矿区地面变电所防灭火技术创新应用研究.pdf

世界有色金属2023年6月上154矿区地面变电所防灭火技术创新应用研究刘帅（国家能源集团国源电力有限公司三道沟煤矿，陕西 榆林 7 1 9 4 0 7）摘 要：电气火灾作为各类火灾中危害性最大之一，每年约占总火灾的3 0%。而在所有的电气火灾中，因变电站中含有的可燃设备是所有电力系统中最多的，故7 0%多的火灾发生在变电站。作为电力传输的重要载体和高电压危险场所，变电站一旦其发生火灾事故，往往导致设备烧损、故障跳闸，难以扑救，造成电力中断还易造成巨大的关联安全事故以及生产损失。本文对矿区地面的变电所防灭火技术进行探讨，并展望其实际应用前景。关键词：矿区；地面变电所；灭火技术；应用；火灾中图分类号：T D 7 5 2 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2-5 0 6 5（2 0 2 3）1 1-0 1 5 4-3Research on innovative application of fire prevention and extinguishing technology in ground Electrical substation of mining areaLIUShuai(S t a t e E n e r g y G r o u p G u o y u a n P o w e r C o.,L t d.S a n d a o g o u C o a l Mi n e,Y u l i n 7 1 9 4 0 7,C h i n a)Abstract:A s o n e o f t h e mo s t h a r mf u l f i r e s,e l e c t r i c a l f i r e s a c c o u n t f o r a b o u t 3 0%o f t h e t o t a l f i r e s e v e r y y e a r.I n a l l e l e c t r i c a l f i r e s,mo r e t h a n 7 0%o f t h e f i r e s o c c u r i n s u b s t a t i o n s b e c a u s e t h e c o mb u s t i b l e e q u i p me n t c o n t a i n e d i n s u b s t a t i o n s i s t h e l a r g e s t a mo n g a l l p o w e r s y s t e ms.A s a n i mp o r t a n t c a r r i e r o f p o w e r t r a n s mi s s i o n a n d a h i g h v o l t a g e d a n g e r o u s p l a c e,o n c e a f i r e a c c i d e n t o c c u r s i n a s u b s t a t i o n,i t o f t e n l e a d s t o e q u i p me n t b u r n i n g a n d f a u l t t r i p p i n g,w h i c h i s d i f f i c u l t t o p u t o u t,a n d i t i s a l s o e a s y t o c a u s e h u g e a s s o c i a t e d s a f e t y a c c i d e n t s a n d p r o d u c t i o n l o s s e s w h e n p o w e r i n t e r r u p t i o n i s c a u s e d.T h i s p a p e r d i s c u s s e s t h e f i r e p r e v e n t i o n a n d e x t i n g u i s h i n g t e c h n o l o g y o f t h e g r o u n d s u b s t a t i o n i n t h e mi n i n g a r e a,a n d l o o k s f o r w a r d