昝 浩，王 欣，劉故帥，王世坤，胡新剛

（國網(wǎng)山東省電力公司淄博供電公司，山東 淄博 255095）

0 引言

目前，無人值守變電站電氣火災(zāi)預(yù)警不到位，響應(yīng)體系效率低，擴火面積的控制措施不健全等問題較為突出。隨著消防技術(shù)的發(fā)展和成熟，智能消防系統(tǒng)在消防實踐中的應(yīng)用日益廣泛［1］，為變電站消防管控體系建設(shè)提供了思路。

國內(nèi)外專家從不同的角度對變電站電氣火災(zāi)防控管理內(nèi)容進行分析。文獻［2］指出通過結(jié)合現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、通信、環(huán)境感知等先進技術(shù)，在發(fā)生火災(zāi)時，智能消防系統(tǒng)能立即定位火災(zāi)區(qū)域，啟動火警廣播，組織人員安全疏散。文獻［3］指出，在計算機程序控制下，消防系統(tǒng)根據(jù)火警探測器提供的現(xiàn)場火勢信息，自動采取各種有效的滅火措施。在實際應(yīng)用中，智能消防系統(tǒng)能及時發(fā)現(xiàn)建筑的火災(zāi)隱患，采取相應(yīng)措施、及時撲救，防止災(zāi)害擴大［4］。變電站作為建筑物的一種，可以借鑒較為成熟的建筑物智能消防技術(shù)，同時結(jié)合變電站實際情況進行優(yōu)化配置，將智能消防技術(shù)重點應(yīng)用在預(yù)警環(huán)節(jié)上，將火災(zāi)隱患遏制在根源上，通過建立完善的變電站電氣火災(zāi)管理體系，實現(xiàn)變電站智能化消防技術(shù)的不斷進步［5］。

以智能裝置和優(yōu)化滅火設(shè)施為基礎(chǔ)，按照精準(zhǔn)預(yù)防火災(zāi)并快速處理火情為管理思路，從防止火災(zāi)發(fā)生、阻止火災(zāi)擴散、快速處理火災(zāi)3 個方面提出變電站電氣火災(zāi)防控的管理的7 項措施，即建立變電站消防控制室、安防視頻系統(tǒng)監(jiān)測、智能巡檢機器人消防特巡、電纜豎井智能防火、移動式消防沙箱、一站一警智能聯(lián)動及建立雙向溝通機制，將火災(zāi)預(yù)防和火災(zāi)應(yīng)急處置相結(jié)合，有效提高變電站火災(zāi)預(yù)警水平。

1 變電站電氣火災(zāi)防控管理實施背景

火災(zāi)是當(dāng)前嚴(yán)重威脅人類生命財產(chǎn)安全的多發(fā)性災(zāi)害之一。近年來，火災(zāi)呈現(xiàn)出以下幾個特點［6］：突發(fā)性強、破壞性大、易形成災(zāi)害連鎖、災(zāi)后事故處理艱難。為了最大程度減少火災(zāi)的威脅，國家制定了“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的消防工作方針。“預(yù)防為主”就是要求消防工作立足于防患于未然，把火災(zāi)預(yù)防放在首位；“防消結(jié)合”就是要把同火災(zāi)做斗爭的兩個基本手段——防火和滅火有機地結(jié)合起來，做到相輔相成、相互促進。

電氣火災(zāi)是各類火災(zāi)事故中危害性最大的種類之一。一旦發(fā)生電氣火災(zāi)，往往導(dǎo)致設(shè)備燒損、故障跳閘，不僅會造成負(fù)荷損失，而且對電網(wǎng)系統(tǒng)造成沖擊。因此，建立具有智能預(yù)警功能的變電站電氣火災(zāi)防控體系，既是響應(yīng)“預(yù)防為主、防消結(jié)合”政策的需要，也是針對嚴(yán)峻的消防形勢提出的必然要求。

變電站作為重點消防場所，是“電氣火災(zāi)綜合治理”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，必須從火災(zāi)隱患排查、風(fēng)險治理、設(shè)備與電網(wǎng)風(fēng)險協(xié)同管控等方面加強變電站火災(zāi)防控，建立具有預(yù)警功能、可靠有效的變電站電氣火災(zāi)防控管理體系，有效推動“電氣火災(zāi)綜合治理”工作的落實。

2 變電站電氣火災(zāi)研究現(xiàn)狀及問題

近年來，隨著我國變電站數(shù)量的不斷增長，同時，變電站無人值守模式的推廣，使得“站多人少”的矛盾不斷凸顯。對于變電站電氣火災(zāi)的管理經(jīng)驗相對較少，在火災(zāi)隱患排查及治理中尚存諸多問題，這些問題將越來越明顯地影響我國電力事業(yè)的安全穩(wěn)定發(fā)展。

