李娟娟 胡寶 王哲 姬成群 王占輝 杜小磊

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人值班變電站已成為變電站的主流管理模式，由于沒有固定的值班人員，這就對變電站的自動消防系統(tǒng)提出了更高的要求。自動消防系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時監(jiān)控、自動報警、自動滅火及遠程控制消防設(shè)備的功能，為了全面驗證自動消防系統(tǒng)功能的正確性與可靠性，搭建一套仿真測試環(huán)境。該測試環(huán)境可以模擬消防設(shè)備的各種運行狀態(tài)，全面驗證自動消防系統(tǒng)的功能，為無人值班變電站的安全運行提供了可靠保證。

關(guān)鍵詞：無人值班變電站;自動消防系統(tǒng);仿真測試;遠程控制;自動報警;實時監(jiān)控

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人值班變電站和集中遠程控制模式已成為主流的變電站管理模式。無人值班變電站的出現(xiàn)大大減少了供電企業(yè)的人力成本，也減少了變電站因人工操作失誤而引發(fā)的故障[1]。自動消防系統(tǒng)以信息化手段，融合通信技術(shù)、人工智能、自動控制等多項技術(shù)，可以實現(xiàn)火災(zāi)自動報警、自動滅火、遠程集中控制等功能，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。

目前變電站大多已實現(xiàn)無人值班，但變電站消防控制功能基本都在變電站端，一旦發(fā)生火災(zāi)告警，集控站人員就必須到變電站現(xiàn)場進行火災(zāi)確認和滅火控制，延誤滅火時機。業(yè)界有一些研究者也研發(fā)出了可以在集控端進行遠程控制的自動消防系統(tǒng)，但該系統(tǒng)在變電站端的硬件過于復(fù)雜，由規(guī)約轉(zhuǎn)換器、滅火控制轉(zhuǎn)換器、報警信號上傳裝置、交換機等組成，維護起來十分困難[2]。

本文研究的自動消防系統(tǒng)將信息采集及上送、規(guī)約轉(zhuǎn)換、遠程控制等功能集成在一臺消防傳輸控制單元裝置上，維護更加方便，整個自動消防系統(tǒng)也更加可靠。為了全面驗證該自動消防系統(tǒng)功能的正確性與可靠性，搭建一套仿真測試環(huán)境，該測試環(huán)境可以模擬消防設(shè)備的各種運行狀態(tài)，全面驗證自動消防系統(tǒng)的功能性能，為無人值班變電站的安全運行提供了可靠保證。

1 無人值班變電站自動消防系統(tǒng)

無人值班變電站自動消防系統(tǒng)由消防遠程集中監(jiān)控平臺（簡稱集控平臺）、消防信息傳輸控制單元、消防設(shè)備和信息傳輸網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備組成，具有遠程核警、報警、實時監(jiān)視消防設(shè)備運行狀態(tài)、遠程應(yīng)急操作消防設(shè)備等功能。圖1為無人值班變電站自動消防系統(tǒng)的架構(gòu)。

集控平臺部署在地市（省檢）公司或運維班，可以對所轄變電站的消防信息進行全面整合與集中管理。該平臺主要用來接收、分析、處理、查詢變電站按規(guī)定協(xié)議發(fā)送的火災(zāi)報警信息和消防給水、消火栓系統(tǒng)、固定式滅火系統(tǒng)等消防設(shè)備運行狀態(tài)信息，并發(fā)送遠程控制指令來操作消防設(shè)備。

消防信息傳輸控制單元是一種消防專用信息轉(zhuǎn)換裝置，部署在變電站，主要用來采集火災(zāi)報警控制器信息、固定式滅火系統(tǒng)運行和狀態(tài)信息、模擬量采集信息、其他受控消防設(shè)備控制及動作反饋信息、回路故障信息等，并將信息上傳至集控平臺，同時接收集控平臺下發(fā)的遠程控制指令，再通過硬接線對受控消防設(shè)備進行啟?？刂?。

