光纖溫度及煙霧早期預警技術在東歡坨礦110kV變電站的應用研究
來源:用戶上傳
作者:
摘 要 通過在變電站高壓室及電纜夾層安裝吸氣式感煙火災探測器，通過空氣采樣管把保護區的空氣吸入探測器進行分析從而進行火災的早期預警的火災自動報警設備。吸氣式感煙火災探測器的探測靈敏度可達其1000倍以上，降低誤報率，實現極早期火災探測報警。
關鍵詞 光纖溫度;煙霧早期預警技術;變電站;應用
1 東歡坨礦110Kv變電站現狀
東歡坨礦110Kv變電站是輸變電系統的重要組成部分，起著承上啟下的重要作用，而變電站的火災防護，又直接影響其能否安全運行。絕大多數變電站火災為電氣火災，傳統火災探測器一般都在火焰燃燒階段，產生一定濃度的煙霧后才會發出報警。相比而言，“變電站分布式智能感煙火災早期預警系統”作為極早期火災預警設備，卻能在火災預燃階段（提前30～120分鐘）發出報警，從而贏得寶貴的時間，把隱患消滅在萌芽中。
從技術和實際應用來講，吸氣式感煙火災探測技術能夠檢測極早期火災的煙霧產物，靈敏度極高。但是基于光電探測原理，如果進入探測腔的顆粒是足以引起光散射的微小顆粒極容易引起探測器誤報。由于無法有效識別，限制了靈敏度的提高。
2 項目實施的總體思路
該系統應用于變電站煙霧的早期預警，對開灤（集團）有限責任公司東歡坨礦業分公司110kV變電站內，包括南、北兩個配電室，中控室，以及電纜夾層等區域進行極早期火災預警監測，項目實施按照《煤炭安全規程》的要求，實現各種防護功能，課題試驗中按照國家有關電氣、機械的相關標準進行。
2.1 課題研發立足于以下原則
?。?）先進性：系統包含激光、光電/磁電、無線等在當前具有必然的先進性，但這里所指的先進性主要指設計開發理念必須是先進的，采用的技術必須是先進的，為智能化無人操作奠定一定基礎。
?。?）實用性：系統強調采用先進的技術同時，應比選適用成熟的設備，滿足用戶的使用需求，盡可能降低投入，實現高性價比，真正使項目的推廣應用成為可能。
?。?）可靠性：系統運行做到穩定、可靠，不會對電氣設備的運行造成干擾，不影響正常生產。
?。?）安全性：系統遵從電力行業一般要求，集成設備電磁兼容，操作系統安全穩定，設備具有防拆卸、破壞的防護措施。
?。?）規范性：系統遵照國家現行頒布的煤礦通用電氣設備的技術規范、安全規范。
2.2 功能需求
針對電力行業的特殊要求，確定保護級別和重點保護對象，以性能化設計的方法獲得最佳的探測方式和防火系統。
2.3 技術路線
?。?）項目立項： 收集整理需求，確定項目的范疇;
?。?）需求分析：根據用戶開發需求和總體解決方案輸出需求分析說明書、硬件要求說明書、軟件設計要求說明書和開發技術規范等文檔并制定項目開發計劃;
?。?）團隊建立：為確保項目順利實施，本項目成立了以技術總監為負責人的研發團隊。
?。?）系統設計：根據系統分析階段所確定的性能要求，以可靠性、技術先進性及經濟性為準則，構成最佳整體方案;
?。?）詳細設計及開發測試：依據需求說明書，按照系統設計方案與外協配合完成樣機系統平臺搭建、軟硬件件開發;進行功能和性能測試，保證提交的產品與需求和設計要求的一致;
?。?）在指定變電站構建監測系統，聯網、調試。
?。?）總體評價產品在設計要求、用戶功能需求和項目目標方面的達標程度以確保提交的產品滿足用戶的要求。
?。?）項目驗收：相關單位組織評審驗收。
