浅议电气火灾探测与自动灭火装置在电容柜上的应用

李基民，叶枫舒，董家睿，吴艺，任颖，黄腾

（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000）

当前，大部分变电站都无人值守，可以通过远程监控方式实现对电路设备等控制。但是，在出现火情后无法自动检测和灭火，这就导致变电站的工作受到影响，在发生火灾后无法及时地发现。尤其是很多火灾发生后，可能导致电气设备故障，出现更严重的损失。近年针对电气火灾探测和灭火相关设施的研究不断增多，主要是为了保证变电站安全使用，避免出现严重火灾无法有效控制。当前科技进步，研究出现探测火灾的装置，采取自动灭火装置可以满足火灾探测和控制要求，保证电气设备运行安全。

1 电气火灾探测与自动灭火装置概述

1.1 电气火灾探测与自动灭火装置原理

电气火灾探测与自动灭火装置发挥作用分为两个部分，第一部分是探测，发现火灾后才能够启动后续程序进行处理。电气火灾探测装置可以发现实际情况，通过图像技术进行火灾判断，这是可以保证准确性的有效方式，图像是最直观的表现。同时探测装置还可以结合温度，烟雾等综合判断，确定是否出现火灾等情况。若是出现火灾后可以通过灭火装置启动灭火程序后进行灭火，这种方式可以满足火灾处理要求，改善处理现状。自动灭火装置收到灭火通知后可以启动警报，进行自动灭火处理。电气火灾探测与自动灭火装置运行的关键是中央处理器，其负责图像采集、烟雾和温度等检测，在出现问题后可以启动警报，同时可以指示柜门开启，确定后启动灭火装置进行自动灭火。

1.2 电气火灾探测与自动灭火装置特点

电气火灾探测与自动灭火装置具有保护功能，可以在电气设备运行故障引起股灾后发出警报，控制火灾，并且针对出现线路火灾等部分进行保护，降低对电力系统的影响。电气火灾探测与自动灭火装置的运用可以确定监控的范围，设定参数，实现对装置周围区域的有效保护，灵活性比较好，可以调试。电气火灾探测与自动灭火装置的运用操作性比较强，并不影响相关设备的正常运行，只要在周围安装就可以，操作者可以通过按键方式设定，并且对于电气设备的运行情况能够实时掌握。电气火灾探测与自动灭火装置可以掌握检测的数据信息和图像信息等，综合分析后进行故障分析和处理，帮助解决线路故障或是设备故障等问题。

2 电气火灾探测与自动灭火装置核心研究

近年电气火灾探测和灭火相关技术受到了人们的关注，常用的监测与灭火装置主要是剩余电流法、测温法、烟雾法等，但是，这些方式效果一般，尤其是警报装置容易受到其他因素的干扰，效果并不理想，而电气设备运行温度相对比较高，一般方法运用无法实现对火灾的监控。而常规灭火方式无法运用到电气设备灭火中，这就需要选择更合理的灭火装置，满足电气设备灭火要求，提高火灾探测和灭火效果。

2.1 图像采集与分析技术

（1）采集依据。电气火灾探测装置发挥作用的重点就是图像采集，获得图像信号后转化为光电信号后进行报警处理，这样就转换为数字信号，对数字信号进行处理后可以提取动态和静态特征，这样可以实现对火灾的监控。图像采集是通过建立数学模型和几何模型方式进行特征量化后处理，这样可以实现对火灾的识别，判断计火灾情况。

（2）干扰因素处理。电气火灾探测装置可以排除其他因素的干扰，主要是通过动态设计平台特征观察，尤其是电容柜运行中可能出现光源等情况，识别过程中需要对高亮度区域进行分析，要结合火焰的特征进行分析，判断是否起火。电气火灾探测装置可以避免其他因素对火灾探测情况的影响，火焰具有自己的特征，相比其他光源有明显的区别，尤其是其闪动的范围为7～12Hz，这与其他光源不同，可以将其作为判断点，这样就可以确定是否出现起火情况，对于光源判断有重要价值。电气火灾探测装置检测中可以通过火焰形状方式监控，采取这种方式确定圆形度的大小，一般干扰图形是在0.8～1.5，这个范围内就不属于火焰；火焰形状是在1.8以上，这就可以有效判断起火情况，通过对火焰形状和闪动赫兹的观察确定，降低其他因素的影响，保证火灾监控的有效性。

