柔直換流站消防設施提升方案設計

國家電網北京電力檢修分公司 張笑迪 戴瑞成 沙 斌 劉吉昀 周 凱 李 哲

目前大部分特高壓換流站都采用了火災自動報警系統[1]用于火災的報警，并以消防炮或泡沫消防炮以及泡沫水噴霧作為換流變的主要滅火設備[2-3]，與此同時越來越多的消防設備被應用于換流站消防安全提升工作上。文獻[4]針對已建特高壓換流站增設或改造消防設施方案提出建議，為提高撲救特高壓直流換流變壓器火災的可靠性提供技術支持；文獻[5]則從泡沫消防系統、閥廳屋面噴淋降溫系統、應急消防車等3個方面提出了特高壓換流站消防能力提升的應對措施。本文針對延慶換流站消防設施現狀及所存在的問題，提出了通過應急消防隊伍建設和加設移動消防機器人的方式提升換流站消防能力的方案。

1 延慶換流站消防設施現狀分析

換流站目前采用了火災自動報警系統用于火災的報警與聯動（表1），還配有泡沫消防炮系統，運行人員接到換流變、聯絡變火警后可使用泡沫消防炮進行滅火。

火災自動報警系統。采用消防集中控制并具備相應聯動控制，由火災探測報警系統和消防聯動控制系統構成。其探測區域包括閥廳、主/輔控樓、換流變、綜合樓、GIS室、繼電小室及綜合水泵房等全站主要建筑物。

泡沫噴霧系統。目前將其作為主要的滅火方式之一，主要包括儲液罐、合成泡沫滅火劑、氮氣缸瓶、電動控制閥、電磁閥、控制模塊等。其泡沫噴霧設計連續供給時間不小于15分鐘，系統響應時間不超過60秒。當發生火災時，泡沫噴霧系統接收到火災自動報警裝置的火災信號，向相應的起火設施噴射泡沫噴霧實現滅火。

表1 換流站火災自動報警系統設備聯動情況

泡沫消防炮系統。用于換流變壓器與聯絡變壓器區域的滅火，由泡沫發生部分和就地滅火部分組成。其中泡沫發生部分包括泡沫原液及原液罐、平衡式比例混合裝置、給水穩壓增壓裝置、消防管網等，主要用于現混產生泡沫。系統設計總流量滿足兩臺消防炮、兩支消火栓水槍同時使用，推薦使用3%水成膜泡沫液，要求其連續供給時間不小于60分鐘，系統響應時間不超過5分鐘。當發生嚴重火災時，平衡比例混合裝置將泡沫原液與水混合，再經過泡沫消防管路將泡沫混合液輸送到消防炮噴灑高壓泡沫，即便泡沫原液耗盡后仍可繼續噴水滅火。

2 延慶換流站消防面臨問題分析

固定消防炮位于換流變單側，機動性差，無法實現360°全覆蓋。依據站內消防炮設置情況，由于消防炮與消火栓全部布置于換流變閥側，一旦換流變發生火情，尤其是靠近網側的中性點接地套管炸裂引起的火情，消防炮的泡沫水溶液噴射路線很容易受到閥側套管與網側套管的阻擋導致泡沫水溶液不能及時達到著火點。

消防炮無紅外自動瞄準功能，需運維人員手動操作，自動化程度較低。消防炮具有遠程手動控制、現場手動控制二種控制方式。遠程手動控制可在控制室通過監控圖像，遠程手動控制炮嘴瞄準火源，啟動系統對準火災設備噴射泡沫滅火；現場手動控制盤具有優先控制功能，手動控制炮嘴瞄準火源，啟動系統對準火災設備噴射泡沫滅火。此外泡沫消火栓則需要現場救火人員安裝消防水槍后人為操控泡沫水槍進行滅火，自動化程度較低。

3 柔直換流站消防提升主要方法

3.1 駐站消防車的應用

目前在運的換流站中大部分已經配置了駐站消防隊，其余換流站也分別采用共用消防隊或通過周邊消防隊的方式提升了換流站消防安全。而根據近年來換流站事故分析，使用壓縮空氣泡沫車可有效提升駐站消防隊的滅火能力。壓縮空氣泡沫消防車由汽車底盤、上裝部分、液罐、消防水泵、壓縮空氣泡沫比例混合系統、空氣壓縮機系統、系統控制板、電器及控制設備組成。一旦換流變或聯絡變發生火情時，泡沫消防車迅速到達火災區域，消防隊員將泡沫滅火槍對準火災點啟動滅火操作系統，此時驅動消防泵工作，通過消防泵、泡沫比例混合裝置將水和泡沫原液按照一定比例混合，再經泡沫滅火槍噴出滅火。

3.2 泡沫細水霧炮消防機器人的應用

3.2.1 泡沫細水霧炮消防機器人的構成與優勢

其主要由渦扇炮滅火機器人、車載控制系統、視頻圖傳系統、無線遙控系統、自動尋的遠程有線控制系統和自動行駛系統等構成。消防機器人可經過水龍帶和固定增壓裝置與泡沫消防栓相連接，發生火情后后臺將通過多種模式的人機交互，包括自動定位控制、無線遙控控制和中控室遠程控制對消防機器人進行控制，使其到達火場完成滅火。

其主要滅火設備渦扇炮系統結合了細水霧或泡沫噴霧的滅火優勢，以及渦扇的強大動力系統，將最高效的滅火劑輸送到火場，達到高效、快速的滅火控火目的。將傳統噴霧造雪技術經過提升后應用到消防領域，通過提升渦扇風機的風量，改變渦扇炮筒的截面和流道等，增加出口風速。通過擴大渦扇炮的出口口徑，將霧環噴嘴數增加一倍，同時增加中心噴嘴，達到增加水霧流量的效果，同時使得噴霧覆蓋面積更大。調整渦扇炮噴霧環噴嘴的安裝角度，減少噴霧霧柱的直徑，使得霧柱噴出后更集中、不易分散，從而噴射距離更遠。

3.2.2 泡沫細水霧炮消防機器人的關鍵技術

基于融合感知技術的路徑規劃。通過融合感知技術利用雷達、攝像頭對路況進行探測，主要包括車輛道路識別、障礙物識別、道路標識識別等，為后面的軌跡規劃與跟蹤控制提供環境信息。而后進行行駛路徑規劃，基于融合感知模塊處理后的定位和環境信息對路況等做出判斷，規劃出車輛行駛最佳路徑。

基于紅外圖像分析的火災探測技術。基于紅外熱成像和火焰紅外視頻圖像分析技術相結合，對保護區域進行早期的溫度與火焰探測復合技術的研究；采用多光譜圖像火災探測技術進行早期火災、溫度場分布識別探測關鍵難題，量化火災的參量特征，提取和變電站火災發展過程緊密相關的特征參量信息，實現對換流變異常區域的智能尋的。

3 結語

柔直換流站消防安全提升對于保障換流站的正常運行，提升供電可靠性具有重要意義。文章從駐戰消防車和泡沫細水霧炮消防機器人的應用兩個途徑對換流站消防能力提升進行了探索，對后續換流站消防安全能力的提升提供了可以參考的方案，同時也對今后特高壓直流工程、柔性直流輸電工程換流站的消防安全具有一定的借鑒作用。