淺談云霧室型空氣采樣探測系統在電力場所的應用

趙 霞（北京市海淀區公安消防支隊，北京 100089）

引言

電力場所屬于高能量密集的場所，因意外事故而造成重大安全責任事故的機率極高。因此，對可能造成電力系統安全事故，尤其是電力設備等過熱隱患最終導致事故的防范，必須采用最高規格的防御體系。《火力發電廠與變電站設計防火規范》（GB50229-2006）特別加入了吸氣式感煙探測報警器的選用范圍。然而，我國的電力場所多屬高灰塵區域，選用高靈敏度的吸氣式感煙探測報警器常因高誤報率而不得不調低其靈敏度，最終，探測系統個別采樣孔的靈敏度將降低至3%～5%obs/m，與傳統點式探測器的靈敏度差不多，這樣，投入大筆預算采購高靈敏度探測器的意義就不復存在了。所以，如今電力場所在電力設備過熱隱患探測這一課題上所面對的主要挑戰是：選用的設備能否運轉于應有的高靈敏度? 運轉于高靈敏度是否會帶來誤報的困擾?

1 目前使用的火災報警器

傳統火災報警探測器大都是光電型火災報警探測器，對于目前廣泛使用的光電型火災探測器，存在如下缺陷：

1）傳統的火災探測器安裝方式單一，不能針對不同電氣場所內不同的保護目標提供有針對性的保護。

2）傳統火災探測器維護程序復雜、維護周期短，且維護難度大。例如常用的紅外對射式煙霧報警設備。

3）靈敏度低、誤報率高。由于光電型探測器采用的是遮光探測的原理，所以難以抵御空氣中的灰塵、霧氣等因素對其造成的影響。對于電力場所來說尤其如此，由于其死角眾多，長年積灰，受光電型探測器使用遮光方式探測的原理所限，越是靈敏反而對此種情況的誤報越嚴重。誤報的發生不但會浪費大量的人力和時間，而且一旦安保人員產生了麻痹的心理，其保護區域將陷入更加危險的境地。這樣火災探測器不但失去意義，反而會帶來困擾。使用這樣的探測器，火災威脅仍然時刻存在。

對于光電型探測器來說，由于其發展歷史悠久，其硬件設備的性能已經提升至極限，甚至已經采用激光光源進行探測，但是仍然無法突破對火災早期的探測。由此可見，光電型探測器由于其根本原理的限制而無法提供更多的反應時間，甚至會帶來更多的困擾。

2 極早期火災探測在電力場所的防火優勢

2.1 IFD在火災探測中的優勢

電力系統事故的極早期階段是指電力設備、電路板、電線電纜、開關柜、母線排及端子等電力負荷超載，從被過度加熱超過其絕緣材質可承受的臨界點，到氧化燃燒并開始產生碳煙，造成短路、斷路等電力事故的發生。在電力系統存在過熱過載隱患時，其極早期階段（此時尚無煙粒子產生）所出現的情況是熱力的適度增加，進而產生大量的不可見次微米粒子(0.002μm；μ=10-6)。一般采用光散射原理的早期煙霧探測器并不對次微米粒子產生反應；它所能探測到的粒子大小受探測器所使用的探測光源之波長（約0.1μm）所限制；然而在火災極早期階段，大于0.1μm粒子的存在數量相對于0.002次微米大小的粒子數量是相當相當少的；所以，采用光散射原理的早期煙霧探測器無法探測出電力系統過熱過載隱患狀態，而只有基于云霧室探測原理的探測器才能保證電力系統的安全生產運行，不影響正常發電、配電、變電和供電以及人民群眾正常生活用電。

2.2 探測器的配置方案

每臺IFD探測器的保護面積為800m2～2000 m2，并分為單區型和分區型，模塊化配置，可結合電氣場所各個區域面積大小以及布置配套設計和應用。IFD云霧室型極早期火災探測器采用主動式空氣采樣探測方式，即使用抽氣泵不間斷地將被保護區域內的空氣樣品抽進云霧室進行分析。與傳統火災探測方法相比，它的探測結果和響應時間不會受環境氣流(如HVAC、氣流分層、高流速等)影響。故對于電氣場所的復雜環境區域，IFD是非常適合的。IFD采用云霧室粒子計數，從而極大地擴大了粒子探測范圍。它能夠有效地探測包括：天然物質燃燒煙塵（如木材、布料、煙草等），合成物質過熱、燜燒、燃燒所釋放的熱釋粒子（如塑料過熱散發的鹵化物、松香、樹脂等）；探測到的燃燒粒子直徑小到0.002μm（不可見熱釋粒子），大到20μm；因為具備環境粒子計數功能，即使在多塵環境下，灰塵粒子的數量也遠遠小于火災極早期階段釋放出的熱釋粒子數量(約1:200)。所以IFD真正解決了在多塵環境下激光型空氣采樣系統誤報警的弊端，非常適合應用在電氣場所這類火災發生概率較高的且極其重要的場所。而且其安裝靈活，對保護目標具有極強的針對性。與以往的探測設備不同，IFD的采樣管網可以根據需要采用不同的安裝方法。例如：可以像常規點式煙霧探測器一樣安裝在天花板內或地板下；也可以將采樣管沿著被保護體的走向來安裝；還可以其特有的毛細管采樣方式將采樣管隱藏在不易察覺地方，從而使得被保護區域可以得到切實的防護。

