光纤温度及烟雾早期预警技术在东欢坨矿110kV变电站的应用
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摘 要：随着科技的发展和自动化程度的提高，变电站正朝着无人值守的方向发展，这就对变电站的火灾防护提出了更高的要求。通过在变电站高压室及电缆夹层安装吸气式感烟火灾探测器，空气采样管把保护区的空气吸入探测器，实现火灾自动报警。相较于传统的感烟探测产品，吸气式感烟火灾探测器的探测灵敏度可达其1000倍以上，并通过算法降低误报率，从而实现极早期火灾探测报警的功能。
关键词：光纤温度 烟雾早期预警技术 变电站 应用
中图分类号：TD266 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）04（a）-0076-02
随着科技的发展和自动化程度的提高，变电站正朝着无人值守的方向发展，这就对变电站的火灾防护提出了更高的要求。绝大多数变电站火灾为电气火灾，传统火灾探测器一般都在火焰燃烧阶段，产生一定浓度的烟雾后才会发出报警。相比而言，“变电站分布式智能感烟火灾早期预警系统”作为极早期火灾预警设备，却能在火灾预燃阶段（提前30～120min）发出报警，从而赢得宝贵的时间，把隐患消灭在萌芽中。
“东欢坨矿110kV变电站光纤温度及烟雾早期预警技术”是将吸气式感烟火灾探测器应用于变电站各区域火灾极早期预警报警的应用性课题。根据目标变电站的实际情况，空气采样管管路的合理设计，确定采样管开孔数量和位置，毛细管采样和回风口采样方式的设计，恶劣环境下探测器自适应算法的调整是本论文的核心工作。系统的完成将彻底解决变电站火灾极早期预警的需求，并使系统产品化，具有在电力行业中推广的实用价值和示范意义。
1 变电站现状
从技术和实际应用来讲，吸气式感烟火灾探测技术能够检测极早期火灾的烟雾产物，灵敏度极高，优于传统的火灾探测方式。但是基于光电探测原理，如果进入探测腔的颗粒是足以引起光散射的微小颗粒，比如粉尘、水蒸气等干扰颗粒，就极容易引起探测器误报。由于无法有效识别这些干扰颗粒，限制了探测器响应灵敏度的进一步提高。
现场考察认为工作环境相对一般，南北配电室环境相对较好，但电缆桥架、中控室现场存在一定粉尘灰尘，给高科技精密设备的正常工作造成一定的影响，目前没有现成的设备能够完美实现变电站烟雾的早期预警，必须在深入掌握现场需求和现场的工作环境的基础上通过技术改造，软件编写，进行二次开发实现该系统功能。
2 实施的总体思路
东欢坨矿业分公司110kV变电站内，包括南、北两个配电室，中控室，以及电缆夹层等区域进行极早期火灾预警监测，按照《煤炭安全规程》的要求，实现各种防护功能，课题试验中按照国家有关电气、机械的相关标准进行。
2.1 现状分析
从技术和实际应用来讲，吸气式感烟火灾探测技术能够检测极早期火灾的烟雾产物，灵敏度极高，优于传统的火灾探测方式。但是基于光电探测原理，如果进入探测腔的颗粒是足以引起光散射的微小颗粒，比如粉尘、水蒸气等干扰颗粒，就极容易引起探测器误报。由于无法有效识别这些干扰颗粒，限制了探测器响应灵敏度的进一步提高。
现场考察认为工作环境相对一般，南北配电室环境相对较好，但电缆桥架、中控室现场存在一定粉尘灰尘，给高科技精密设备的正常工作造成一定的影响，目前没有现成的设备能够完美实现变电站烟雾的早期预警，必须在深入掌握现场需求和现场的工作环境的基础上通过技术改造，软件编写，进行二次开发实现该系统功能。
2.2 研发遵循的原则
课题研发立足于以下原则，即先进性、实用性（性价比优）、可靠性、安全性、易操作性、易维护性、可扩展升级、规范性。
（1）先进性：系统包含激光、光电/磁电、无线等在当前具有必然的先进性，但这里所指的先进性主要指设计开发理念必须是先进的，采用的技术必须是先进的，为智能化无人操作奠定一定基础。
