变电站智慧消防系统：保障电网稳定运行的关键

电网的稳定运行不仅是电力企业实现社会效益、提高经济效益的保证，也是社会稳定和经济发展的基础，具有战略地位。变电站作为整个电网输变电系统的重要组成部分，起着承上启下的重要作用，而变电站的消防保护直接影响其安全运行，因此变电站的消防安全极其重要。

变电站传统消防手段无法早期发现火灾隐患，不具备快速、高效的确认火灾的技术手段。为保障电网稳定运行，避免消防技术落后对社会稳定和经济发展造成不利影响，如何早期发现、确认和扑灭火灾已成为亟待解决的消防安全问题。

变电站智慧消防系统在传统检测传感器设备的基础上，在火灾探测手段上增加了早期检测传感器设备；在火灾趋势分析上，以状态监测数据为辅；在火灾确认上，采用安防视频监控进行火灾确认；在网络传输上，采用保密性强、安全性高的电力物联网。通过选用变电站智慧消防系统，可以融合早期检测传感器探测信息和状态监测数据特征信息，做到早发现危险趋势，早消除；当有火灾报警信息时，视频监控系统可以确认火灾报警的真实性，这样灭火时就不会出现遗漏、误操作。利用电力物联网，消防系统才能真正做到精准、智能，能更好地保障电网的消防安全。

当前，电网公司正朝着建设“中国特色、国际一流”的能源互联网企业战略目标奋力前进，其中，建设安全可靠的消防体系是电网基础设施有效安全运行的重要保障，是实现战略目标的重要前提。

在传统消防系统建设基础上，增加预警探测设备，结合视频监控系统，辅助以状态监测手段、远程控制灭火系统，将消防系统融入电力物联网，制定了变电站智慧消防系统解决方案策略。

01.变电站传统消防系统

传统消防系统均依据相关规范和标准进行产品的研发、生产、设计、调试和验收。

传感检测功能：主要基于点烟雾、点温度、点火焰、线状烟雾、电缆温度传感器，并辅以手动报警功能，完成检测报警功能；

监控功能：由火灾报警控制器、消防联动控制器完成系统监控功能；

灭火功能：可采用消火栓、喷水灭火系统、细水雾、气体、干粉灭火等方式实现灭火功能。

信息传输功能：通过用户信息传输设备、通讯接口模块等设备实现。

根据《火灾自动报警系统设计规范》和《火电厂、变电站设计防火标准》，传统的消防系统由火灾传感器、火灾报警器、火灾报警控制器、消防应急广播、消防电话、电气火灾监控、消防设备电源监控、消防应急照明及疏散指示、水灭火系统、特种灭火系统等不同的系统设备组成。

传统的火灾传感与探测设备主要有：点型烟雾探测器、线型光束烟雾探测器、点型温度探测器、缆型线型火灾探测器、火焰探测器等设备。

传统的灭火系统设备主要有：自动喷水灭火系统、消火栓灭火系统、水喷雾灭火系统、细水雾灭火系统、气体灭火系统、超细干粉灭火系统等。

传统的变电站消防系统有其天然的不足，当烟雾、温度等物理量达到规定状态时，就会发出警报，当发出警报时，一般火灾已经发生或者火灾较大，已经造成危害和损失，不利于初期控制；预报警时设备状态单一，分为报警、故障状态，不具备实时数据监控功能，不能进行数据分析，不能进行趋势变化分析，由于缺少中间数据，不具备隐患发现和排除故障的功能；信息对外传输时，只具备上传功能，不具备下载控制功能，信息量单一，不利于统一监控管理，无法实现远程控制；灭火联动时所依赖的逻辑关系是设备的状态信息，无法对现场情况进行二次验证；维护管理一般以传统的纸质文件记录，管理方式落后，不符合快速反应和大数据时代的发展要求。

02.智慧消防体系实施方案研究

融入电力物联网的变电站智慧消防系统同样包括4层框架：感知层、网络层、平台层、应用层，是电力物联网的具体实践，但它并不是孤立的，而是融入到电力物联网消防之中，是电力物联网的一部分。

融入电力物联网的变电站智慧消防系统组成部件介绍如下：

普通感知探测系统：由点型烟雾探测器、热感火灾探测器、线型烟雾探测器、热感火灾探测器、火焰探测器等设备组成。

早期感知探测系统：由线性光纤感温火灾探测系统、吸气式烟雾火灾探测系统、红外热成像在线监测系统组成。

视频在线监控系统：视频在线监控系统一般在变电站中已经存在，可直接使用或根据建设情况进行修改。

灭火系统设备：灭火系统设备包括自动喷水灭火系统设备、室内外消火栓灭火系统、细水雾系统灭火设备、气体灭火设备、干粉灭火设备等。

03.变电站智能火灾预警系统

变电站重要一次设备有变压器、高压断路器、隔离开关、母线、避雷器、电容器、电抗器等。变电站重要区域有主控室、继电保护室、配电室、站用电源室、电池室、通信室、电缆桥架、电缆竖井、电缆夹层等。