管理體系不統(tǒng)一，有待理順。變電站電氣火災(zāi)管理不僅僅在運行中體現(xiàn)出來，而是應(yīng)該貫穿變電站的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)及運行維護等諸多階段中。目前，變電站的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)及運行維護是歸屬不同的管理單位，各個環(huán)節(jié)之間的配合不夠嚴(yán)密，電氣火災(zāi)防控方面存在互相脫節(jié)的情況。

變電站電氣火災(zāi)防控預(yù)案過于籠統(tǒng)，實用性不強。目前我國大多數(shù)變電站的電氣火災(zāi)防控預(yù)案過于籠統(tǒng)，不同變電站及不同類型的設(shè)備地理位置不同、所處的自然環(huán)境不同、運行工況不同，對各個站預(yù)案的具體內(nèi)容缺乏細(xì)致深入的分析，同時缺乏定期有效的演練，不能為電氣火災(zāi)的防控提供實際有效的指導(dǎo)，有必要針對不同設(shè)備類型預(yù)先制定相應(yīng)的應(yīng)急防控預(yù)案并做好演練。

3 以智能預(yù)警為導(dǎo)向的變電站電氣火災(zāi)管理系統(tǒng)

電氣火災(zāi)影響范圍大、涉及面廣、造成經(jīng)濟損失巨大，因此，必須從火災(zāi)隱患排查、風(fēng)險治理、設(shè)備與電網(wǎng)風(fēng)險協(xié)同管控等方面加強變電站火災(zāi)防控。以智能預(yù)警為導(dǎo)向的變電站電氣火災(zāi)防控管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 以智能預(yù)警為導(dǎo)向的變電站電氣火災(zāi)管理系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 構(gòu)建變電站火災(zāi)智能預(yù)警系統(tǒng)

“防著火”的主要工作是辨識整個變電站運行環(huán)境中的危險火源，并對危險火源存在的條件、狀態(tài)以及可能造成的火災(zāi)嚴(yán)重程度進行分析，然后針對分析結(jié)果制定相應(yīng)的防火措施。

3.1.1 采用安防視頻系統(tǒng)監(jiān)測變電站環(huán)境

隨著電網(wǎng)建設(shè)不斷推進，郊區(qū)變電站數(shù)量日益增加，周邊環(huán)境較為復(fù)雜，植被一旦發(fā)生火災(zāi)將對站內(nèi)設(shè)備造成嚴(yán)重威脅，而傳統(tǒng)變電站內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)只能對變電站內(nèi)環(huán)境進行監(jiān)控，局限性大。

為了能夠?qū)ψ冸娬局苓叚h(huán)境開展火災(zāi)消防預(yù)警，建成變電站安防視頻系統(tǒng)。首先，以周邊環(huán)境復(fù)雜程度、負(fù)荷重要程度、電壓等級、運行年限等維度建立評估標(biāo)準(zhǔn)，對各個變電站開展測評。通過測評，將“站樹矛盾”等問題突出且負(fù)荷重要的變電站圍墻上裝設(shè)工業(yè)級球形攝像頭，對站外火災(zāi)隱患實施監(jiān)控。需要特別說明的是，攝像頭具有400 萬像素夜視高清和20 倍變焦等特點，可以在水平方向360°和垂直方向90°的區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)自動巡航。通過云端圖像對比技術(shù)，與正常時的周邊環(huán)境圖片進行比對，對于特征發(fā)生變化的圖像自動彈出在監(jiān)控中心的屏幕，然后進行人工判斷，若有火災(zāi)發(fā)生的跡象則自動鎖定火災(zāi)位置，并通知距離最近的消防隊，變電運維人員迅速趕往現(xiàn)場參與救火。

作為對傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的補充，站外監(jiān)測系統(tǒng)具有巡查覆蓋面積大、巡查精度高，快速反應(yīng)，應(yīng)急機動性強，能夠高清晰度實時回傳巡查圖像等優(yōu)點，順應(yīng)了當(dāng)前對安全生產(chǎn)更高的要求，實現(xiàn)了對變電站周邊環(huán)境火情的預(yù)警監(jiān)測。

3.1.2 智能巡檢機器人的消防特巡

為了保證對變電站內(nèi)主要一次設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，變電站智能巡檢機器人通過紅外測溫、圖像識別等技術(shù)對變電站設(shè)備進行巡檢，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷、異物搭掛等情況，保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

在智能巡檢系統(tǒng)中增加消防特殊巡檢模塊，根據(jù)環(huán)境溫度、設(shè)備溫度評估設(shè)備的運行情況，確定特巡頻次。建立橫向比對機制，通過比對同一環(huán)境溫度下不同設(shè)備的溫度，發(fā)現(xiàn)溫度明顯異常的設(shè)備；建立縱向比對機制，對比同一設(shè)備不同時間的溫度，若設(shè)備發(fā)生明顯溫度變化，動態(tài)調(diào)整特巡頻次，實現(xiàn)對設(shè)備的及時管控跟蹤。

