变电站消防在线智能管理系统研究

摘要：变电站在长期的运行过程中，存在较多的消防安全影响因素，需要对这些消防安全因素加以管控，保障变电站的运行安全。该系统分析了变电站消防网格的划分及变电站消防报警联动系统的结构，并介绍了智能灭火装置的硬件结构及软件系统，包括灭火装置中电磁阀的控制电路和智能灭火装置中的烟雾报警器原理等。结果表明采用该智能消防管理系统及灭火装置，可以降低变电站发生消防事故和出现大面积停电事件的概率，提高变电站的运行稳定性，对提升变电站的消防安全水平具有一定的价值。

关键词：变电站；消防；智能管理；灭火装置

当前变电站基本都实现了无人值守，如果变电站的消防系统达不到规定的要求，则当变电站发生火灾时，就不能及时有效扑灭火情。由于电力企业加强对变电站管理，变电站基本都配置了辅助监视控制系统，可以对非法入侵、消防火灾等情况进行监控。在变电站中采用消防在线智能管理系统及灭火装置是很有必要的，如果变电站出现消防安全事故，那么会带来很大的经济损失[1]。该文首先阐述了应用变电站消防系统的重要性，其次，该系统分析了变电站消防在线智能管理系统的结构及原理，最后介绍了变电站消防系统中的智能灭火装置，对保障变电站安全稳定地运行有重要的意义。

1变电站消防网格的划分及消防在线智能管理系统

在变电站消防系统中，可以通过网格化的概念，根据变电站中各个区域的具体特点，将其划分为不同的网格，并对不同的网格采取不同的消防手段，达到差异化配置消防措施的目的，分别对各个网格的消防状态进行监测及警戒。当变电站某个消防网格中出现异常情况时，可以及时启动消防系统，在发生火灾前，就可以消除安全隐患，使变电站安全稳定地运行。

1.1变电站消防网格的划分

将变电站消防网格划分为主控室消防区域、电缆沟消防区域、继电保护室消防区域、配电室消防区域、主变压器消防区域、电抗器消防区域、电容器消防区域、蓄电池消防区域等，这也符合建筑消防设计规范和电力设备消防规程中的相关规定。

1.2变电站消防在线智能管理系统

在变电站消防在线智能管理系统中，布置于变电站各个网格内的消防报警设备将所采集到的数据信息，采用以太网通信技术并经过通信协议转换，发送到消防告警管理系统中[3]。火灾报警在线智能管理系统中的主机通过对收到的各类数据信息进行分析和处理，对变电站中各个网格的消防安全状态进行监视和控制，图1为变电站消防报警联动系统结构图。变电站消防报警联动系统中的各个部件都是处于实时工作状态，所以可以完成变电站消防的在线监测和预警，加强对变电站的消防管理。从图1中可以看出，变电站消防报警联动系统包括火灾电话、烟雾传感器、火灾按钮、火灾警示灯、警笛和广播等。当变电站发生火灾时，烟雾传感器会首先感知到，随之即可启动一系列的消防安全告警设备，以便提醒运维人员采取措施加以处理。同时还提供了火灾电话和火灾按钮等手段，保障变电站的消防安全，图2为变电站消防报警联动系统中的数据流向。烟雾传感器将发送数据信息给消防管理系统中的控制装置，然后控制装置再将命令发送给管理系统中的警示灯和警笛，实现消防在线智能告警。此外，位于变电站网格内的消防报警联动系统还会将火灾预警信息上传到变电站智能辅助监控系统中，并通过视频监控系统将具体的现场运行情况发送到主站系统[4]。经过变电站智能辅助监控系统的分析和判断，就可以启动相应的告警设备和消防设备，达到灭火的目的。

2变电站消防中的智能灭火装置

智能灭火装置是变电站消防在线智能管理系统中的关键设备，为了保证能够及时扑灭变电站火情，需要加强智能灭火装置中的硬件系统和软件系统设计，提高智能灭火装置的应用性能，以下进行详细地分析。

2.1智能灭火装置中的硬件系统

智能灭火装置的运行原理是当装置中的传感器模块检测到了周围环境的运行数据达到了动作临界值时，将采集到的数据传输到控制模块中。经过控制模块的分析和计算，将启动装置打开电磁阀，并向着火区域喷射阻燃剂，同时发出告警信息。在智能灭火装置的硬件组成中，包括了控制功能模块、报警器模块、传感器模块、电源模块、光电耦合模块、阻燃剂、电磁阀模块等，这些都是智能灭火装置中的重要组成部分。其中光电耦合模块起隔离的作用，从而方便打开或者关闭电磁阀。

2.2智能灭火装置中的电磁阀设计

电磁阀控制电路是智能灭火装置中的关键组成部分，图3为基于单片机的电磁阀控制电路设计图。在该控制电路的设计过程中，选用TLP521-4作为智能灭火装置电磁阀控制电路中的可控光耦合器件，在很多电子设备的生产过程中都采用了这种类型的光耦合器件。在该耦合器件中，设置了4个相互独立的耦合功能单元，运行功耗在150mW左右，可以保证在前端的输入信号和后端的负载相互之间隔离，达到提高控制电路抗干扰能力的目的，并且也可以提高控制电路运行的安全性。图3灭火装置电磁阀的控制电路图在图3中，7、8、9、10等4个不同的引脚相互之间组成1个相对独立的功能单元，其中7号引脚和8号引脚是数据输入引脚，而9号引脚和10号引脚为数据输出引脚。P2.1为单片机的控制信号输出口，和耦合器的第8脚相连，7脚为电源，10脚用来输出信号控制电磁阀的开闭。当P2.1口输出低电平时，此时二极管和三极管处于导通状态，从而开启电磁阀；当P2.1口输出高电平时，电磁阀为关闭状态。