在變電站端，火災(zāi)報警控制器加裝通信接口卡，將消防設(shè)備信息送至消防信息傳輸控制單元，在受控消防設(shè)備上增加壓力變送器、水位變送器、電源電壓等模擬量變送器，并將模擬量信號作為消防輔助信息接入消防信息傳輸控制單元。消防信息傳輸控制單元通過硬接線與受控消防設(shè)備連接，實現(xiàn)遠程應(yīng)急操作，接收動作反饋信號及線路故障信號。

2 消防傳輸控制單元的主要功能

2.1 主要功能

消防傳輸控制單元是自動消防系統(tǒng)的重要組成部分，是一種部署在變電站的消防專用信息轉(zhuǎn)換裝置，具備采集、規(guī)約轉(zhuǎn)換、控制和網(wǎng)關(guān)等功能，具體功能見表1所列。

消防傳輸控制單元最多可接入30個模擬量傳送器，采集煙感探測器、溫感探測器、液位傳感器、液壓傳感器、電壓傳感器等設(shè)備的消防信息，最多可監(jiān)測300個消防模塊的狀態(tài)信息，如：各個模塊的火警、故障、屏蔽、監(jiān)管、啟動、反饋等信息，同時最多可控制32個滅火裝置的啟停，并接收滅火裝置的動作反饋信號。

2.2 傳輸協(xié)議

消防傳輸控制單元支持采集多種協(xié)議的消防設(shè)備的信息，并將這些信息轉(zhuǎn)換成通用的協(xié)議上送集控平臺。目前消防傳輸控制單元可支持的上行傳輸協(xié)議有兩種：61850和104通信規(guī)約。下行傳輸協(xié)議主要有：Modbus協(xié)議、RS 485協(xié)議、CAN協(xié)議等。

下行傳輸協(xié)議的工作原理：消防傳輸控制單元通過查詢命令對火災(zāi)報警控制器中的寄存器數(shù)據(jù)進行查詢，每次可以查詢多個寄存器，數(shù)據(jù)的校驗采用CRC校驗，火災(zāi)報警控制器在收到查詢命令后向消防傳輸控制單元上傳相應(yīng)的寄存器數(shù)據(jù)。Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸格式見表2、表3所列。

3 自動消防系統(tǒng)仿真測試環(huán)境

仿真測試環(huán)境包含監(jiān)控后臺、消防傳輸控制單元、數(shù)據(jù)服務(wù)器及各類消防設(shè)備，如圖2所示。監(jiān)控后臺可模擬實際的集控平臺的功能，主要用來解析通過61850或104規(guī)約上送的消防信息，并下發(fā)遠程控制命令。由于測試環(huán)境受限，僅接入少量消防設(shè)備，其他設(shè)備通過自主研發(fā)的仿真測試軟件來模擬信息上送功能。

3.1 驗證各類消防信息的正確性

不同協(xié)議的火災(zāi)報警控制器由不同的仿真測試軟件來完成測試。測試軟件可以解析消防傳輸控制單元下發(fā)的查詢命令，也可以設(shè)置各寄存器的數(shù)據(jù)來模擬實際的消防設(shè)備的狀態(tài)信息及模擬量信息，并通過RS 485串口或CAN口上送給消防傳輸控制單元，經(jīng)規(guī)約轉(zhuǎn)換后再通過以太網(wǎng)上傳至監(jiān)控后臺。表4為Modbus協(xié)議下寄存器各數(shù)據(jù)位代表的運行狀態(tài)信息。

通過仿真測試軟件可以驗證300個消防模塊的各種告警信息、運行狀態(tài)信息以及30個模擬量變送器的消防信息的正確性。經(jīng)驗證，消防傳輸控制單元可以正確采集各類消防信息并將信息上送監(jiān)控后臺。