3.2 改造變電站消防設(shè)備設(shè)施

改造變電站消防設(shè)備設(shè)施的主要工作是通過升級改造站內(nèi)設(shè)備和設(shè)施，達到抑制火勢擴散的目的，是對“防著火”階段的補充。

3.2.1 電纜豎井智能防火改造

變電站內(nèi)，大量動力電纜和二次通信電纜存放在電纜豎井中，電纜豎井與電纜溝的上下結(jié)構(gòu)不同，在發(fā)生火災(zāi)時由于“煙囪效應(yīng)”使其更容易從一個區(qū)域蔓延至另一個區(qū)域，所以，應(yīng)根據(jù)電纜豎井的運行工況環(huán)境，量身定制火災(zāi)防控措施。電纜豎井火災(zāi)防控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包含探測系統(tǒng)、火災(zāi)報警控制系統(tǒng)和消防系統(tǒng)。

探測系統(tǒng)主要為感溫電纜，根據(jù)工作原理不同，主要分為兩種類型：數(shù)字型感溫電纜和模擬型感溫電纜。感溫電纜基本結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 感溫電纜基本結(jié)構(gòu)

火災(zāi)報警控制系統(tǒng)的輸入端分別連接感溫電纜探測器，接收感溫電纜擦劑的溫度信號；其主控制芯片預(yù)先設(shè)置有針對溫度信號的閥值，一旦接收到的信號超出閥值，輸出報警指令，啟動報警裝置。消防系統(tǒng)主要為懸掛式干粉滅火器，受“煙囪效應(yīng)”的影響，不能使用氣體類的滅火劑，懸掛式干粉滅火器結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 懸掛式干粉滅火裝置示意

3.2.2 移動式消防沙箱改造

由于變壓器是充油設(shè)備，因此在變電站內(nèi)往往配置有消防沙池，內(nèi)部存有干燥的消防沙用來滅火；同時，消防沙可以吸納易燃液體，比如變電站場地內(nèi)有油漬，可以倒上沙子覆蓋然后清掃；另外，消防沙可以用于撲救D 類金屬火災(zāi)，而且成本低廉。綜上所述，消防沙池在變電站火災(zāi)中能發(fā)揮顯著作用。

但是，現(xiàn)有變電站消防沙池全部為固定沙池，在使用消防沙時需要在火災(zāi)地點與沙池之間不斷往返，效率低下；而且消防沙需要保證干燥性，固定沙池都在室外，在空氣濕度較大時不能夠保證干燥性。

針對以上問題，提出了變電站移動沙池。在箱體上加裝萬向輪，實現(xiàn)了沙箱的便捷移動，能夠以更快的速度將沙箱轉(zhuǎn)移至火災(zāi)地點；通過加裝集沙與攪拌機構(gòu)，能夠定期對箱內(nèi)沙子進行攪拌，防止沙子潮濕、結(jié)塊，保證消防沙的有效性。根據(jù)DL 5027—2015《電力設(shè)備典型消防規(guī)程》中黃沙的配置要求，每臺室外油浸式主變壓器配置1 m3的黃沙，小組設(shè)計的移動式消防沙箱長150 cm，寬120 cm，高100 cm，能夠滿足1 臺主變壓器的需求。

經(jīng)過測試，使用移動沙箱后，整體運沙效率提升為原來的46 倍；在陰雨天氣時，可以通過將沙箱轉(zhuǎn)移至室內(nèi)的方式有效避免消防沙受潮，指定專人定期對消防沙進行攪拌，防止消防沙結(jié)塊。

3.3 優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)變電站火災(zāi)處理流程

“快處理”是指建立無人值班變電站消防控制室、“一站一警智能聯(lián)動”及“雙向溝通”機制，實現(xiàn)快速處理火災(zāi)的目的。

3.3.1 無人值班變電站消防控制室

無人值班變電站消防控制室搭建1 套消防遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)，將所轄變電站的消防信號集中監(jiān)控，實現(xiàn)各站消防設(shè)備設(shè)施狀態(tài)、告警信號的遠(yuǎn)程監(jiān)視，以及受控消防設(shè)備的遠(yuǎn)程應(yīng)急控制功能。無人值班變電站消防控制室架構(gòu)示意如圖4 所示。

由圖4 可知，該消防控制室還具備消防告警信息與現(xiàn)場視頻的自動聯(lián)動功能，具有“循環(huán)播放、異常彈窗、精確定位”等功能，方便消防監(jiān)控人員確認(rèn)遠(yuǎn)方火情、迅速正確處置。

