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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2007/12/26 21:27:21
电缆火灾报警方案的研究陈国军，张海波，赵成军(东北电力学院机械电子系，吉林吉林132012)摘要：对电缆火灾产生的原因、特点及目前国内电缆火灾监测的方法进行了初步分析和探讨，研究了一套新型电缆温度在线监测系统，该系统性能稳定，有广阔的应用前景。
关键词：图象型火灾探测器；在线监测系统现代工业企业的生产，离不开电力及其控制。而电力的输送和控制的实现，则是由大量的电缆来完成的。国家消防法规中明确规定，电缆隧道或电缆层必须安装火灾自动报警系统。目前的火灾自动报警系统，由于装置自身的可靠性或对恶劣环境的适应性不强，要么可用周期短，要么经常产生误报，长此以往就会导致监控人员对报警失去警觉，从而对火灾的初期发生就很难做到及时发现，有效控制。1电缆火灾原因及主要特点
通过对近20年我国火电厂发生的电缆火灾事故分析发现，引起电缆火灾的原因主要有以下几种：
(1)电缆老化、绝缘层损坏、发生短路；(2)电缆铺设不当影响通风散热；(3)人为误操作引起电缆火灾；(4)电缆外部堆积的煤粉自燃。
电缆火灾的主要特点有以下几点：
(1)发烟量大且燃烧产物有毒；(2)火灾初期难以发现；(3)场地复杂，不利于火灾扑救；(4)管道井空隙多，助长火势蔓延；(5)损失严重，影响范围广。
2目前国内电缆火灾监测方法
2.1线型感温火灾探测器
其使用特点是：
(1)适合连续型长型可燃物体(如电缆)的保护，但必须与被保护物体保持良好接确，否则其探测效果将大大降低；
(2)由于没有屏蔽层保护，这种线型火灾探测器极易受到电磁干扰。
(3)系统仅能一次性使用，不能测出电缆的实际温度值；由于电缆数量多，系统安装及维护工作不够方便，设备易损坏；不能进行早期故障预测，不能实时显示测量值，无温度趋势分析。
2.2热敏电阻式测温系统
可以显示温度值，但由于每个热敏电阻都需要独立的接线，布线复杂且热敏电阻易损坏，故维护量大；传感器不具备自检功能，需要经常检验，因此也不常采用。
2.3点型感烟式火灾探测器
根据使用特点分为光电型感烟火灾探测器和离子型感烟火灾探测器。感烟火灾探测器使用特点是：
(1)必须有烟雾颗粒进入探测器内部构造出的光线场和电离场，因此这种探测器的保护范围受到限制，通常为几十平方米；
(2)任何微粒都可能引起感烟火灾探测器的动作。除火灾烟雾微粒外，还有灰尘微粒、水蒸汽、挥发性有机物，甚至小昆虫。
2.4点型感温式火灾探测器
感温火灾探测器必须直接接触加热空气或高温烟气，否则会因为气体热交换能力相对较弱，很难使感温探测器动作。其使用特点是：
(1)环境中因火灾发生而引起的温度异常升高仅发生在火灾部位及其邻近周围，因此这种探测器的保护面积有限，并且通常小于感烟型探测器的保护面积；
(2)除非与被加热空气和火灾烟气直接发生接触，否则温度的急剧变化一般总会造成感温火灾探测器的火灾报警的延迟。
以上为几种常用的电缆火灾监测方法。在电缆实际敷设场所，潮湿、粉尘、通风不良和电磁干扰是普遍存在的共性问题，潮湿和粉尘与火灾烟雾中的烟尘颗粒一样，均可进入感烟火灾探测器内部构造出的光线场或电离场，从而导致探测器动作，发出误报警。潮湿和粉尘甚至会沉积在敏感元件表面，严重时造成感烟探测器无法正常工作。
通风不良会进一步阻碍火灾烟气或被加热空气与周围空气之间的热交换，并阻碍它们的流动，这种状况使感温火灾探测器的火灾报警更加延误；潮湿和灰尘在感温元件上的沉积，也会影响到感温元件的灵敏度。灰尘的沉积将会影响线型感温火灾探测器的灵敏度，而电磁干扰则有可能造成这种探测器无法正常工作。
以上的分析表明，传统的火灾探测方式在进行电缆火灾监测时，因为环境因素的影响，总是存在着这样或那样的问题，其原因在于：