3 技術方案
貫徹“以人為本、提高控制管理科技水平、建立安全生產長效機制”的長遠目標和管理理念，針對提出的功能需求設計控制流程。根據控制流程確定系統架構，進而開發本課題裝置。
3.1 系統設計
（1）管路開孔
吸氣式感煙火災探測系統中包含若干數量的管子鋪設在探測區，形成管網。每條管子上鉆出若干數量的小孔，每一個小孔稱為一個采樣點。探測器內有抽氣裝置，將通過這些小孔將探測區域的空氣或煙霧經管路抽到探測器內并送到靈敏度極高的激光探測腔內進行分析。
管路開孔直徑不大于2mm，末端孔直徑不大于6mm，單管長度不大于100m，同時應滿足：從最末端采樣孔處加煙，到探測器顯示煙霧濃度升高，時間不超過120s。
?。?）管路材質
根據應用環境不同，可以選擇多種材質的采樣管道，廠家推薦采用標準的21mm內徑，25mm外徑的PVC管。也可根據應用環境和客戶需求，訂制采用CPVC，ABS，鋼管等。
?。?）管路鋪設
原則上必須滿足GB 50116-2013火災自動報警系統設計規范。
?、偃绮捎枚嗦饭苈凡荚O方式，應盡量使探測區域環境條件、管路長度、開孔大小和數量保持一致，以平衡各個通道的靈敏度差異。
?、诋敳蓸涌撞贾迷诟邭饬鳝h境下時，由于煙霧很快會被高速流動的氣流所稀釋，所以要將采樣孔的煙霧靈敏度提高一定等級，每個采樣孔的保護面積相應縮小。
?、郛斠粋€采樣孔被堵塞后，該采樣孔即失去探測能力，因此任何獨立探測區域應至少有2個采樣孔。
?、墚敳蓸庸艿佬枰捎妹毠懿贾梅绞?，毛細管長度不能過長，否則將影響采樣孔的進氣量，從而影響系統的探測性能。
?、莶蓸庸芫W在需要拐彎時，必須采用符合規定曲率要求的彎頭（一般使用大于90mm），不得使用直角彎頭或其他常規管路配件來代替。
3.2 系統工作原理
一般火災的產生可分為四個階段：預燃階段、可見煙霧燃燒階段、火焰燃燒階段、劇烈燃燒階段。吸氣式感煙火災探測器，是一種通過空氣采樣管把保護區的空氣吸入探測器進行分析從而進行火災的早期預警的火災自動報警設備。它采用長壽命激光光源作為探測光源，利用光散射技術進行煙霧探測，并通過人工神經網絡技術實現防誤報和煙霧粒子鑒別。 吸氣式感煙火災探測器采用光散射原理。含有煙霧的空氣樣本在風機的作用下勻速通過探測室，激光在煙霧粒子的作用下發生散射，散射光會被光敏接收器接收，該散射信號經過處理轉換為煙霧濃度的大小。
3.3 系統安裝方案
?。?）系統主機
系統使用2臺吸氣式感煙火災探測主機，兩臺主機分別安裝于南配電室的北墻上及北配電室的南墻上。
北配電室的吸氣感煙探測主機2個管路用于監測該配電室，另2個管路通過打孔的方式進入地下電纜夾層區，用于監測北半邊的電纜夾層區;南配電室的吸氣感煙探測主機2個管路用于監測該配電室，另2個管路同樣通過打孔的方式進入地下電纜夾層區，用于監測南半邊的電纜夾層區。
?。?）吸氣管道
吸氣管道采用標準的21mm內徑，25mm外徑的PVC管，每個通道三個采集點，在被測區域均勻分布，在采樣點處用紅色膠帶纏繞，便于執勤人員檢測。管路開孔直徑不大于2mm。
吸氣管道用膨脹螺栓打孔固定于南、北配電室及地下電纜夾層的橫梁上，一根橫梁上用兩組帶膨脹螺栓的卡扣固定，吸氣管道預計用量為400米。
電纜夾層吸氣管道安裝在兩側電纜橋架的內側斜上方橫梁上，吸氣孔向著管道該側的電纜橋架方向。配電室吸氣管道安裝在過道的上方的房頂橫梁上，吸氣孔向著管道該側的開關柜方向。
