行業報告丨變電站智慧消防系統策略研究
前言
電網的穩定運行不僅是電力企業發揮社會效益和提高企業經濟效益的保證，也是社會穩定、經濟發展的基礎，具有戰略地位。變電站作為整個電網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，因此變電站的消防安全至關重要。
變電站的傳統消防設置方法不能較早發現火災隱患，對于火災確認不具備快速高效的技術手段。為了保證電網穩定運行，避免因消防技術水平落后給社會穩定、經濟發展帶來不良影響，如何在早期發現火災、確認火災、撲滅火災，成為亟待解決的消防安全課題。
變電站智慧消防系統在火災探測手段上，基于傳統探測傳感設備、增加早期探測傳感設備；在火災趨勢研判上，輔以狀態監測數據；在火災確認上，利用安防視頻監控方式確認火災；在網絡傳輸上，利用高保密性、高安全性的電力物聯網。通過選用變電站智慧消防系統，能綜合早期探測傳感器探測信息、狀態監控數據特征信息，及早發現危險趨勢，做到早發現早排除；在有火災報警信息時，通過視頻監控系統確認火警的真實與否，做到滅火時不漏動、不誤動。發揮電力物聯網的優勢，使得消防系統能真正做到精準、智慧，能夠更好的保證電網的消防安全。
目前，電網公司正圍繞建設“具有中國特色國際領先的能源互聯網企業”戰略目標奮進。其中，安全可靠消防系統的建設，是電網基礎設施有效安全運行的重要保障，是保證戰略目標實現的重要前提。
我們在傳統消防系統建設的基礎上，增加早期預警探測設備、結合視頻監控系統、輔以狀態監測手段、遠程控制滅火系統的手段，將消防系統融入電力物聯網，制定了變電站智慧消防系統解決策略。
變電站傳統消防系統
傳統的消防系統按照相應的規范標準進行產品的研發、生產、設計、調試、驗收。
傳感探測功能：以點型煙霧、點型溫度、點型火焰、線型煙霧、纜式溫度傳感為主，輔助人工報警功能完成探測報警功能；
監控功能：以火災報警控制器、消防聯動控制器完成系統監控功能；
滅火功能：以消火栓、噴淋、細水霧、氣體、干粉滅火等手段實現其滅火功能；
信息傳輸功能：通過用戶信息傳輸裝置、通訊接口模塊等設備實現。
根據《火災自動報警系統設計規范》、《火力發電廠與變電站設計防火標準》傳統消防系統由火災傳感器、消防警報、火災報警控制器、消防應急廣播、消防專用電話、電氣火災監控、消防設備電源監控、消防應急照明和疏散指示、水滅火系統、特殊滅火系統等不同的系統設備組合而成。
傳統消防感知探測設備主要有：點型感煙火災探測器、線型光束感煙火災探測器、點型感溫火災探測器、纜式線型火災探測器、火焰探測器等設備。
傳統消防滅火系統設備主要有：自動噴水滅火系統、消火栓滅火系統、水噴霧滅火系統、細水霧滅火系統、氣體滅火系統、超細干粉滅火系統等。
變電站傳統消防系統有其天然缺點。煙霧、溫度等物理量達到指定狀態時進行報警，報警時一般火災已經產生或火勢較大，已經產生危害并造成損失，不利于初期控制；設備進行預報警時狀態單一，分為報警、故障狀態，不具備實時數據監測功能，不能進行數據分析，不能進行趨勢變化研判，由于缺少中間數據，不具備隱患發現及排查功能；信息對外傳輸時，只具備上傳功能，不具備下傳控制功能，且信息量單一，不利于統一監視管理，不能進行遠程控制；滅火聯動時依賴的邏輯關系為設備的狀態信息，不能對現場情況進行二次核實；維護管理一般按照傳統紙質文件記錄，管理手段落后，不符合快速響應及大數據時代的發展要求。
智慧消防系統實施方案研究
融入電力物聯網的變電站智慧消防系統同樣包含4層框架：感知層、網絡層、平臺層、應用層，是電力物聯網的具體實踐。但它并不是孤立的，而是融入了電力物聯網的消防，是電力物聯網的一部分。
融入電力物聯網的變電站智慧消防系統組成描述如下：
普通感知探測系統：由點型感煙、感溫火災探測器、線型感煙、感溫火災探測器、火焰探測器等設備組成。
早期感知探測系統：由線型光纖感溫火災探測系統、吸氣式感煙火災探測系統、紅外熱成像在線監測系統設備組成。
視頻在線監控系統：視頻在線監控系統在變電站中一般已經存在，可以根據建設情況采取直接利用或加以改造。
滅火系統設備：滅火系統設備包括自動噴水滅火系統設備、室內外消火栓滅火系統、細水霧系統滅火設備、氣體滅火設備、干粉滅火設備等組成。