3.3.2 一站一警智能聯(lián)動機制

對所轄變電站的地理定位進行收集，查找對應(yīng)轄區(qū)的消防隊伍，由運維班組與之建立聯(lián)絡(luò)，編制“一站一警”聯(lián)絡(luò)卡，放置在各站主控室，以便發(fā)生火情時及時進行聯(lián)絡(luò)。同時，定期與各消防隊進行聯(lián)合演習(xí)，由各站運行主人作為主要負(fù)責(zé)人，配合所轄變電站所在轄區(qū)消防隊伍開展模擬火災(zāi)演練，實現(xiàn)了專人專責(zé)，將工作落實到位。

3.3.3 雙向溝通機制

鑒于電力行業(yè)消防特殊性，變電運維室與消防部門建立了兩級消防聯(lián)動，開展雙向消防培訓(xùn)，實現(xiàn)消防人員與運維人員在變電站消防防控方面的雙向溝通。雙向培訓(xùn)分為“引進來”和“走出去”兩步?！耙M來”就是讓消防人員來到變電站里面，由運維人員對變電站內(nèi)的設(shè)備運行情況進行講解，使消防人員熟悉變電站內(nèi)的運行情況，在發(fā)生火情時，便于消防人員以最快的速度制定最佳救火方案。“走出去”是指組織運維人員前往消防隊學(xué)習(xí)消防器材的使用方法，并進行專業(yè)知識與實操考試，確保所有運維人員“雙過關(guān)”。經(jīng)過雙向培訓(xùn)后，組織運維人員參加建（構(gòu)）筑物消防員考試，達到人員持證上崗的要求。

圖4 無人值班變電站消防控制室架構(gòu)

通過建立聯(lián)動與溝通機制，加強了運維人員與消防人員的聯(lián)絡(luò)，提升了運維人員對消防設(shè)備、消防人員對電力設(shè)備的熟悉程度，奠定了變電站火災(zāi)快速處理的人員基礎(chǔ)。

4 實施效果

某市供電公司變電運維室共有員工99 人，管轄5 965 km2內(nèi)的125 座變電站，其中220 kV 站28 座，110 kV 變電站83 座，35 kV 變電站14 座。通過設(shè)備改造、流程優(yōu)化、新設(shè)備應(yīng)用多項措施的實施，有利的提升變電運維室所轄125 座變電站消防監(jiān)測覆蓋率，顯著降低初期火災(zāi)處的平均時間。

收集該市供電公司某年度一、二季度變電站電氣火災(zāi)防控數(shù)據(jù)，并與未執(zhí)行本文管控體系的上一年度一、二季度電氣火災(zāi)防控數(shù)據(jù)進行比較，得到了該管控體系的實際應(yīng)用指標(biāo)分析表，如表1 所示。

表1 實際應(yīng)用指標(biāo)分析數(shù)據(jù)

由表1 可以看出，執(zhí)行本項目所述管理體系，可以明顯降低火災(zāi)發(fā)生率，需要說明的是，參與本次對比的變電站均為已經(jīng)改造完成的變電站和新建的變電站，火災(zāi)發(fā)生率為發(fā)生火災(zāi)的變電站數(shù)量與變電站總數(shù)的比值。

由于安防監(jiān)控系統(tǒng)巡視和智能巡檢機器人的輔助作用，使得火災(zāi)發(fā)生率降低了100%，工作效率提升明顯；相關(guān)“阻擴散”輔助措施，使得變電站站內(nèi)火災(zāi)擴火面積降低了82.35%，效果顯著；此外，基于“一站一警聯(lián)動”和“雙向溝通機制”的應(yīng)用，使得火災(zāi)平均撲滅時間降低了66.18%。

5 結(jié)語

從電氣火災(zāi)的治理原則和治理理念出發(fā)，闡述了變電站電氣火災(zāi)防控管理的實施背景，分析了研究電氣火災(zāi)防控管理的重要性。從變電站電氣火災(zāi)管理體系和防控預(yù)案等多個方面出發(fā)，分析了變電站電氣火災(zāi)研究的薄弱環(huán)節(jié)和目前電氣火災(zāi)治理存在的問題。通過“防著火”“阻擴散”“快處理”3 大類，實現(xiàn)了對變電站站內(nèi)設(shè)備、周邊環(huán)境的全方位監(jiān)控，智能分析處理，提高了變電站火災(zāi)預(yù)警水平。

下一步將基于模糊層次分析法及聚類算法，深入分析變電站內(nèi)不同設(shè)備的火災(zāi)風(fēng)險等級，繼續(xù)優(yōu)化消防監(jiān)控系統(tǒng)界面、擴展系統(tǒng)功能、深化數(shù)據(jù)應(yīng)用，提高管控體系的兼容性和全面性。