以智能预警为导向的变电站电气火灾防控管理

昝 浩，王 欣，刘故帅，王世坤，胡新刚

（国网山东省电力公司淄博供电公司，山东 淄博 255095）

0 引言

目前，无人值守变电站电气火灾预警不到位，响应体系效率低，扩火面积的控制措施不健全等问题较为突出。随着消防技术的发展和成熟，智能消防系统在消防实践中的应用日益广泛［1］，为变电站消防管控体系建设提供了思路。

国内外专家从不同的角度对变电站电气火灾防控管理内容进行分析。文献［2］指出通过结合现有的物联网、大数据、通信、环境感知等先进技术，在发生火灾时，智能消防系统能立即定位火灾区域，启动火警广播，组织人员安全疏散。文献［3］指出，在计算机程序控制下，消防系统根据火警探测器提供的现场火势信息，自动采取各种有效的灭火措施。在实际应用中，智能消防系统能及时发现建筑的火灾隐患，采取相应措施、及时扑救，防止灾害扩大［4］。变电站作为建筑物的一种，可以借鉴较为成熟的建筑物智能消防技术，同时结合变电站实际情况进行优化配置，将智能消防技术重点应用在预警环节上，将火灾隐患遏制在根源上，通过建立完善的变电站电气火灾管理体系，实现变电站智能化消防技术的不断进步［5］。

以智能装置和优化灭火设施为基础，按照精准预防火灾并快速处理火情为管理思路，从防止火灾发生、阻止火灾扩散、快速处理火灾3 个方面提出变电站电气火灾防控的管理的7 项措施，即建立变电站消防控制室、安防视频系统监测、智能巡检机器人消防特巡、电缆竖井智能防火、移动式消防沙箱、一站一警智能联动及建立双向沟通机制，将火灾预防和火灾应急处置相结合，有效提高变电站火灾预警水平。

1 变电站电气火灾防控管理实施背景

火灾是当前严重威胁人类生命财产安全的多发性灾害之一。近年来，火灾呈现出以下几个特点［6］：突发性强、破坏性大、易形成灾害连锁、灾后事故处理艰难。为了最大程度减少火灾的威胁，国家制定了“预防为主，防消结合”的消防工作方针。“预防为主”就是要求消防工作立足于防患于未然，把火灾预防放在首位；“防消结合”就是要把同火灾做斗争的两个基本手段——防火和灭火有机地结合起来，做到相辅相成、相互促进。

电气火灾是各类火灾事故中危害性最大的种类之一。一旦发生电气火灾，往往导致设备烧损、故障跳闸，不仅会造成负荷损失，而且对电网系统造成冲击。因此，建立具有智能预警功能的变电站电气火灾防控体系，既是响应“预防为主、防消结合”政策的需要，也是针对严峻的消防形势提出的必然要求。

变电站作为重点消防场所，是“电气火灾综合治理”的关键环节。因此，必须从火灾隐患排查、风险治理、设备与电网风险协同管控等方面加强变电站火灾防控，建立具有预警功能、可靠有效的变电站电气火灾防控管理体系，有效推动“电气火灾综合治理”工作的落实。

2 变电站电气火灾研究现状及问题

近年来，随着我国变电站数量的不断增长，同时，变电站无人值守模式的推广，使得“站多人少”的矛盾不断凸显。对于变电站电气火灾的管理经验相对较少，在火灾隐患排查及治理中尚存诸多问题，这些问题将越来越明显地影响我国电力事业的安全稳定发展。

管理体系不统一，有待理顺。变电站电气火灾管理不仅仅在运行中体现出来，而是应该贯穿变电站的规划、设计、建设及运行维护等诸多阶段中。目前，变电站的规划、设计、建设及运行维护是归属不同的管理单位，各个环节之间的配合不够严密，电气火灾防控方面存在互相脱节的情况。

变电站电气火灾防控预案过于笼统，实用性不强。目前我国大多数变电站的电气火灾防控预案过于笼统，不同变电站及不同类型的设备地理位置不同、所处的自然环境不同、运行工况不同，对各个站预案的具体内容缺乏细致深入的分析，同时缺乏定期有效的演练，不能为电气火灾的防控提供实际有效的指导，有必要针对不同设备类型预先制定相应的应急防控预案并做好演练。

3 以智能预警为导向的变电站电气火灾管理系统

电气火灾影响范围大、涉及面广、造成经济损失巨大，因此，必须从火灾隐患排查、风险治理、设备与电网风险协同管控等方面加强变电站火灾防控。以智能预警为导向的变电站电气火灾防控管理系统架构如图1 所示。