變電站智慧消防早期感知探測系統
變電站重要一次設備包括：變壓器、高壓斷路器、隔離開關、母線、避雷器、電容器、電抗器等設備。變電站重要區域包括：主控室、繼電保護室、配電室、站用電室、蓄電池室、通訊機房、電纜橋架、電纜豎井、電纜夾層等區域。
這些重要的設備及區域一旦發生火災危險將影響變電站的安全運行。如何早期發現隱患及研判隱患發展趨勢成為火災防控的重要手段。
火災隱患及火災隱患發展趨勢通過線型光纖感溫火災探測系統、吸氣式感煙火災探測系統、紅外熱成像在線監測系統設備組成的早期感知探測系統實現，通過感知溫度變化、煙霧顆粒變化實現早探測、早報警、早分析、早處理的目的。對于保護變電站處理早期隱患、將火災事故止于萌芽階段起著至關重要的作用。
紅外熱成像在線監測系統組成：探測器、電源箱、傳輸設備、工作站（監測軟件）等設備。
設置部位：變壓器、變壓器油枕、絕緣套管、互感器等電氣裝置。
探測原理：運用光電技術檢測物體熱輻射的紅外線特定波段信號，將該信號轉換成可供人類視覺分辨的圖像和圖形，并進一步計算出溫度值。
系統優勢包括：
先進獨特：可見光和紅外熱成像同時檢測；前端可獨立測溫；紅外圖像的每個像素點的溫度數據實時無損無壓縮傳至監控中心，可供軟件實時點、線、面測溫。
自動追蹤：圖像最高溫度點自動追蹤并實時顯示，鼠標取點測溫對圖像上任意位置進行溫度提取和顯示，預制方框內最高溫度自動追蹤和實時顯示；
安全探測：非接觸式測溫，不干擾被測溫度場，不停電；
可靠性高、誤報率低：系統具有紅外熱成像和測溫雙重功能，同時將溫度數據與圖像信息相結合進行算法分析，確保火災信息源的一致性，并搭配彩色圖像視頻進行人工確認。
測量范圍廣：紅外探測器搭接自動巡航跟蹤系統，能夠遠距離、多角度地精確監測多個熱源目標。
系統作用：系統監測變壓器、變壓器油枕、絕緣套管、互感器等電氣設備的表面溫度異常狀態，從而監測電弧、短路、燒毀、起火危險。
吸氣式感煙火災探測系統組成包括吸氣式感煙火災探測器、采樣管網、采樣點、電源模塊、組網模塊、工作站（監測分析軟件）等軟硬件設備。
設置部位：主控室、繼電保護室、配電室、站用電室、蓄電池室、通訊機房、電纜橋架等部位。
探測原理：吸氣式感煙火災探測系統是通過空氣采樣管把保護區的空氣樣本吸入探測器進行分析從而進行火災的早期預警的火災探測報警設備系統。
關鍵技術：煙霧粒子智能識別算法、高精密煙霧濃度標定計量方法、煙霧多級過濾、人工智能預警報警算法、基于空氣動力學的氣路結構優化。
系統優勢：極早期高靈敏度探測：相較于傳統的點型感煙火災探測設備，吸氣式感煙火災探測器的探測靈敏度極高，為傳統點型感煙火災探測器的1000倍左右。
誤報率低：探測器采用前后向、雙波長激光散射技術，通過人工神經網絡算法處理，極大地提高了產品抗誤報能力。
自學習功能：24小時環境自學習，避免環境變化的影響，克服傳統的只能設置固定閾值的弊端。
管路布置靈活：每臺探測器可設置4根采樣管路，管路敷設路徑和采樣孔的設置根據現場情況靈活安排，方便設計和施工。
探測點本質安全、抗干擾能力強：管路和采樣點均可采用非金屬材料，可以做到本質安全、不受電磁干擾；現場不帶電，方便維護保養檢修。
線型光纖感溫火災探測系統系統組成：線型光纖感溫火災探測器、感溫光纖、組網模塊、工作站（監測分析軟件）等軟硬件設備。
設置部位：室內變壓器、室外變壓器、電纜橋架、電纜隧道、電纜夾層、電纜豎井等部位。
探測原理：依據光纖的光時域反射（OTDR）和后向拉曼（Raman）散射溫度效應。將探測光纖敷設于待測空間，光纖主機將激光光束發射到探測光纜中，并實時采集沿著光纖反射回來的拉曼散射光，并對這些光信號進行分析和處理，從而得出整條光纖上的溫度分布信息。將該溫度信息與預設的報警參數值進行比較，當滿足報警條件時，發出報警信息。
關鍵技術：高頻脈沖激光技術、光纖喇曼光譜技術、光波分復用技術、光時域反射技術、高頻信號采集技術、微弱信號處理技術。
系統優勢：安全穩定：測溫光纖本身即為傳感器，實現光電隔離、抗干擾，本質安全，穩定可靠；
報警方式靈活：根據需要設置、調整報警閾值；可采用定溫、差溫、差定溫等不同的報警方式；可以以點或區域報警；