t o i t s p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n p r o s p e c t s.Keywords:mi n i n g a r e a;G r o u n d s u b s t a t i o n;F i r e f i g h t i n g t e c h n o l o g y;A p p l i c a t i o n;f i r e收稿日期：2 0 2 3-0 3基金项目：项目名称：国神公司三道沟煤矿地面变电所防灭火技术应用与研究，项目编号：三道沟煤矿（2 0 2 2 0 1）0 6 6 号。作者简介：刘帅，男，生于1 9 8 9 年1 0 月，汉族，山东济宁人，本科，工程师，研究方向：矿井机电。1 变电站消防设施现状变电站拥有变压器、电缆、电容器等易燃易爆物品，变电站具有高电压、全年无休高负荷率运行的特点，针对开关、接头以及绝缘体系的发热隐患点，传统变电站内的消防设施均还停留在点对点的探测和被动式应急阶段；常规设计的站内消防监测参考自一般建筑消防体系，极少针对变电站既有大空间，也有极狭窄空间的特征进行布署；上述因素导致无法对变电站进行系统、全方位的火灾防控，无法实现预警和分级告警。传统的变电站内消防设施均停留在点对点的探测和被动式应急阶段，无法对变电站进行系统、全方位的火灾防控1。传统的消防火灾监测的缺点：设备及信息精度不高；主动探测困难，滞后效应明显；单层次监测，对重点设备做不到多层立体监测覆盖；传感器单一类型监测，各自有弱项或盲区，做不到复合互补、信息融合。对于视安全为生命的矿区供电的变电所，建立具有智能预警功能的变电站火灾科技防控体系，既是响应“预防为主、防消结合”政策的需要，也是针对严峻的安全形势提出的必然要求。因此，我们需要研究一款可实时监测电气设备运行状态的系统以及自动灭火系统，在发生电气火灾时可第一时间发现并进行有效处置，保证电气设备安全运行2。通过分区多层次部署新型探测设备，通过多探测器的信息融合运算分析，用新的实时监测实现早期发现早介入，保证火灾预防管理工作的有效展开，最大化地提高矿区地面35KV变电站的安全裕度，研究成果将对其他变电站消防管理形成示范效应并提升单位科技管理水平。通过研究自动灭火系统，在火灾预警监测系统发出信号时，能够快速联动到自动灭火系统，根据信号传输位置，结合自动灭火系统的探测区域，自动分析是否触发灭火启动装置。自动灭火系统需要达到灭火效率高、灭火速度快、使用范围广，不会造成二次污损等特性。通过研究自动灭火系统能最大程度的保护变电站的资产设施。2 矿区地面变电所防灭火技术应用结合国内外变电站的成功应用经验，为更好的保障电力系统的正常运行及保障人民安全用电，根据变电站不同的危险源进行有针对性的火灾早期探测及预警技术防护，通过区域型火灾报警控制器将组合式报警信号进行智能分析判断并上传云平台，在确认火灾报警状态时及时启动视频监控，由枢纽站的值班人员进行现场确认，启动联动灭火系统及相关应急处置预案，最终实现全面保护、早期报警、防患于未然的火灾防护目的。本文通过对国神公司三道沟矿区地面变电所防灭火技术应用与研究的研究，采用多层次部署、数值模拟、信息融合运算分析以及现场应用相结合的方法实现以上目标。2.1 技术概述目前常用的火灾报警手段有人工巡检、点式烟感、火焰探测器等，人工巡检效率低，容器产生疲劳；点式烟感都是固定灵敏度，往往火灾持续燃烧一段时间内才会报警信号；传统的火灾报警系统无法实时、动态远距离的感知潜在危情，已经不能满足当前日益严峻和复杂火灾预警的需求。随着微电子技术、传感器技术、通信和网络技术的高速发展，2023年6月上 世界有色金属 155使火灾探测报警时间的提前、火灾探测报警可靠性的提高、火灾探测报警系统的网络化等都成为可能。鉴于目前普通类型的感温、感烟火灾探测报警器已不能满足需求，必须采用超早期火灾探测报警技术。实现火灾报警的提前和提高火灾探测报警的可靠性。本技术针对变电站不同场域、火灾发生的不同阶段，全方位、全空间的对变电站进行全面监控。通过对火灾的、间接温度、直接温度、烟雾探测、气体分析等多维数据融合建立预警报警仿真模型，通过模型运算，在监测系统中主动调节各个监测系统的预警报警阈值，从被动应急变为主动防御。