浅谈云雾室型空气采样探测系统在电力场所的应用

2012-07-30北京市海淀区公安消防支队北京100089

智能建筑电气技术 2012年3期

赵霞（北京市海淀区公安消防支队，北京 100089）

引言

电力场所属于高能量密集的场所，因意外事故而造成重大安全责任事故的机率极高。因此，对可能造成电力系统安全事故，尤其是电力设备等过热隐患最终导致事故的防范，必须采用最高规格的防御体系。《火力发电厂与变电站设计防火规范》（GB50229-2006）特别加入了吸气式感烟探测报警器的选用范围。然而，我国的电力场所多属高灰尘区域，选用高灵敏度的吸气式感烟探测报警器常因高误报率而不得不调低其灵敏度，最终，探测系统个别采样孔的灵敏度将降低至3%～5%obs/m，与传统点式探测器的灵敏度差不多，这样，投入大笔预算采购高灵敏度探测器的意义就不复存在了。所以，如今电力场所在电力设备过热隐患探测这一课题上所面对的主要挑战是：选用的设备能否运转于应有的高灵敏度? 运转于高灵敏度是否会带来误报的困扰?

1 目前使用的火灾报警器

传统火灾报警探测器大都是光电型火灾报警探测器，对于目前广泛使用的光电型火灾探测器，存在如下缺陷：

1）传统的火灾探测器安装方式单一，不能针对不同电气场所内不同的保护目标提供有针对性的保护。

2）传统火灾探测器维护程序复杂、维护周期短，且维护难度大。例如常用的红外对射式烟雾报警设备。

3）灵敏度低、误报率高。由于光电型探测器采用的是遮光探测的原理，所以难以抵御空气中的灰尘、雾气等因素对其造成的影响。对于电力场所来说尤其如此，由于其死角众多，长年积灰，受光电型探测器使用遮光方式探测的原理所限，越是灵敏反而对此种情况的误报越严重。误报的发生不但会浪费大量的人力和时间，而且一旦安保人员产生了麻痹的心理，其保护区域将陷入更加危险的境地。这样火灾探测器不但失去意义，反而会带来困扰。使用这样的探测器，火灾威胁仍然时刻存在。

对于光电型探测器来说，由于其发展历史悠久，其硬件设备的性能已经提升至极限，甚至已经采用激光光源进行探测，但是仍然无法突破对火灾早期的探测。由此可见，光电型探测器由于其根本原理的限制而无法提供更多的反应时间，甚至会带来更多的困扰。

2 极早期火灾探测在电力场所的防火优势

2.1 IFD在火灾探测中的优势

电力系统事故的极早期阶段是指电力设备、电路板、电线电缆、开关柜、母线排及端子等电力负荷超载，从被过度加热超过其绝缘材质可承受的临界点，到氧化燃烧并开始产生碳烟，造成短路、断路等电力事故的发生。在电力系统存在过热过载隐患时，其极早期阶段（此时尚无烟粒子产生）所出现的情况是热力的适度增加，进而产生大量的不可见次微米粒子(0.002μm；μ=10-6)。一般采用光散射原理的早期烟雾探测器并不对次微米粒子产生反应；它所能探测到的粒子大小受探测器所使用的探测光源之波长（约0.1μm）所限制；然而在火灾极早期阶段，大于0.1μm粒子的存在数量相对于0.002次微米大小的粒子数量是相当相当少的；所以，采用光散射原理的早期烟雾探测器无法探测出电力系统过热过载隐患状态，而只有基于云雾室探测原理的探测器才能保证电力系统的安全生产运行，不影响正常发电、配电、变电和供电以及人民群众正常生活用电。

2.2 探测器的配置方案

每台IFD探测器的保护面积为800m2～2000 m2，并分为单区型和分区型，模块化配置，可结合电气场所各个区域面积大小以及布置配套设计和应用。IFD云雾室型极早期火灾探测器采用主动式空气采样探测方式，即使用抽气泵不间断地将被保护区域内的空气样品抽进云雾室进行分析。与传统火灾探测方法相比，它的探测结果和响应时间不会受环境气流(如HVAC、气流分层、高流速等)影响。故对于电气场所的复杂环境区域，IFD是非常适合的。IFD采用云雾室粒子计数，从而极大地扩大了粒子探测范围。它能够有效地探测包括：天然物质燃烧烟尘（如木材、布料、烟草等），合成物质过热、焖烧、燃烧所释放的热释粒子（如塑料过热散发的卤化物、松香、树脂等）；探测到的燃烧粒子直径小到0.002μm（不可见热释粒子），大到20μm；因为具备环境粒子计数功能，即使在多尘环境下，灰尘粒子的数量也远远小于火灾极早期阶段释放出的热释粒子数量(约1:200)。所以IFD真正解决了在多尘环境下激光型空气采样系统误报警的弊端，非常适合应用在电气场所这类火灾发生概率较高的且极其重要的场所。而且其安装灵活，对保护目标具有极强的针对性。与以往的探测设备不同，IFD的采样管网可以根据需要采用不同的安装方法。例如：可以像常规点式烟雾探测器一样安装在天花板内或地板下；也可以将采样管沿着被保护体的走向来安装；还可以其特有的毛细管采样方式将采样管隐藏在不易察觉地方，从而使得被保护区域可以得到切实的防护。