報警范圍大：單通道最長可達10KM；
定位精度高：測點的布置密度可達米級；
報警值精確：可實時在線監測報警值，測量精度在1 ℃以內；
變電站消防水監測系統
采用有效的探測報警手段解決了探測感知的問題，能第一時間掌握火災發生的具體情況。能否進行有效滅火成為消防的重要保證。變電站滅火系統分為自動噴水滅火系統、室內（外）消火栓滅火系統、特殊滅火系統。
這些滅火系統在真正發生火災危險時起著至關重要的作用，但長期以來缺乏有效的狀態監控措施，設施的開通運行率及完好率處于較低的水平。采用傳感器技術、通訊技術、數據庫技術實時采集各個系統的狀態信息，通過通信手段傳輸至消防控制室，通過監控系統對各個部位的數據進行監控，及時發現各個系統發生故障、報警的原因，從而提出維護的有效方案，使得各個系統處于良好的運行狀態，真正需要的時候發揮系統的滅火作用，保障變電站處于消防安全的狀態。以下是各種探測信息的具體設置方法：
水壓信號
在自動噴水滅火系統末端試水裝置處、最不利點消火栓箱處、室外消火栓取水管道處安裝水壓探測傳感器；
液位信號
在消防水池、消防水箱處設置液位探測傳感器；
低壓泄露報警信號
氣體滅火系統、超細干粉滅火系統設置低壓泄漏報警探測器，便于遠程監控啟動狀態和欠壓狀態。
通過水壓、水位探測傳感器，探測器實時把信號送至消防控制室，對自動噴水滅火系統、室內外消火栓系統的水壓、液位情況實時監測。通過低壓泄露報警傳感器的設置當氣體滅火系統或者超細干粉滅火系統裝置出現泄露壓力值降低時，會將信號傳送至消防控制室，系統會進行異常情況報警提醒，便于管理人員及時做出處理。
變電站智慧消防視頻在線監控系統
在《火災自動報警系統設計規范》中要求需要火災自動報警系統聯動控制的消防設備，其聯動觸發信號應采用兩個獨立的報警觸發裝置報警信號的“與”邏輯組合。多數變電站為無人值守變電站，探測器報警信息是否準確，是否發生誤報現象運用傳統的技術手段不便確認，滅火是否有效更無從談起。
變電站中已經普及視頻監控系統，在變電站智慧消防解決方案中，火災報警后，采用視頻在線監控系統進行確認成為行之有效的手段。將感知探測器報警信息與視頻在線監控系統進行信息交互，視頻在線監控系統根據探測器報警信息的地理位置進行視頻確認，確認后進行是否滅火或者采取其他措施的判斷，這樣能夠做到探測報警、報警確認、聯動滅火的萬無一失。
變電站智慧消防系統的特點
智慧感知：傳統感知與早期感知相結合，做到早期發現火災隱患。
智慧傳輸：數據傳輸設備在原有基礎上增加數據信息網閘的功能，可智慧判斷哪些數據可出或可進；具備防火墻功能，可讓該設備兩端的網絡、設備、系統更安全更可靠；增加網關、網橋的功能，使得變電站智慧消防網絡和電力物聯網之間可互聯互通。
智慧研判：根據感知設備的詳盡數據，可以做到數據精確、定位準確的早期趨勢研判。
智慧滅火：感知信息輔以視頻在線監控系統，能更加及時準確地確認事故，使得遠程監控滅火有的放矢，及時準確。
智慧維保：系統設備的感知設備、控制設備、供電設備的故障報警信息、滅火系統欠壓、泄漏報警等信息均能在第一時間及時有效地到達控制中心，工作人員第一時間便可查看并安排維護；設備保養信息采用專用組件進行管理，保養周期第一時間提示，做到及時有效保養。
融入電力物聯網的變電站智慧消防系統能夠彌補傳統消防報警系統的缺點，做到及早報警、智慧研判、有效滅火、智慧維保，是建設電力物聯網的必不可少的組成部分，是建設具有中國特色國際領先的能源互聯網企業戰略落地實施的有力保障。
傳統消防技術與早期感知探測系統相結合共同融入電力物聯網，使得消防系統不再孤立，使得報警設備感知信息做到火災發展的各個階段均能可靠感知，感知信息傳至平臺層以便應用，消防感知層設備結合視頻監控等輔助確認手段，使得消防更加智慧智能，使得滅火更加可靠更加穩定，使得融入電力物聯網的消防系統更加智慧，使得加入變電站智慧消防系統的電力物聯網更加全面、更加豐富、更加安全，變電站智慧消防為建設具有中國特色國際領先的能源互聯網企業戰略目標保駕護航。
原文：
行業報告丨變電站智慧消防系統策略研究
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