图1 以智能预警为导向的变电站电气火灾管理系统架构

3.1 构建变电站火灾智能预警系统

“防着火”的主要工作是辨识整个变电站运行环境中的危险火源，并对危险火源存在的条件、状态以及可能造成的火灾严重程度进行分析，然后针对分析结果制定相应的防火措施。

3.1.1 采用安防视频系统监测变电站环境

随着电网建设不断推进，郊区变电站数量日益增加，周边环境较为复杂，植被一旦发生火灾将对站内设备造成严重威胁，而传统变电站内的监控系统只能对变电站内环境进行监控，局限性大。

为了能够对变电站周边环境开展火灾消防预警，建成变电站安防视频系统。首先，以周边环境复杂程度、负荷重要程度、电压等级、运行年限等维度建立评估标准，对各个变电站开展测评。通过测评，将“站树矛盾”等问题突出且负荷重要的变电站围墙上装设工业级球形摄像头，对站外火灾隐患实施监控。需要特别说明的是，摄像头具有400 万像素夜视高清和20 倍变焦等特点，可以在水平方向360°和垂直方向90°的区域内实现自动巡航。通过云端图像对比技术，与正常时的周边环境图片进行比对，对于特征发生变化的图像自动弹出在监控中心的屏幕，然后进行人工判断，若有火灾发生的迹象则自动锁定火灾位置，并通知距离最近的消防队，变电运维人员迅速赶往现场参与救火。

作为对传统监控系统的补充，站外监测系统具有巡查覆盖面积大、巡查精度高，快速反应，应急机动性强，能够高清晰度实时回传巡查图像等优点，顺应了当前对安全生产更高的要求，实现了对变电站周边环境火情的预警监测。

3.1.2 智能巡检机器人的消防特巡

为了保证对变电站内主要一次设备运行状态的实时监控，变电站智能巡检机器人通过红外测温、图像识别等技术对变电站设备进行巡检，及时发现设备缺陷、异物搭挂等情况，保证设备的安全稳定运行。

在智能巡检系统中增加消防特殊巡检模块，根据环境温度、设备温度评估设备的运行情况，确定特巡频次。建立横向比对机制，通过比对同一环境温度下不同设备的温度，发现温度明显异常的设备；建立纵向比对机制，对比同一设备不同时间的温度，若设备发生明显温度变化，动态调整特巡频次，实现对设备的及时管控跟踪。

3.2 改造变电站消防设备设施

改造变电站消防设备设施的主要工作是通过升级改造站内设备和设施，达到抑制火势扩散的目的，是对“防着火”阶段的补充。

3.2.1 电缆竖井智能防火改造

变电站内，大量动力电缆和二次通信电缆存放在电缆竖井中，电缆竖井与电缆沟的上下结构不同，在发生火灾时由于“烟囱效应”使其更容易从一个区域蔓延至另一个区域，所以，应根据电缆竖井的运行工况环境，量身定制火灾防控措施。电缆竖井火灾防控系统结构包含探测系统、火灾报警控制系统和消防系统。

探测系统主要为感温电缆，根据工作原理不同，主要分为两种类型：数字型感温电缆和模拟型感温电缆。感温电缆基本结构如图2 所示。

图2 感温电缆基本结构

火灾报警控制系统的输入端分别连接感温电缆探测器，接收感温电缆擦剂的温度信号；其主控制芯片预先设置有针对温度信号的阀值，一旦接收到的信号超出阀值，输出报警指令，启动报警装置。消防系统主要为悬挂式干粉灭火器，受“烟囱效应”的影响，不能使用气体类的灭火剂，悬挂式干粉灭火器结构如图3 所示。

图3 悬挂式干粉灭火装置示意

3.2.2 移动式消防沙箱改造

由于变压器是充油设备，因此在变电站内往往配置有消防沙池，内部存有干燥的消防沙用来灭火；同时，消防沙可以吸纳易燃液体，比如变电站场地内有油渍，可以倒上沙子覆盖然后清扫；另外，消防沙可以用于扑救D 类金属火灾，而且成本低廉。综上所述，消防沙池在变电站火灾中能发挥显著作用。

但是，现有变电站消防沙池全部为固定沙池，在使用消防沙时需要在火灾地点与沙池之间不断往返，效率低下；而且消防沙需要保证干燥性，固定沙池都在室外，在空气湿度较大时不能够保证干燥性。

针对以上问题，提出了变电站移动沙池。在箱体上加装万向轮，实现了沙箱的便捷移动，能够以更快的速度将沙箱转移至火灾地点；通过加装集沙与搅拌机构，能够定期对箱内沙子进行搅拌，防止沙子潮湿、结块，保证消防沙的有效性。根据DL 5027—2015《电力设备典型消防规程》中黄沙的配置要求，每台室外油浸式主变压器配置1 m3的黄沙，小组设计的移动式消防沙箱长150 cm，宽120 cm，高100 cm，能够满足1 台主变压器的需求。

