dòng)滅火裝置的運(yùn)用可以滿足煙霧警報(bào)裝置的要求，在出現(xiàn)煙霧后可以及時(shí)地報(bào)警，通過聲光方式讓相關(guān)工作人員注意，同時(shí)還可以發(fā)送短信通知，保證相關(guān)人員及時(shí)處理。

（5）打開柜門發(fā)出警報(bào)。電容柜使用中可能出現(xiàn)柜門強(qiáng)制開啟或是意外開啟等情況，在這個(gè)過程中可以警報(bào)，告知相關(guān)人員處理，避免出現(xiàn)危害電容柜正常運(yùn)行等情況。

（6）起火警報(bào)。電氣火災(zāi)探測(cè)可以通過聲音、光、圖像等方式進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)控，若是出現(xiàn)起火現(xiàn)象可以及時(shí)地報(bào)警，這樣就可以有效處理，探測(cè)裝置可以發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，不需要人員實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（7）火災(zāi)錄像。電容柜出現(xiàn)火災(zāi)后，需要對(duì)火災(zāi)發(fā)生的原因和處理情況進(jìn)行分析，作為后續(xù)處理相關(guān)問題的依據(jù)，將起火和救火經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用到后續(xù)管理中。電氣火災(zāi)探測(cè)可以將起火的全過程錄像，對(duì)于處理情況進(jìn)行錄像，這對(duì)后續(xù)管理有重要價(jià)值，若是出現(xiàn)有人故意縱火，可以及時(shí)地找到相關(guān)人員處理，保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

（8）滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。電氣火災(zāi)探測(cè)與自動(dòng)滅火裝置可以滿足電氣間距要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，可以保證電容柜的正常運(yùn)行，并不會(huì)影響電容柜運(yùn)行，同時(shí)，在絕緣實(shí)驗(yàn)中可以滿足43kv/分鐘的要求，安全性比較高。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上，電氣設(shè)備的運(yùn)用中若是使用不合理，可能出現(xiàn)火災(zāi)等情況，而人員對(duì)設(shè)備監(jiān)控不足，可能出現(xiàn)嚴(yán)重火情。電氣火災(zāi)探測(cè)裝置的運(yùn)用可以結(jié)合圖像識(shí)別、溫度和煙霧等探測(cè)火情，這樣能夠更早地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，避免火災(zāi)規(guī)模擴(kuò)大，無(wú)法控制。而自動(dòng)滅火裝置可以在短時(shí)間內(nèi)滅火，一般火災(zāi)在10s內(nèi)就可撲滅，這種方式對(duì)于火情控制效果比較理想。電氣火災(zāi)探測(cè)與自動(dòng)滅火裝置在電容柜上的應(yīng)用可以保證電容柜的運(yùn)行安全，出現(xiàn)火災(zāi)后可以探測(cè)和自動(dòng)滅火，這些技術(shù)的研究填補(bǔ)了我國(guó)在高壓電容柜研究方面的缺失，當(dāng)前處于國(guó)際領(lǐng)先水平。