3 云霧室型極早期探測器探測依據及原理

在火災發生的極早期，物體(如電線電纜或電子零件)被過度加熱之后，其表面會釋放出極微小的不可見熱分解粒子(約小至0.002μm)，其數量在短時間內可達到50萬個/cc～100萬個/cc；而在正常狀況下，空氣中飄浮的不可見微粒子數只有約2萬個/cc，在高塵區也只有2.5萬個/cc～3萬個/cc，正常與火災極早期狀況下粒子數的懸殊比例可被云霧探測室區別出來，故采用云霧探測室型的探測器，其警報門坎都設定在20萬～80萬個/cc之間，遠遠高于背景值(即使是高塵區的3萬個/cc)，故此型探測器不會受環境灰塵的影響而產生誤報。而激光型探測器較難避免誤報是因煙粒子(0.01μm～1μm)與一般空氣中的懸浮塵粒子(0.01μm～2μm)大小極為近似，故在有落塵的地方就容易產生誤報；另由于受限于光波長的影響，直徑小于光波長的不可見微粒子無法被光電式探測器探測出來，只能利用濾網將較大的粒子過濾掉，使得遮光率不會受大粒子的影響，經過光子分析儀的探測后，再以警報時間延遲(約1min)來避免因短暫的高灰塵氣流經過而引起誤報。而IFD因應用粒子計數功能，不會受灰塵、霧氣、干冰、水蒸氣等影響而產生誤報。

IFD系統具有成熟的管網系統設計驗證軟件Proflow，它能在施工前精確計算出采樣管網設計中每一個采樣點的靈敏度和整個管網的氣流參數及其他工作參數。

金屬外殼具有抗電磁干擾能力，同時因為采用ABS/PVC管網進行保護區域的極早期火災監測，不會受到區域內強電磁干擾影響正常工作，也不會對區域內其他電子設備造成電磁干擾。

IFD具備事件記錄功能，能夠將設備運行狀況記錄并儲存，不會受掉電影響，能夠對火災各個階段完整記錄，描繪火災生命周期的極早期階段、煙釋放階段、火焰釋放階段和熱釋放階段的全部發展曲線過程。

IFD設備具有現場火災四級報警顯示功能，對于早期火災隱患，用戶可以及時處理，并可通過復位和靜音功能按鍵，現場操作設備，避免人員往返于消防控制室與現場之間。

IFD具備遠程輸入控制功能，用戶可以實現遠端對本設備的復位、禁用、隔離等控制。

因電力場所控制室和辦公室內空調氣流導致煙霧熱釋粒子飄散無序，很難探測火災準確位置，為更加準確探測微小火災，將火災隱患探測范圍縮小至1m內，IFD配備了移動式極早期火災尋址器（Locator）。該設備自帶電源，可根據維護人員需要，隨身攜帶到需要做火災極早期探測區域進行探測。

IFD火災極早期探測系統采樣管網的維修保養采用一站式維護方式，即工作人員只需在設備端即可實現采樣管網內部的粉塵進行清理和設備的維護工作，從而使得維護工作更加簡單易行，節省了我們寶貴的時間。

4 采用云霧室型極早期探測技術的案例

萬國數據上海外高橋數據中心位于上海市浦東保稅區外高橋科技園區，于2010 年1 月動工，2011 年12 月投入運營，一期建筑面積約24,000m2。機房樓共5 層，提供12 個機房模塊，云霧室型極早期探測器安裝于UPS室、變配電室、蓄電池室及數據機房。極早期報警系統配合火災自動報警、消防控制系統、氣體滅火系統、自動噴淋系統以及消火栓系統對建筑物內昂貴設備及重要數據進行保護。

萬達集團信息中心位于廊坊萬達學院內，于2011年10月動工建設，2012年3月投入運營，建筑面積3000 m2。機房樓共2層，提供4個機房模塊間，云霧室型極早期探測系統安裝于變配電室、接入間、電池室以及數據機房位置。極早期報警系統配合環境監控系統、火災自動報警系統、消防控制系統、氣體滅火系統、自動噴淋系統對數據中心進行全面的消防防控。

在這些案例中，云霧室型極早期火災探測技術在火災的預防及安全隱患探測中起到了非常積極的作用。

5 結束語

綜上所述，采用IFD火災極早期探測系統是一種能夠有效解決電力場所一類重要場所面臨的火災探測難點的方案，真正意義上地從安全出發，為其提供了極高的靈敏度，極寬闊的靈敏度調節范圍，采用主動的采樣方式進行探測，功能更加全面、性能更加可靠、使用更加安全、維護更加方便。