2.3智能灭火装置中的烟雾报警器设计

在智能灭火装置中，烟雾报警器也是关键组成部分，图4为烟雾报警器的设计电路图。在烟雾报警器的结构中，主要采用MC145018控制芯片和烟雾传感器相互配合运行。电源采用电压为9V的独立电源，通过按钮开关和限流保护电阻接入MC145018控制芯片中的7号引脚。从图4中可知，当室内出现了烟雾时，则烟雾传感器所感受到的电压及电流就会发生变化，可以判断是否应该触发报警器发出告警信息。在智能灭火装置中的烟雾报警器控制电路中，1、3、4号引脚无须使用，TEST为烟雾报警器的测试开关按钮。2号引脚和电压比较器相连，5号引脚经过限流电阻连接发光二极管LED，以便当出现异常情况时，能够发出光预警信号。6号引脚给电路提供一个接地通道，7号引脚经过按钮开关S1连接外界9V电源，8号引脚配合10-11号引脚连接压电喇叭。9号和12号引脚连接电容，14-16号引脚用来连接烟雾传感器，各个电阻元件以及电容元件参数如图4所示。

2.4智能灭火装置中的电压比较器设计

在该烟雾报警器中，由于MC145018芯片的2引脚所输出来的信号为模拟信号，需要通过电压比较电路进行模拟量和数字量的转换之后，才能够被单片机识别。因此在智能灭火装置的开发设计过程中，电压比较器的电路设计是重要内容之一，以便取得很好的模数转换效果，图5为智能灭火装置中的电压比较器功能模块设计图。在图5的电压比较器功能模块中，电压比较器的3号引脚可以引入烟雾报警器2号引脚中的信号，并且和电压比较器中的2号引脚的电压进行参考和比较，达到将烟雾报警器芯片中的2号引脚信号波形加以整形的目的。如可以将2号引脚信号中的不规则的波形，经过电压比较器之后，转换为规则的方波信号，并进一步送入控制芯片中的P3.7口，使控制芯片获取到报警器中的数据信息。当方波出现高电平时，此时通过控制芯片，可以记录下出现高电压脉冲的数目。当个数达到设定的阈值后，就可以采取具体的灭火措施，并打开电磁阀。如果高电平脉冲个数没有达到规定的阈值，则保持不动，防止智能灭火装置出现误动作的情况。

2.5智能灭火装置中的软件系统

软件系统也是智能灭火装置中的关键组成部分，在软件系统的设计过程中，应秉承精简的原则，通过尽可能少的代码数量实现智能灭火装置的功能。当着火区域的火情被扑灭后，将智能灭火装置的电磁阀关闭，完成整个灭火流程，图6为智能灭火装置中的程序流程图。从智能灭火装置中的程序流程图（图6）可以看出，当烟雾传感器采集到烟雾浓度信息后，此时控制系统会收到脉冲信号。当控制系统接收到多次烟雾异常脉冲信号时，此时可以启动电磁阀并灭火。当控制系统收到的异常脉冲次数在所设定的范围内，可以不启动电磁阀，防止出现误报的情况。从该过程中可以看出，软件程序中所设定的接收异常脉冲次数和灭火装置的运行可靠性及反应速度有直接的关系。如果设定次数过大，则反应不够灵敏，如果设定次数过小，则可能会受到干扰信号的影响，使应用效果不佳，一般可以设定异常脉冲次数为8次，这样可以达到一个相对平衡的状态，保证智能灭火装置能够可靠发挥出消防灭火作用[2]。

3结论

消防系统直接与变电站的运行安全稳定水平相关，合理制定变电站中各个区域的消防安全措施，对保障变电站的消防安全具有重要的意义。该文分析了变电站消防在线智能管理系统，并介绍了智能灭火装置的原理和软件流程。采用消防管理系统和智能灭火装置，可以保障变电站内各个网格的消防安全，以便为电力用户提供更可靠的电力供应。

参考文献

[1]颜国华，盛鹏飞，傅进，等.基于泛在电力物联网的智慧消防管控系统[J].电气开关，2020，58（2）：5-8.

[2]吴志敏，于军.变电站智慧消防系统建设探索与研究[J].电力系统装备，2020（8）：35-49.

[3]王瑞，郝志刚.智能变电站消防灭火系统优选探究[J].山西电力，2019（5）：43-46.

[4]宋鹏，王文杰，周信，等.无人值守变电站消防智能管控系统研究设计[J].数字通信世界，2020（11）：39-41.

[5]郑宝强，张健，曹飞，等.基于泛在电力物联网的无人值守变电站消防策略研究[J].南方能源建设，2020，7（4）：75-80.

作者：王洋 吴亮亮 何健 饶剑 单位：陈德超国网江西省电力有限公司上饶供电分公司