（3）火焰特征分析。①提取火焰尖角。火焰边缘可能出现抖动或是热气流变动等情况，这时候火焰边缘可能出现尖角，这些尖角会不断地变化，这是火焰的主要特征，为了提取尖角的速度，采取目标边缘提取方式。火焰尖角提取主要是确定定点高度，在这个基础上进行建立坐标系进行分析，确定形状特征后将其作为标准进行监控。②提取圆形度。火焰的圆形度并不规则，还有干扰因素的影响，对于圆形度的描述是通过形状的规整性判断。采取非递归区域增长法标记，这种方式可以确定圆形度的面积、周长等，通过圆形度计算确定是否起火。③火焰调动情况。火焰会有明显的跳动性，通过这种方式可以发现火焰信号的规律，可以采取闪动频率检测方式确定，一般高度和变化超过4个像素，这种方式可以确定火焰跳动的频率。④火焰梯形特征。火焰上部窄，下部比较宽，与梯形相似，因此，在火焰监测中可以通过梯形特征监测方式确定是否发生火灾。梯形特征可以通过重心和中心纵坐标的距离确定特征。⑤边缘特征。火焰发生初期，体积不断增加，但是重心为主并不变，可以通过这种方式描述火灾周长变化情况，确定是否为火焰。通过上述分析可以看出，针对火灾的检测可以从多个角度进行分析，采集图像建模、干扰因素排除，同时，可以结合火焰的多个特征确定是否出现起火情况。电气火灾探测方式可以通过多种方式确定是否起火，这样就可以避免出现检测不准确等情况，保证探测结果的准确性，保证电容柜稳定发挥作用。

2.2 自动灭火装置

自动灭火装置是将灭火气体存放在储藏器中，在启动灭火程序后开启。自动灭火装置是由控制器控制，在控制器的控制下开大或是关闭，保证喷出的气体可以直接喷到灭火的位置，这样就可以实现自动灭火，避免出现引燃其他装置等情况。自动灭火装置使用的灭火装置主要是七氟丙烷、六氟丙烷，在常温状态下没有颜色和气味，可以存储的时间比较长，尤其是在灭火中使用，可以在短时间灭火，其效果比较好。电容柜中有很多精密的电气设备，而七氟丙烷、六氟丙烷等对于电子设备的保护效果比较理想，避免在灭火的过程中损伤电子设备等。七氟丙烷、六氟丙烷没有毒性，不会导致相关工作人员中毒，在灭火后存留的气体可以在大气中汽化，并不会污染空气，效果比较理想，在电气设备灭火中的运用比较多。

3 电气火灾探测与自动灭火装置在电容柜中的运用研究

3.1 电容柜特点

电容柜在电力系统中运用十分重要，尤其是对电压和电能质量要求比较高，尤其是当前电力系统故障中电容柜出现故障的概率最高。在电容器研究中发现，起火的部位主要是电容器、电抗器、放电线圈等部位，在电容器柜出现起火后导致设备无法正常使用，故障问题比较严重。当前防火装置主要是运用在电容柜附近，但是其效果一般，还需要采取新的技术改善当前防火效果。