?。?）通訊
吸氣感煙探測主機通過網線連接到中控室的工控機上，網線通過打孔從地下電纜夾層連接到中控室的監控主機上，可與分布式光纖測溫系統共用一臺工控機，軟件后續可進行升級，可將兩套系統監測情況一同展示。
4 主要技術參數
5 關鍵技術與創新點
5.1 關鍵技術
?。?）極早期煙霧探測技術
在火災發生的極早期會產生極其細微的顆粒，通常使用的長波長光源對其反應不夠靈敏。該探測模塊采用高品質短波長光源和先進的小信號放大技術，保證對火災早期產生的極細微顆粒同樣具有超高的靈敏度。
?。?）煙霧粒子識別技術
該技術利用了不同煙霧粒子在不同波長不同散射角度下，粒子散射特性隨之變化的特點，排除因粉塵、水蒸氣等常見干擾源引起的誤報。
?。?）探測腔自清潔
探測腔具有多級過濾和自清潔功能，保證模塊內部器件即使在惡劣環境下也能長期使用。同時探測腔具有氣路堵塞報警功能，提醒使用者及時更換過濾系統。
其中涉及激光散射腔的結構設計、激光光源的選擇、光電接收器的選擇與布置、數據處理模塊的開發、精密過濾器的設計、吸氣裝置的設計、智能算法的研發、服務器軟件的開發，以及變電站構建系統結構的合理實現。
該項目開發的吸氣式感煙火災探測器的探測腔，核心性能指標探測器靈敏度達到0.005%～5% obs/m，分辨率0.001% obs/m，具有CO和風速輔助傳感器，探測腔自清潔等功能，滿足吸氣式感煙火災探測器的各項要求，同時具備自身的核心優勢和創新點。
5.2 創新點
?。?）雙波長雙角度煙霧粒子識別技術：該技術利用了不同煙霧粒子在不同波長不同散射角度下，粒子散射特性隨之變化的特點。通過高速AD采集多路信息，CPU實時處理，利用人工神經網絡算法，極大提高了產品抗誤報能力。
?。?）CO+煙霧雙鑒式煙霧探測：利用高靈敏CO傳感器采集CO濃度信息并匯入CPU，結合煙霧粒子識別技術進行典型火災煙霧的鑒別，提高抗誤報能力。
（3）分區定位功能：使用進口高功率長壽命吸氣泵，根據環境變化風速自檢測自調節，利用風機輪巡功能，實現火災分區定位。
?。?）靈活的通訊組網功能：產品支持RS485、CAN總線、網口通訊等功能，并可通過軟件自行配置。
6 實施效果
6.1 應用價值和推廣前景
吸氣式感煙火災探測器的采樣管路安裝靈活，針對變電站不同的區域可以有不同的布設方式，安裝在天花板或地板下;也可以將采樣管沿著被保護體的走向來安裝;可以利用其獨有的毛細管采樣方式將采樣管插入電氣電力設備機柜內部安裝;也可以將采樣管鋪設到控制室、開關室、繼電器室的電纜橋架內;此外還可以將采樣管布設到空調回風口，這樣更是增加了火災探測的效率，比傳統探測方法更加及時可靠。
6.2 存在問題和不足
該技術利用了不同煙霧粒子在不同波長不同散射角度下，粒子散射特性隨之變化的特點，需多次實驗、結合現場試運行結果，反復調整軟件報警閾值，排除因粉塵、水蒸氣等常見干擾源引起的誤報，以盡可能達到最佳效果，故過程較為復雜，所需時間較長。
作者簡介
韓振興（1973-），男，河北秦皇島人;畢業院校：河北建筑科技學院，專業：機電一體化，學歷：大學學歷，正高級工程師，現就職單位：開灤東歡坨礦，研究方向：電氣自動化。
轉載注明來源:http://www.hailuomaifang.com/1/view-14900778.htm
