無人值班變電站自動消防系統仿真測試研究

李娟娟 胡寶 王哲 姬成群 王占輝 杜小磊

摘 要：隨著科學技術的不斷發展，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提出了更高的要求。自動消防系統可以實現實時監控、自動報警、自動滅火及遠程控制消防設備的功能，為了全面驗證自動消防系統功能的正確性與可靠性，搭建一套仿真測試環境。該測試環境可以模擬消防設備的各種運行狀態，全面驗證自動消防系統的功能，為無人值班變電站的安全運行提供了可靠保證。

關鍵詞：無人值班變電站;自動消防系統;仿真測試;遠程控制;自動報警;實時監控

0 引 言

隨著科學技術的不斷發展，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大大減少了供電企業的人力成本，也減少了變電站因人工操作失誤而引發的故障[1]。自動消防系統以信息化手段，融合通信技術、人工智能、自動控制等多項技術，可以實現火災自動報警、自動滅火、遠程集中控制等功能，應用領域十分廣泛。

目前變電站大多已實現無人值班，但變電站消防控制功能基本都在變電站端，一旦發生火災告警，集控站人員就必須到變電站現場進行火災確認和滅火控制，延誤滅火時機。業界有一些研究者也研發出了可以在集控端進行遠程控制的自動消防系統，但該系統在變電站端的硬件過于復雜，由規約轉換器、滅火控制轉換器、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將信息采集及上送、規約轉換、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，整個自動消防系統也更加可靠。為了全面驗證該自動消防系統功能的正確性與可靠性，搭建一套仿真測試環境，該測試環境可以模擬消防設備的各種運行狀態，全面驗證自動消防系統的功能性能，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

無人值班變電站自動消防系統由消防遠程集中監控平臺（簡稱集控平臺）、消防信息傳輸控制單元、消防設備和信息傳輸網絡等設備組成，具有遠程核警、報警、實時監視消防設備運行狀態、遠程應急操作消防設備等功能。圖1為無人值班變電站自動消防系統的架構。

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、查詢變電站按規定協議發送的火災報警信息和消防給水、消火栓系統、固定式滅火系統等消防設備運行狀態信息，并發送遠程控制指令來操作消防設備。

消防信息傳輸控制單元是一種消防專用信息轉換裝置，部署在變電站，主要用來采集火災報警控制器信息、固定式滅火系統運行和狀態信息、模擬量采集信息、其他受控消防設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的遠程控制指令，再通過硬接線對受控消防設備進行啟停控制。

在變電站端，火災報警控制器加裝通信接口卡，將消防設備信息送至消防信息傳輸控制單元，在受控消防設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備連接，實現遠程應急操作，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的重要組成部分，是一種部署在變電站的消防專用信息轉換裝置，具備采集、規約轉換、控制和網關等功能，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、電壓傳感器等設備的消防信息，最多可監測300個消防模塊的狀態信息，如：各個模塊的火警、故障、屏蔽、監管、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 傳輸協議

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

下行傳輸協議的工作原理：消防傳輸控制單元通過查詢命令對火災報警控制器中的寄存器數據進行查詢，每次可以查詢多個寄存器，數據的校驗采用CRC校驗，火災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的寄存器數據。Modbus協議的數據傳輸格式見表2、表3所列。

3 自動消防系統仿真測試環境

仿真測試環境包含監控后臺、消防傳輸控制單元、數據服務器及各類消防設備，如圖2所示。監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規約上送的消防信息，并下發遠程控制命令。由于測試環境受限，僅接入少量消防設備，其他設備通過自主研發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

不同協議的火災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的查詢命令，也可以設置各寄存器的數據來模擬實際的消防設備的狀態信息及模擬量信息，并通過RS 485串口或CAN口上送給消防傳輸控制單元，經規約轉換后再通過以太網上傳至監控后臺。表4為Modbus協議下寄存器各數據位代表的運行狀態信息。

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、運行狀態信息以及30個模擬量變送器的消防信息的正確性。經驗證，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控后臺。

3.2 驗證防誤閉鎖邏輯的正確性

為了防止監控后臺誤操作，監控后臺設置了防誤閉鎖邏輯來保證遠程控制的可靠性，必須滿足主變各側斷路器分位且產生兩種類型的火災報警信號才可允許下發遠程控制命令。若通過視頻監控已確認發生明火且現場無滅火現象，可經具有解鎖權限的專責進行解鎖操作。經測試，在滿足閉鎖邏輯時，通過后臺下發控制命令失敗，解鎖后可正確下發控制命令并驅動滅火設備進行滅火操作。

3.3 驗證開出回路的可靠性

為了模擬實際的受控消防設備啟動和反饋的信息，設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動出口繼電器閉合，出口繼電器閉合的同時會觸發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，實現反饋信號的上送。經測試，該系統從后臺下發控制命令到相應的繼電器出口僅需要3 s，保證了自動滅火系統的實時性，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情況。由于研發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，出現上送后臺信息丟點的現象，故設計單位修改完善后經反復驗證測試。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穩定，保證了自動消防系統的可靠運行。

4 結 語

通過對無人值班變電站自動消防系統的研究和分析，搭建的仿真測試環境在自動消防系統相關裝置開發和完善過程中起到了重要作用，對自動消防系統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用，對變電站自動消防系統的可靠性提出了更高的要求，該測試系統充分驗證了自動消防系統功能的可靠性，為無人值班變電站安全穩定運行提供了可靠保障。

參考文獻

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