3 云雾室型极早期探测器探测依据及原理

在火灾发生的极早期，物体(如电线电缆或电子零件)被过度加热之后，其表面会释放出极微小的不可见热分解粒子(约小至0.002μm)，其数量在短时间内可达到50万个/cc～100万个/cc；而在正常状况下，空气中飘浮的不可见微粒子数只有约2万个/cc，在高尘区也只有2.5万个/cc～3万个/cc，正常与火灾极早期状况下粒子数的悬殊比例可被云雾探测室区别出来，故采用云雾探测室型的探测器，其警报门坎都设定在20万～80万个/cc之间，远远高于背景值(即使是高尘区的3万个/cc)，故此型探测器不会受环境灰尘的影响而产生误报。而激光型探测器较难避免误报是因烟粒子(0.01μm～1μm)与一般空气中的悬浮尘粒子(0.01μm～2μm)大小极为近似，故在有落尘的地方就容易产生误报；另由于受限于光波长的影响，直径小于光波长的不可见微粒子无法被光电式探测器探测出来，只能利用滤网将较大的粒子过滤掉，使得遮光率不会受大粒子的影响，经过光子分析仪的探测后，再以警报时间延迟(约1min)来避免因短暂的高灰尘气流经过而引起误报。而IFD因应用粒子计数功能，不会受灰尘、雾气、干冰、水蒸气等影响而产生误报。

IFD系统具有成熟的管网系统设计验证软件Proflow，它能在施工前精确计算出采样管网设计中每一个采样点的灵敏度和整个管网的气流参数及其他工作参数。

金属外壳具有抗电磁干扰能力，同时因为采用ABS/PVC管网进行保护区域的极早期火灾监测，不会受到区域内强电磁干扰影响正常工作，也不会对区域内其他电子设备造成电磁干扰。

IFD具备事件记录功能，能够将设备运行状况记录并储存，不会受掉电影响，能够对火灾各个阶段完整记录，描绘火灾生命周期的极早期阶段、烟释放阶段、火焰释放阶段和热释放阶段的全部发展曲线过程。

IFD设备具有现场火灾四级报警显示功能，对于早期火灾隐患，用户可以及时处理，并可通过复位和静音功能按键，现场操作设备，避免人员往返于消防控制室与现场之间。

IFD具备远程输入控制功能，用户可以实现远端对本设备的复位、禁用、隔离等控制。

因电力场所控制室和办公室内空调气流导致烟雾热释粒子飘散无序，很难探测火灾准确位置，为更加准确探测微小火灾，将火灾隐患探测范围缩小至1m内，IFD配备了移动式极早期火灾寻址器（Locator）。该设备自带电源，可根据维护人员需要，随身携带到需要做火灾极早期探测区域进行探测。

IFD火灾极早期探测系统采样管网的维修保养采用一站式维护方式，即工作人员只需在设备端即可实现采样管网内部的粉尘进行清理和设备的维护工作，从而使得维护工作更加简单易行，节省了我们宝贵的时间。

4 采用云雾室型极早期探测技术的案例

万国数据上海外高桥数据中心位于上海市浦东保税区外高桥科技园区，于2010 年1 月动工，2011 年12 月投入运营，一期建筑面积约24,000m2。机房楼共5 层，提供12 个机房模块，云雾室型极早期探测器安装于UPS室、变配电室、蓄电池室及数据机房。极早期报警系统配合火灾自动报警、消防控制系统、气体灭火系统、自动喷淋系统以及消火栓系统对建筑物内昂贵设备及重要数据进行保护。

万达集团信息中心位于廊坊万达学院内，于2011年10月动工建设，2012年3月投入运营，建筑面积3000 m2。机房楼共2层，提供4个机房模块间，云雾室型极早期探测系统安装于变配电室、接入间、电池室以及数据机房位置。极早期报警系统配合环境监控系统、火灾自动报警系统、消防控制系统、气体灭火系统、自动喷淋系统对数据中心进行全面的消防防控。

在这些案例中，云雾室型极早期火灾探测技术在火灾的预防及安全隐患探测中起到了非常积极的作用。