一种户外箱体火灾自动灭火及声光报警装置的研制

郑元彬 段永煌

摘要：近年来户外开关柜因其显著优点而被广泛使用，但其具有内部隐患难以被发现的缺点，尤其当内部发生火灾时难以进行及时干预。为解决这一问题，本文研制一种户外箱体火灾自动灭火及声光报警装置，通过温度、烟雾浓度等信号实时对箱体内部情况进行监测和判断，同时具有告警和灭火功能，具有突出的实用性和创新性。

关键词：户外箱体;电气火灾;报警;灭火

近年来，随着配电网的高速发展，电力系统中的户外开关柜数量也快速增长。户外开关柜具有结构紧凑、公共安全性好等明显的优点，但其缺点也同样突出。密闭的箱体使开关柜内部设备隐患、缺陷难以被发现，同时，户外开关柜的安装地点往往离控制室较远，当设备内部发生严重缺陷，如火灾等，运行人员难以在第一时间发现灾情并进行处置。为提高开关柜内部火灾预警与处置能力，现急需开发一种箱体火灾自动灭火及声光报警装置。

在日常运行过程中，系统过电压、设备绝缘强度降低、电子元器件性能不稳定、设备接头过热等因素[1]都可能在开关柜箱体内部引发火灾。由于开关柜内通风条件差，便于热量积聚，且箱体内多可燃物，若火灾未能被及时干预，则可能在短时间烧毁开关柜，甚至波及相邻间隔的安全运行。

本文所研制的户外箱体火灾自动灭火及声光报警装置（下称装置），主要由信息采集装置、逻辑处理器、报警装置和灭火装置组成。其中，信息采集装置主要由温度传感器和烟雾探测器组成。温度传感器的安装，须充分结合户外开关柜的运行经验，着重关注开关柜内部故障高发的位置[2]，如电缆室、端子排、真空泡等，并根据运行红外测温显示图，以箱体内火灾隐患点作为信息采集点，并通过传感器将实时采集的温度信息，并汇总至逻辑处理器进行处理。当采集点温升幅度过大或温升过快时，则可判定采集点附近已出现过热故障，箱体内部存在发生火灾的倾向。同时，装置还在内部集成了烟雾探测器，但柜体内烟雾浓度突破预设阈值时，则可基本判定箱体内部已出现火情。同时，为避免传感器掉线、损坏造成信息采集中段，装置在逻辑处理器中加入检测功能，但数据中断时亦会即时向运维人员发出相应告警。

电能的传输伴随着能量损耗，即使在正常的运行状态下，开关柜内温度仍较高，可能造成消防报警装置误判;户外开关柜外部粉尘可能通过缝隙进入箱体内烟雾探测器中，使烟雾探测器在未发生火情的情况下误启动。为避免外部因素造成装置误动，对设备运行造成不必要的干扰，可对装置的启动条件进行设定：当仅采集到温度或烟雾浓度异常信号时，启动普遍报警功能，在装置本地发出高分贝（120dB）告警声音，通过通信模块向设备运维人员发出报警信号，提醒设备运维人员迅速到场确认设备运行情况;当装置同时采集到温度和烟雾浓度异常信号时，启动火灾报警功能，在装置本地发出高分贝（120dB）告警声音，并第一时间向运维人员发出火灾告警，提醒运维人员尽快到场进行处理，为火情控制和电气故障隔离争取时间。同时，运维人员还可以根据运行需要，设置阶梯型阈值细化管理，实行分级响应，根据装置反馈信息等级不同，响应措施对应可从“关注”向“重点关注”、“干预”、“立即干预”等演变，必要情况下考虑断开上级电源，避免灾情扩大。

由于本装置工作地点为开关柜内部，且火灾类型主要为电气火灾，故在选择灭火材料时必须考虑到应用场景的特殊性，装置采用的灭火材料需有较高的绝缘强度，避免灭火时出现带电设备短路接地，扩大故障范围。经过综合考虑和比对[3][4]，本装置考虑采用第三代热气溶胶自动灭火装置——S型气溶胶，该材料不仅具有较好的灭火效能，而且有较高的洁净度，气溶胶喷洒后的残留物对于电气设备的影响较少，被广泛应用于电气火灾的救援中。为避免灭火功能误动对设备运行造成不利影响，提高灭火功能启动的准确性、可靠性，本装置的灭火装置依靠物理模式方式启动，即从灭火装置内部引出引爆引线，当且仅当有明火引燃引线时，引爆热气溶胶自动灭火器，实现自动灭火。故引爆引线必须敷设在容易发生火灾的隐患点，提高响应效率。

本文所研制的户外箱体火灾自动灭火及声光报警装置，系以防控开关柜箱体内火灾为目的，消除箱体运维过程中的安全盲区，实现对电气火灾的提前预警和及时干预，为灾情控制和故障隔离争取宝贵的时间。本装置适应性较广，仅需对逻辑处理器中的相关保护启动阈值进行调整，便可运用于其他类型的电气设备箱体或密闭空间中，如10kV接地变压器、10kV站用变压器、电容电抗器室等场合。在对供电可靠性要求越来越高的时代背景下，本装置将大大豐富运维人员监测运行设备内部工作情况的手段，帮助设备运维单位及时发现并处置设备隐患、设备缺陷，为维护设备运行安全、提高地区供电可靠性做出积极的贡献。

参考文献

[1]刘东旗，刘艳芹，陈宁，王鹏，李大勇.电气火灾的分析和预防[J].中国安全生产科学技术，2011（7）：179-182.

[2]丁宏军.谈谈电气火灾监控系统的应用[J].建筑电气，2017（4）：3-6.

[3]邓长征，龚燎原，杨楠，许晓明.热气溶胶灭火剂在高压开关柜中的应用探究[J].电工材料，2021（1）：18-21.

[4]李强，王绍军，张粲.热气溶胶灭火装置的应用[J].灭火剂与阻燃材料，2013（32）：69-71.