3.2 运用要求

防火装置在电容柜中运用要保证可以正常工作，在平时工作中可以方便安装、更换和拆卸等，这样可以满足柜体绝缘和电气间距的要求，保证工作质量，降低电磁对工作环境的影响，保证电容柜正常工作。电气火灾探测与自动灭火装置在防火装置中运用要结合电容柜的要求进行装置布置，满足防火要求和运行要求。电气火灾探测在电容柜火灾检测中运用，可以及时地发现火灾和预警，通过图像分析转化为数字信号输出，这种方式可以利用计算机和网络实现对火灾的探测，这种方式可以及时地发现火灾，避免出现火势蔓延无法控制等情况。电气火灾探测中可能出现其他因素影响火灾检测，尤其是光源等可能导致火灾检测结果不准确，而电气火灾探测可以通过图像、声音、影像等确定是否发生火灾，降低其他因素干扰。自动灭火装置是在确定出现火灾后启动，采用对电子设备有保护作用的气体进行灭火，这样就可以降低对电子设备的破坏，保证电气设备能够发挥作用，降低经济损失。

3.3 运用基本情况

当前针对电容柜的火灾探测和灭火装置安装四个摄像头、四个灭火装置，主要是在电容器、电抗器、放电器和接触器为主，这是容易出现火灾的地方，若是周围出现火灾也可以检测和自动灭火。针对电路系统电容柜的火灾探测和灭火装置的研究中进行测试改造后得到指标，可以满足防火要求，在出现相关火灾事故后可以及时发现和灭火。

（1）短时间内发现火情。电容柜中电气火灾探测的时间比较短，在短时间内就可以发现，一般是在0.1～5s就可以发现周围起火情况，这样就可以及时地处理，避免火灾规模大。探测时间比较短，可以满足火灾防火要求，保证周围设备安全运行。

（2）短时间内灭火。自动灭火装置的功能比较强大，一般火灾在10s内就可以有效控制，这样就可以有效地控制火灾对装置的损伤。短时间内灭火可以保证电容柜安全，避免出现安全事故，保证电力系统正常运行。

（3）温度监控预警。电气火灾探测装置可以进行温度探测，一般温度比较高情况会比较危险，可能会出现火灾等情况，而探测装置可以设定温度监控，这样就可以实现及时的报警，采取声光方式报警，满足火灾防控要求。若是相关人员没有注意，还可以通过短信通知，这样就可以及时地发现警报。

（4）烟雾警报装置。电气火灾探测与自动灭火装置的运用可以满足烟雾警报装置的要求，在出现烟雾后可以及时地报警，通过声光方式让相关工作人员注意，同时还可以发送短信通知，保证相关人员及时处理。

（5）打开柜门发出警报。电容柜使用中可能出现柜门强制开启或是意外开启等情况，在这个过程中可以警报，告知相关人员处理，避免出现危害电容柜正常运行等情况。

（6）起火警报。电气火灾探测可以通过声音、光、图像等方式进行火灾监控，若是出现起火现象可以及时地报警，这样就可以有效处理，探测装置可以发现火灾，不需要人员实时监控。

（7）火灾录像。电容柜出现火灾后，需要对火灾发生的原因和处理情况进行分析，作为后续处理相关问题的依据，将起火和救火经验运用到后续管理中。电气火灾探测可以将起火的全过程录像，对于处理情况进行录像，这对后续管理有重要价值，若是出现有人故意纵火，可以及时地找到相关人员处理，保证电力系统的运行安全。

（8）满足相关标准要求。电气火灾探测与自动灭火装置可以满足电气间距要求和相关标准要求，可以保证电容柜的正常运行，并不会影响电容柜运行，同时，在绝缘实验中可以满足43kv/分钟的要求，安全性比较高。

4 结语

综上，电气设备的运用中若是使用不合理，可能出现火灾等情况，而人员对设备监控不足，可能出现严重火情。电气火灾探测装置的运用可以结合图像识别、温度和烟雾等探测火情，这样能够更早地发现火灾，避免火灾规模扩大，无法控制。而自动灭火装置可以在短时间内灭火，一般火灾在10s内就可扑灭，这种方式对于火情控制效果比较理想。电气火灾探测与自动灭火装置在电容柜上的应用可以保证电容柜的运行安全，出现火灾后可以探测和自动灭火，这些技术的研究填补了我国在高压电容柜研究方面的缺失，当前处于国际领先水平。