2.2 技术路线变压器与配电间属于高大空间，宽阔的空间影响气体探测灵敏度，需要构建强迫循环的热解气体式传感器，提高探测灵敏度；电缆沟等狭窄空间，空气流动差存在密闭等特点，需构建线形传感器敷设，传统的点布署传感器不适合，常常存在监测不到等情况；针对变电站的现实情况，通过采用基于多传感器的信息融合技术，无源结合有源、无线加有线的开放技术架构，实现对变电所内部主要设施分级分区分层地进行多状态复合监测及科学化的管理3。本项目主要的技术路线如下：空间内火灾的分区研究；线下气体成分分析；传感器内置算法优化；分区监测设计与实施；多传感器信息后台融合；阙值管理与报警准确度优化。2.3 技术创新主要创新点在于空间变化对探测器布置影响、基于变电站设施火灾阶段细分、多传感器融合技术应用、提高准确性的机器学习算法。该系统实时探测电气设备线型部位及各连接点处温度信息，实时在线监测被检测对象的温度和火灾状况，如电缆桥架、电缆夹层、电缆竖井、电缆隧道、变压器及开关柜中各触头、引流线、电缆头、电缆中间连接处、电容器等，由于电气设备长期运行的可靠性、接触紧密性、弹性变差等因素而形成的过热及火灾。该系统采用基于多传感器的信息融合技术，无源结合有源、无线加有线的开放技术架构，可提高系统的灵活性、可扩展性、安全性，主要包括现场采集层、网络通信层和平台应用层，通过该系统的实时在线监测，对变电所内部主要设施分级分区分层地进行多状态复合监测及科学化的管理，实现实时运行信息采集、本体监测、环境监测、分级预警、准确报警、自诊断、消防联动、系统管理等功能。图1矿区技术架构图3 矿区地面变电所防灭火技术应用系统3.1 平台主界面通过图形化界面展现除图像火灾监测系统外的其余监测设备点，以达到对变电站全方位的实时监控。实时探测电图2平台主界面图图3平台故障预警界面世界有色金属2023年6月上1561特大型矿井灌浆防灭火系统设计J.牛德振.煤炭技术.2017(09).2某家电厂给水排水和水灭火系统设计与问题分析J.杨琦.给水排水.2021(10).3灭火系统设计中如何正确选择压力开关和电接点压力表J.蓝天.消防技术与产品信息.2006(02).气设备线型部位及各连接点处温度信息：实时在线监测被检测对象的温度和火灾状况，如电缆桥架、电缆夹层、电缆竖井、电缆隧道、变压器及开关柜中各触头、引流线、电缆头、电缆中间连接处、电容器等，由于电气设备长期运行的可靠性、接触紧密性、弹性变差等因素而形成的过热及火灾，通过该系统的实时在线监测，即可在短时间内预警电气故障、爆炸和火灾的发生。3.2 故障预警对变电站柜体、电缆沟、外部气体环境、变压器等全数据实时采集，在监测系统中主动调节预警报警阈值，可设置多级的报警值（如一级预报警阀值、二级预报警阀值，火灾报警阀值）；各个控制分区可以设定不同的响应灵敏度及定温报警值，在阀值范围内可任意选值设置；针对事故发生前温度变化率大的特点,在报警设置中可设置温度变化率阀值,实时监视探测点温度的变化，当检测到温度变化率大于该值时发出报警信号,并提供相应的报警信号输出，并且可以根据环境不同进行修正，准确判断设备故障及实际故障点，对达到预警值和越限值的检测点进行声光预警。实现提前预警主动防御的功能。3.3 火灾报警当监测系统收到报警阈值故障信息时，自动报警信息功能。自动报警时，系统会自动把敷设在设备上的各路光纤上及其它设备点上的实时温度数据与设置的报警温度比较，一旦发现超温，电脑屏幕会自动弹出“报警信息”窗口，提示报警的位置及其温度值。报警信息提供报警种类、光纤号、位置、温度值等信息供用户分析。具有自动和手动保存温度数据功能。提醒关注故障状况，及时采取相应措施消除变电站隐患。图4平台数据分析界面图5平台历史查询界面3.4 数据分析通过模型运算，建立预警报警仿真模型，经过多维数据信息融合运算分析，判断故障发生的原因，指导企业开展治理，达到消除潜在的电气火灾安全隐患，全面保障用电安全。3.5 历史查询实现对所有报警信息的历史追溯，以及灾情事故的回溯，并可供用户查询、调阅。储存各种故障及操作试验信号，信号储存时间，大于12个月：能够对不同类型的数据进行统计、保存、查询、打印、复制。数据类型有：一级预报警数据；二级预报警数据，事故报警数据，异常温度数据，正常温度数据，日/月/年平均温度数据等。记录该时段历次巡检和预警报警状况。也可由操作人员手动生成报告文件，方便备份保存。4 结语本文通过对国神公司三道沟矿区地面变电所防灭火技术应用与研究，采用多层次部署、数值模拟、信息融合运算分析以及现场应用相结合的方法，达到缩短火灾探测报警和火灾处置时间，提高变电站的火灾安全性和运行可靠性，推动了防灭火工作与矿区智能化建设同步发展,保障了矿井正常安全生产,对于智慧矿山建设具有积极的实践意义和推广价值。