(1)点型感烟火灾探测器失效于电缆敷设场所的粉尘和潮湿；
(2)点型感温火灾探测器不能对电缆火灾作出及时反应；
(3)线型感温火灾探测器易受电缆电磁干扰影响。
3电缆温度在线监测系统方案设计
系统主要应用了分布式网络化、多元化测温系统的原理，以图像甄别的光学技术和图象处理计算机技术为支撑的图像型火灾探测器为基础，图像型火灾探测器的关键器件是图象甄别器和摄像机，这两个部件均可密闭在防护罩中，从而可以阻隔潮湿和粉尘对它们的影响。图像传输采用的是同轴屏蔽电缆，因此对其周围的电磁干扰有良好的屏蔽作用，图像型火灾探侧器的上述特点使之适合于在潮湿、粉尘、电磁干扰的场所中使用。其次，图像型火灾探测器的另一特点是它的探测范围为摄像机镜头所摄范围。电缆隧道或电缆层的视觉特征是直视距离长，范围大，恰巧适合摄像机的使用。可对电缆温度进行在线检测，随时了解电缆的温度变化，及时发现电缆故障并进行报警。
电缆温度在线监测系统采用了当今先进的通信技术，微处理器技术、图像处理技术、数字化温度传感技术、离子感烟技术，可在低温、强电场、潮湿环境下运行，安全完整地把数据传送至监视终端。
该系统具有良好的人机界面，可显示电缆沟道模拟图，显示传感器所监测的实际位置及所有电缆型号、长度、截面、中间接头位置等参数；可在粉尘、潮湿环境中使用的图像型火灾探测器。当运行中电缆出现异常时，显示画面及声音报警同时出现，可通过计算机上的电缆沟道模拟图直接查看，并能迅速准确地判断出发生故障的实际位置，并通过红外线摄像头实时监测电缆沟内的情况，提高了电缆运行的可靠性及技术管理水平。
3.1系统体系结构
系统采用全数字化网络结构，提高了整个系统的抗干扰能力。系统为双层总线结构，上层为模块级浮动隔离总线，将操作站与分布于电缆沟内的集线器连接起来。每个集线器可挂接多个离子感烟探头和温度总线，温度总线可支持智能温度传感器，并设有温度总线中继器。整个系统的数据通信采用CRC16和CRC8纠错校验，并保证系统能在恶劣环境下可靠地运行，图1为系统原理结构图。
3.2集线器
集线器主要完成对分布于电缆沟内的感温探头及感烟探头的数据采集、自动校验和故障检测，并将结果通过模块总线发布到系统中显示操作站做进一步处理。集线器采用3个CPU冗余结构，1个通信处理器和2个冗余的信息处理器，具有极高的安全性和故障修复能力，并采用电源及模块总线的双重隔离，可耐电压3.5?kV。其电源采用交流/直流18～36V的宽电压范围供电，供电电压无需调整，确保系统能够在极恶劣的环境下长期运行。
3.3智能温度传感器
智能温度传感器是数字化温度传感器与总线接口的集成，具有体积小、抗干扰能力强等优点。
经多次实验测试传感器可承受15kV的静电放电电压，工作温度为-55℃～ 125℃，数字化转换时间为1s,测量误差为0.5℃。3.4离子感烟器
离子感烟器用于检测电缆绝缘受热及燃烧时产生的化学气体(有色或无色)，这是采用红外或非离子型感烟探头所无法实现的。
3.5现场总线接口及操作监视站
ACCESS模块总线将操作监视站与分布于现场的集线器连接起来。它采用作双隔离浮动总线技术，能耐高达3.5?kV的直流电压。这一设计有效地防止了电缆沟内的高电压串入操作监视站，造成人员和设备的损伤(这种情况往往在电缆发生火灾时可能发生)。
4结论
经实验测试，图象型火灾探测器可在严寒、酷暑、潮温环境、粉尘中使用，能准确监测电缆沟内的电缆故障并且报警，具有良好的人机界面，可显示电缆沟道的模拟图，显示传感器所监测的实际位置及所有电缆型号、长度、截面、中间接头位置等参数，可通过计算机上的电缆沟道模拟图直接查看，大大的减少了电厂中因电缆故障造成的损失。此系统可与厂内的管理网络相连，实现信息的共享，提高了电厂的安全性和经济性。参考文献［1］潘新民，王燕芳.微型计算机与传感技术［M］.人民邮电出版社，1989.
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