经过测试，使用移动沙箱后，整体运沙效率提升为原来的46 倍；在阴雨天气时，可以通过将沙箱转移至室内的方式有效避免消防沙受潮，指定专人定期对消防沙进行搅拌，防止消防沙结块。

3.3 优化标准变电站火灾处理流程

“快处理”是指建立无人值班变电站消防控制室、“一站一警智能联动”及“双向沟通”机制，实现快速处理火灾的目的。

3.3.1 无人值班变电站消防控制室

无人值班变电站消防控制室搭建1 套消防远程集中监控系统，将所辖变电站的消防信号集中监控，实现各站消防设备设施状态、告警信号的远程监视，以及受控消防设备的远程应急控制功能。无人值班变电站消防控制室架构示意如图4 所示。

由图4 可知，该消防控制室还具备消防告警信息与现场视频的自动联动功能，具有“循环播放、异常弹窗、精确定位”等功能，方便消防监控人员确认远方火情、迅速正确处置。

3.3.2 一站一警智能联动机制

对所辖变电站的地理定位进行收集，查找对应辖区的消防队伍，由运维班组与之建立联络，编制“一站一警”联络卡，放置在各站主控室，以便发生火情时及时进行联络。同时，定期与各消防队进行联合演习，由各站运行主人作为主要负责人，配合所辖变电站所在辖区消防队伍开展模拟火灾演练，实现了专人专责，将工作落实到位。

3.3.3 双向沟通机制

鉴于电力行业消防特殊性，变电运维室与消防部门建立了两级消防联动，开展双向消防培训，实现消防人员与运维人员在变电站消防防控方面的双向沟通。双向培训分为“引进来”和“走出去”两步。“引进来”就是让消防人员来到变电站里面，由运维人员对变电站内的设备运行情况进行讲解，使消防人员熟悉变电站内的运行情况，在发生火情时，便于消防人员以最快的速度制定最佳救火方案。“走出去”是指组织运维人员前往消防队学习消防器材的使用方法，并进行专业知识与实操考试，确保所有运维人员“双过关”。经过双向培训后，组织运维人员参加建（构）筑物消防员考试，达到人员持证上岗的要求。

图4 无人值班变电站消防控制室架构

通过建立联动与沟通机制，加强了运维人员与消防人员的联络，提升了运维人员对消防设备、消防人员对电力设备的熟悉程度，奠定了变电站火灾快速处理的人员基础。

4 实施效果

某市供电公司变电运维室共有员工99 人，管辖5 965 km2内的125 座变电站，其中220 kV 站28 座，110 kV 变电站83 座，35 kV 变电站14 座。通过设备改造、流程优化、新设备应用多项措施的实施，有利的提升变电运维室所辖125 座变电站消防监测覆盖率，显著降低初期火灾处的平均时间。

收集该市供电公司某年度一、二季度变电站电气火灾防控数据，并与未执行本文管控体系的上一年度一、二季度电气火灾防控数据进行比较，得到了该管控体系的实际应用指标分析表，如表1 所示。

表1 实际应用指标分析数据

由表1 可以看出，执行本项目所述管理体系，可以明显降低火灾发生率，需要说明的是，参与本次对比的变电站均为已经改造完成的变电站和新建的变电站，火灾发生率为发生火灾的变电站数量与变电站总数的比值。

由于安防监控系统巡视和智能巡检机器人的辅助作用，使得火灾发生率降低了100%，工作效率提升明显；相关“阻扩散”辅助措施，使得变电站站内火灾扩火面积降低了82.35%，效果显著；此外，基于“一站一警联动”和“双向沟通机制”的应用，使得火灾平均扑灭时间降低了66.18%。

5 结语

从电气火灾的治理原则和治理理念出发，阐述了变电站电气火灾防控管理的实施背景，分析了研究电气火灾防控管理的重要性。从变电站电气火灾管理体系和防控预案等多个方面出发，分析了变电站电气火灾研究的薄弱环节和目前电气火灾治理存在的问题。通过“防着火”“阻扩散”“快处理”3 大类，实现了对变电站站内设备、周边环境的全方位监控，智能分析处理，提高了变电站火灾预警水平。

下一步将基于模糊层次分析法及聚类算法，深入分析变电站内不同设备的火灾风险等级，继续优化消防监控系统界面、扩展系统功能、深化数据应用，提高管控体系的兼容性和全面性。