这些重要设备和区域一旦发生火灾，将影响变电站的安全运行，如何及早发现隐患，判断隐患的发展趋势，成为火灾防治的重要手段。

通过由线型光纤感温火灾探测系统、吸气式烟雾火灾探测系统、红外热成像在线监测系统设备组成的早期感知探测系统，实现对火灾隐患及其发展趋势的早期感知，通过感知温度变化、烟雾颗粒变化，实现早发现、早报警、早分析、早处理，对保护变电站防范早期隐患，将火灾事故遏制在萌芽状态起着至关重要的作用。

红外热像在线监测系统由：探测器、电源箱、传输设备、工作站（监控软件）等设备组成。

安装部位：变压器、变压器油枕、绝缘套管、互感器等电气设备。

检测原理：利用光电技术检测物体热辐射的红外特定波段信号，将信号转换成人眼视觉可以辨别的图像和图形，进一步计算出温度值。

系统优势包括：

先进独特：采用可见光、红外热像同时检测；前端独立测温；红外图像每个像素的温度数据无损失、无压缩实时传输到监控中心，可供软件实时进行点、线、面测温。

自动跟踪：自动跟踪图像内最高温点并实时显示，使用鼠标测量图像上任意位置温度，提取温度并显示，自动跟踪预制箱内最高温点并实时显示。

安全检测：非接触测温，不受被测温场干扰，无需断电；

可靠性高、误报率低：系统具备红外热成像及测温双重功能，将温度数据与图像信息结合进行算法分析，保证火灾信息来源的一致性，并利用彩色图像视频进行人工确认。

测量范围广：红外探测器配上自动巡航跟踪系统，可以远距离、多角度精确监测多个热源目标。

系统功能：系统通过对变压器、变压器油枕、绝缘套管、互感器等电气设备表面温度的异常进行监测，从而监测到电弧、短路、燃烧、火灾等危险性。

吸气式烟雾火灾探测系统由吸气式烟雾火灾探测器、采样管网、采样点、电源模块、联网模块、工作站（监控分析软件）等软硬件设备组成。

安装地点：主控室、继电保护室、配电室、站用电源室、电池室、通讯室、电缆桥架等。

探测原理：吸气式烟雾火灾探测系统是利用空气采样管将从保护区内的空气样本抽入探测器进行分析，从而进行火灾预警的火灾探测报警设备系统。

关键技术：烟雾颗粒智能识别算法、高精度烟雾浓度标定与测量方法、多级烟雾过滤、人工智能预警报警算法、基于空气动力学的气路结构优化。

系统优点：极早期、高灵敏度探测：与传统点型烟雾火灾探测设备相比，吸气式烟雾火灾探测器的探测灵敏度极高，约为传统点型烟雾火灾探测器的1000倍。

误报率低：探测器采用前向、后向、双波长激光散射技术，并经过人工神经网络算法处理，大大提高了产品的抗误报能力。

自学习功能：24小时环境自学习，避免环境变化的影响，克服传统方法只能设定固定阈值的缺点。

管线布置灵活：每台检测仪可设置4条采样管线，可根据现场情况灵活安排管线铺设路径及采样孔设置，方便设计、施工。

检测点本质安全、抗干扰能力强：管道与采样点均可采用非金属材料，可本质安全，不受电磁干扰的影响；现场无电，便于维护、检修。

线型光纤感温火灾探测系统由：线型光纤感温火灾探测器、感温光纤、组网模块、工作站（监控分析软件）等软硬件设备组成。

安装地点：户内变压器、户外变压器、电缆桥架、电缆隧道、电缆夹层、电缆竖井等。

检测原理：基于光时域反射技术（OTDR）和光纤的后向拉曼散射温度效应。将检测光纤敷设在待测试的空间中，光纤主机向检测光缆内发射激光束，并实时采集沿光纤反射回来的拉曼散射光，并对这些光信号进行分析处理，从而得到整条光纤上的温度分布信息。将温度信息与预设的报警参数值进行比较，当满足报警条件时，发出报警信息。