3.2 驗證防誤閉鎖邏輯的正確性

為了防止監(jiān)控后臺誤操作，監(jiān)控后臺設(shè)置了防誤閉鎖邏輯來保證遠程控制的可靠性，必須滿足主變各側(cè)斷路器分位且產(chǎn)生兩種類型的火災(zāi)報警信號才可允許下發(fā)遠程控制命令。若通過視頻監(jiān)控已確認發(fā)生明火且現(xiàn)場無滅火現(xiàn)象，可經(jīng)具有解鎖權(quán)限的專責(zé)進行解鎖操作。經(jīng)測試，在滿足閉鎖邏輯時，通過后臺下發(fā)控制命令失敗，解鎖后可正確下發(fā)控制命令并驅(qū)動滅火設(shè)備進行滅火操作。

3.3 驗證開出回路的可靠性

為了模擬實際的受控消防設(shè)備啟動和反饋的信息，設(shè)計了一個帶反饋接點的外接插件，當消防傳輸控制單元接收到遠程控制命令時驅(qū)動出口繼電器閉合，出口繼電器閉合的同時會觸發(fā)外接插件的反饋硬接點閉合，該接點直接接入消防傳輸控制單元，實現(xiàn)反饋信號的上送。經(jīng)測試，該系統(tǒng)從后臺下發(fā)控制命令到相應(yīng)的繼電器出口僅需要3 s，保證了自動滅火系統(tǒng)的實時性，通過該插件可以測試32個帶反饋開出回路的正確性和可靠性，大大提高了測試效率。

3.4 驗證長時間運行、開入雪崩、信號雪崩的正確性

為了保證消防傳輸控制單元運行的可靠性，將其持續(xù)帶電運行7天。在此期間模擬54個開入同時接入、3 000余個消防信息點同時上傳，考核消防傳輸控制單元在極端條件下的響應(yīng)情況。由于研發(fā)初期消防傳輸控制單元對硬開入信息上送的處理機制不完善，出現(xiàn)上送后臺信息丟點的現(xiàn)象，故設(shè)計單位修改完善后經(jīng)反復(fù)驗證測試。目前信息上送機制已修改完善，消防傳輸控制單元的信息傳輸功能也愈發(fā)穩(wěn)定，保證了自動消防系統(tǒng)的可靠運行。

4 結(jié) 語

通過對無人值班變電站自動消防系統(tǒng)的研究和分析，搭建的仿真測試環(huán)境在自動消防系統(tǒng)相關(guān)裝置開發(fā)和完善過程中起到了重要作用，對自動消防系統(tǒng)的各項功能進行了驗證，減少了測試成本，提高了測試效率。隨著無人值班變電站的大量應(yīng)用，對變電站自動消防系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求，該測試系統(tǒng)充分驗證了自動消防系統(tǒng)功能的可靠性，為無人值班變電站安全穩(wěn)定運行提供了可靠保障。

參考文獻

[1]周陽，胡燕.無人值班變電站的設(shè)計及應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（3）：97-98.

[2]于軍，聶瓊，賀虎，等.變電站主變消防泡沫噴霧遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)[J].電力信息與通信技術(shù)，2016，14（5）：116-120.

[3]常劍，楊晶，袁博文，等.基于LoRa技術(shù)的智慧消防報警系統(tǒng)設(shè)計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2019，9（1）：46-47.

[4]曾彥鈞，李越，東文，等.基于NB-IoT和STM32的數(shù)據(jù)融合智慧消防系統(tǒng)設(shè)計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2020，10（1）：77-82.

[5]汪洋，敬曉崗，侯其立.基于物聯(lián)網(wǎng)的消防設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2019，9（11）：39-40.

[6]孫儉，張嘉瑀.基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的變電站火情遠程響應(yīng)指揮系統(tǒng)[J].電力與能源，2020，41（1）：6-8.

[7]石善璋.探討無人值班變電站設(shè)計要求及應(yīng)用[J].科技資訊，2017，15（8）：65-66.

[8]徐正亞，何光層，師超，等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)下的智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].科技風(fēng)，2020（10）：108-109.

[9]黃偉坡.基于變電站消防聯(lián)動信息化應(yīng)用研究[J].消防界，2020，6（4）：64.

[10]王瑞，郝志剛.智能變電站消防滅火系統(tǒng)優(yōu)選探究[J].山西電力，2019（5）：22-25.