（2）实用性：系统强调采用先进的技术同时，应比选适用成熟的设备，满足用户的使用需求，尽可能降低投入，实现高性价比，真正使系统的推广应用成为可能。
（3）可靠性：系统运行做到稳定、可靠，不会对电气设备的运行造成干扰，不影响正常生产。
（4）安全性：系统遵从电力行业一般要求，集成设备电磁兼容，操作系统安全稳定，设备具有防拆卸、破坏的防护措施。
（5）易操作性：有一定基础的操作人员简单培训即可上岗，控制系统有自检功能，自动控制状态缺省功能，手动/自动切换功能。
（6）易维护性：系统集成采用模块化，模块通用性强，出现故障易于判断，通过更换模块在最短时间修复。
（7）可扩展性：系统预留接口，便于单机的功能扩展，系统软件可升级。
（8）规范性：系统遵照国家现行颁布的煤矿通用电气设备的技术规范、安全规范。
3 技术方案
系统总体技术方案贯彻“以人为本、提高控制管理科技水平、建立安全生产长效机制”的长远目标和管理理念，针对提出的功能需求设计控制流程。根据控制流程确定系统架构，进而开发本课题装置。
3.1 系统设计
（1）管路开孔。
吸气式感烟火灾探测系统中包含若干数量的管子，这些管子可以铺设在探测区，形成管网。每条管子上钻出若干数量的小孔，每一个小孔称为一个采样点。探测器内有抽气装置，将通过这些小孔将探测区域的空气或烟雾经管路抽到探测器内并送到灵敏度极高的激光探测腔内进行分析。
管路开孔直径不大于2mm，末端孔直径不大于6mm，单管长度不大于100m，同时应满足：从最末端采样孔处加烟，到探测器显示烟雾浓度升高，时间不超过120s。
（2）管路材质。
根据应用环境不同，可以选择多种材质的采样管道，厂家推荐采用标准的21mm内径，25mm外径的PVC管。也可根据应用环境和客户需求，订制采用CPVC，ABS，钢管等。
（3）管路铺设。
根據现场情况，在厂家指导下进行管路铺设，应遵循以下基本原则。
如采用多路管路布设方式，应尽量使探测区域环境条件、管路长度、开孔大小和数量保持一致，以平衡各个通道的灵敏度差异。
当一个采样孔被堵塞后，该采样孔即失去探测能力，因此任何独立探测区域应至少有2个采样孔。
采样管网在需要拐弯时，必须采用符合规定曲率要求的弯头（一般使用大于90mm），不得使用直角弯头或其他常规管路配件来代替。
采样管网的安装铺设应在保证稳固的前提下，尽量保证整齐，美观。同时应考虑易于拆卸，便于维护。
3.2 系统工作原理
它采用长寿命激光光源作为探测光源，利用光散射技术进行烟雾探测，并通过人工神经网络技术实现防误报和烟雾粒子鉴别。相较于传统的感烟探测产品，吸气式感烟火灾探测器的探测灵敏度可达其1000倍以上，并通过算法降低误报率，从而实现极早期火灾探测报警的功能。
含有烟雾的空气样本在风机的作用下匀速通过探测室，激光在烟雾粒子的作用下发生散射，散射光会被光敏接收器接收，该散射信号经过处理转换为烟雾浓度的大小。
4 结语
吸气式感烟火灾探测器的采样管路安装灵活，针对变电站不同的区域可以有不同的布设方式。此外还可以将采样管布设到空调回风口，这样更是增加了火灾探测的效率，比传统探测方法更加及时可靠。因此，本文提出的“分布式智能感烟火灾早期预警系统”应用于变电站火灾防护具有非常大的实用价值和推广意义。本系统能够有效预防火灾的发生，避免对电力生产造成的直接和间接损失，为该系统在电力行业的应用起到了示范作用。
参考文献
[1] 洪斌.刍议光纤温度传感器的工作原理及应用[J].电子世界，2014（14）：301.
[2] 刘芷妤，李姿.浅析光纤温度传感器在工业中的应用[J].数码世界，2018（5）.
[3] 胡玲.光纤温度传感器的研究与发展[J].科协论坛：下半月，2010（5）：90.
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