電力專用消防裝置研制及體系研究技術

鄒洪森　趙欣洋　李寧　楊晨　馬瑞

[摘 ? ?要]消防設施是電力系統設備設施安全穩定運行的重要保障，關乎電網運行安全和人民生命財產安全。隨著我國電網系統的快速發展、特高壓建設和綜合自動化變電站改造工作步伐的不斷推進，消防設施和消防工作的重要性日益凸顯。對此，本文設計了一種電力專用消防裝置，具體介紹了該裝置的整體結構，實現方案，分析了該裝置的軟件架構設計，總結了本設計的主要創新點，提出了實際研制過程中需解決的主要問題與具體應用情況，以期有助于人們進一步了解該裝置，進而更好的推廣應用該裝置。

[關鍵詞]消防裝置;整體架構;實現方案;創新點

[中圖分類號]TU998.1;D631.6 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）05–00–03

Development and System Research Technology of Electric Power

Special Fire Fighting Equipment

Zou Hong-sen， Zhao Xin-yang， Li Ning， Yang Chen， Ma Rui

[Abstract]Fire fighting equipment is an important guarantee for the safe and stable operation of power system equipment and facilities， which is related to the operation safety of power grid and the safety of people's life and property.With the rapid development of China's power grid system， the construction of ultra-high voltage and the continuous improvement of integrated automation substation， the importance of fire-fighting facilities and fire-fighting work has become increasingly prominent.In this regard， this paper designs a special power fire-fighting device， specifically introduces the overall structure and implementation scheme of the device， analyzes the software architecture design of the device， summarizes the main innovation points of the design， and puts forward the main problems to be solved in the actual development process and the specific application situation， so as to help people to further understand the device， and then better promote the application The device.

[Keywords]fire fighting equipment; overall structure; implementation scheme; innovation point

1 ?整體架構設計

電力專用消防裝置研制由主機和子機構成電力消防報警系統由主機和子機構成。通過光纖數據通信網，主機接收各區域保護智能子機采樣信息，包括火災信息、動作信息、開關位置、電壓電流信息、火災傳感器測量值等。主機完成火災邏輯判斷處理后通過數據通信網向各子機發送動作命令，子機接收到主機的動作命令，通過自身動作接點完成固定滅火系統消防功能如圖1所示。

2 ?整體實現方案

電力系統專用消防控制系統主機、子機、新型消防傳感器、消防動作裝置等構成。通過光纖數據通信網，主機接收各區域保護消防子機的采樣信息，包括火災信息、動作信息、開關位置、電壓電流信息、火災傳感器測量值等。主機完成火災邏輯判斷處理后通過數據通信網向各子機發送動作命令，子機接收到主機的動作命令，通過自身動作接點完成固定滅火系統消防功能。同時，主機通過modbus、硬接點等通訊協議或方式采集其他消防兼容產品的信息，整體納入消防控制體系，就地實現火災顯示，并實現將信號傳送至運行人員控制后臺及現場輔助/專用火災顯示后臺的功能。同時，采用IEC61850協議，可實現接入智能變電站的功能，圖2為電力系統專用消防控制系統圖。

電力系統專用消防控制系統配置若干個消防子機裝置，消防子機裝置一般按設備或按區域來合理配置。如每臺換流變或每臺主變配置一臺消防子機裝置，或者在每個閥廳、每段電纜溝道配置一臺消防子機裝置。

消防子機裝置通過硬接點方式跟紅外火焰探測器、紫外火焰探測器、消防感溫電纜等消防傳感器通信，采集消防傳感器的告警和故障信息，并通過光纖環網通信方式將這些信息發送至消防主機。每個消防子機裝置所配置的消防傳感器的數量和類型根據實際情況確定，同時也送消防子機裝置的開出和開入接點數量限制。

3 ?裝置的軟件架構設計

根據裝置設計原則，結合裝置硬件架構設計，電力專用消防裝置整體軟件架構設計采用面向對象與結構化相結合的思想，在宏觀分析與實現細節的時采用面向對象思想技術，在中間功能拆分實現的時候采用結構化思想進行功能模塊設計和劃分。平臺與保護分離，實現軟件可擴展性，高實時性，可復用性。

軟件按照組件式可視化進行組織，其功能實現軟件包括初始化、模擬量采集、定時中斷以及實時任務等四個部分。

（1）初始化過程完成對保護硬件的初始化以及配置參數的讀取校驗等，對于在模擬量采集中運行的組件，其初始化過程也在這里調用。對于任務方式運行的組件，其與全局相關的初始化在這里調用，非全局相關的初始化則在任務內部進行初始化。

（2）模擬量采集用于運行響應時間要求特別敏感的組件，主要是實現保護功能的各保護組件，模擬量采集的優先級為最高的。模擬量采集采用每周波（50 Hz）20點或40點的中斷頻率固定運行，主要完成采樣、計算、開入、出口等。