关键技术：高频脉冲激光技术、光纤拉曼光谱技术、光波分复用技术、光时域反射技术、高频信号采集技术、弱信号处理技术。

系统优点：安全稳定：测温光纤本身就是传感器，可实现光电隔离、抗干扰，本质安全、稳定、可靠；

报警方式灵活：根据需要设定、调整报警阈值；可采用定温、差温、差定温等不同报警方式；报警可为点或面；

报警范围大：单通道可达10KM；

定位精度高：测点布置密度可达米级；

报警值准确：可实时在线监测报警值，测量精度在1℃以内；

04.变电站消防水监控系统

采用有效的探测报警手段，解决了探测和感知的问题，能够第一时间掌握火灾的具体情况。火灾能否得到有效的扑灭，成为消防工作的重要保障。变电站灭火系统分为自动喷水灭火系统、室内（室外）消火栓灭火系统、专用灭火系统。

这些消防灭火系统在真正发生火灾隐患时起着至关重要的作用，但长期以来，一直缺乏有效的状态监测措施，设施的开启运行率、完好率处于较低水平。利用传感器技术、通讯技术、数据库技术，实时采集各系统的状态信息，通过通讯手段传送到消防控制室。监控系统对各部分的数据进行监测，及时发现各系统故障、报警的原因，从而提出有效的维护计划，使各系统处于良好的运行状态，在真正需要的时候发挥系统的灭火功能，确保变电站处于消防安全状态。以下是各种检测信息的具体设置：

水压信号

在自动喷水灭火系统末端试水装置、最不利点消火栓箱、室外消火栓取水管处安装水压检测传感器；

液位信号

在消防水池、消防水箱处安装液位检测传感器；

低压泄漏报警信号

气体灭火系统、超细干粉灭火系统均配备低压泄漏报警探测器，方便远程监控启动状态、欠压状态。

通过水压、水位检测传感器，探测器实时向消防控制室发出信号，实时监测自动喷水灭火系统及室内外消火栓系统的水压、液位。通过低压泄漏报警传感器的设置，当气体灭火系统或超细干粉灭火系统装置出现泄漏压力值下降时，信号传输到消防控制室，系统发出异常报警提醒，以便管理人员及时处理。

05.变电站智慧消防视频在线监控系统

《火灾自动报警系统设计规范》要求，需要火灾自动报警系统联动控制的消防设备的联动触发信号应采用两个独立报警触发设备的报警信号的“与”逻辑组合。大部分变电站为无人值守变电站，用传统的技术手段很难确认探测器报警信息是否准确、是否误报，更无法判断灭火是否有效。

视频监控系统在变电站已经普及，在变电站智慧消防解决方案中，火灾报警后，利用视频在线监控系统进行确认成为一种有效手段。传感器探测器报警信息与视频在线监控系统进行交互，视频在线监控系统根据探测器报警信息的地理位置进行视频确认，确认后再决定是否灭火或采取其他措施。这样，探测报警、报警确认、联动灭火就可以做到万无一失。

06.变电站智能消防系统的特点

1、智能感知：传统感知与早期感知相结合，及早发现火灾隐患。

2、智能传输：数据传输设备在原有基础上增加了数据信息网关功能，可以智能地判断哪些数据可以输出，哪些数据可以输入；具备防火墙功能，可以使设备两端的网络、设备、系统更加安全可靠；增加了网关、网桥功能，使变电站智慧消防网络、电力物联网可以互联互通。

3、智能分析：基于传感设备的详细数据，可以实现数据精准、定位准确的早期趋势分析。

4、智慧消防：感知信息结合在线视频监控系统，可以更加及时、准确地确认事故发生，使远程监控灭火更加有针对性、及时性和准确性。

5、智能维护：系统设备的传感设备、控制设备、供电设备、灭火系统欠压、漏电报警等故障报警信息能第一时间及时有效地到达控制中心，便于工作人员第一时间检查、安排维护；设备维护信息采用专门组件管理，第一时间提示维护周期，确保维护及时有效。

融入电力物联网的变电站智慧消防系统可弥补传统火灾报警系统的不足，实现提前报警、智能分析、有效灭火、智慧维护，是电力物联网建设不可或缺的组成部分，是实施建设中国特色国际领先能源互联网企业战略的有力保障。

将传统消防技术与前期感知检测系统相结合，融入电力物联网，使消防系统不再孤立，报警设备在火灾发展的各个阶段都能可靠感知信息，并将感知信息传输到平台层应用。消防感知层设备结合视频监控等辅助确认手段，使消防更加智能化，灭火更加可靠稳定，融入电力物联网的消防系统更加智能化。加入变电站智慧消防系统的电力物联网更加全面、丰富、安全。变电站智慧消防将为打造中国特色国际领先能源互联网企业的战略目标保驾护航。