（3）定時中斷用于運行響應時間要求敏感、周期性強的功能組件，如指示燈閃爍、GPS對時、看門狗處理、按鍵采樣等;其優先級次之。

（4）實時任務用于運行響應時間要求不特別敏感的功能組件，可以被中斷程序中斷。主要完成顯示、打印、通信、參數檢查、記錄存儲等。不同功能的任務之間，其優先級略有差異。

整體軟件架構如下圖3所示，軟件可分為主程序和中斷程序兩大部分。

4 ?本設計的主要創新點

（1）基于光纖分布式I/O體系的多模擬量、數字量實現變電站消防體系，提高可靠性、智能化和抗干擾能力，具備廣泛的系統兼容能力，具備接入智能變電站的能力基于多模擬量、多數字量的消防動作邏輯，大幅度提高消防動作可靠性，可有效防止誤動和提高固定消防滅火裝置的動作以變壓器消防保護邏輯為例，其實現過程如下：

①在變壓器范圍內部署2個感溫電纜傳感器和x個紅外探頭傳感器。

②以上所有配置的消防傳感器開關量動作信號均作為輸入信號輸入變壓器火災保護判斷邏輯。如果某個消防傳感器動作即輸出為“1”，否則輸出為“0”。

③變壓器火災保護判斷邏輯執行X取n表決邏輯，X為輸入的消防傳感器的總個數，如果這X個消防傳感器中動作的個數大于等于n，即至少有n個消防傳感器輸出信號為“1”，這火災動作的信號輸出信號動作，即輸出信號為“1”。

④變壓器火災保護判斷邏輯實時采集電壓互感器和電流互感器輸出的電壓、電流的模擬量信號，同時對輸入的模擬量信號進行數模轉換和有效值計算。

⑤變壓器火災保護判斷邏輯對輸入的火災動作信號、開關分位信號、電壓及電流信號進行綜合判斷，最終得出保護動作邏輯值。

（2）基于變電站110 V/220VDC直流電源體系實現消防裝置及探測元件供電。針對傳統消防系統采用24VDC電源作為告警主機、感溫電纜控制電源存在的諸多隱患，提出供電電源采用110 V/220 VDC進行供電，并對分布式I/O結構、分布、實施等開展研究，使告警、動作信號不需擴展，以滿足系統可靠性要求。

（3）基于IEC61850的變電站消防探測及控制信息模型，實現智能變電站控制系統接入方案?，F有智能變電站廣泛采用ICE61850通訊協議，通訊介質普遍采用光纖，針對傳統消防系統不滿足智能站接入要求，開展基于IEC61850的變電站消防探測及控制信息模型研究，對其接入協議進行設計，具備接入智能站能力。

5 ?研制過程中解決的主要問題

5.1 ?子機硬件平臺的研制

硬件平臺性能的高低以及外圍接頭的分成成都，很大程度上決定了消防子機的性能和信息實時采集的能力。電力專用消防子機裝置的主控單元采用獨立的CPU，負責控制其他各個單元的工作狀態、從其他各個單元獲取相關信息并經處理后交由通信單元發送，接收通信單元發來的信息并做相應的處理。主控CPU采用32位ARM芯片，運行實時操作系統，技術先進可靠，便于維護和升級，具有很強的兼容性。消防子機的硬件平均具有豐富的外圍接口，可以支持多種消防傳感器同時接入，同時支持多模電壓電流模擬量的同時采集。

5.2 ?基于多模擬量、數字量的消防判斷邏輯的實現

目前的消防系統一般僅根據消防傳感器的告警信號和變壓器開關量信號來作為消防動作的判斷邏輯的輸入信號。由于消防傳感器的告警信號和變壓器開關量信號相對容易受干擾，容易導致消防設備誤動作，進而導致主輔設備停運，造成不必要的經濟損失。因而有必要進一步改進電纜火災保護判斷邏輯，一是要引入多種消防傳感器的X取n表決邏輯判斷，防止單一傳感器誤動，二是要引入基于電壓、電流模擬量智能化判別，排除僅依靠動作“接點”的數字量判斷邏輯和信號，提高防誤動能力。

5.3 ?產品完善及應用情況

“電力專用消防裝置及體系研究”成果消防子機裝置已通過國家繼電保護及自動化設備質量監督檢驗中心（開普實驗室）的測試，本系統已在銀川東換流站實際投運，作為換流變消防的補充措施。

6 ?結束語

“電力專用消防裝置及體系研究”的成果對于提高消防邏輯判斷的可靠性，提高電力系統用消防傳感器的可靠性，提高消防系統的可觀性都有較大的幫助?？梢韵茸鳛楝F有消防系統的補充同時投運，進一步提高換流站和變電站的消防能力。后續根據實際運行情況進一步完善和推廣。

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