基于空时阵列采样的电力设备早期火灾定位方法及系统与流程

1.本发明涉及早期火灾识别技术领域，特别是涉及一种基于空时阵列采样的电力设备早期火灾定位方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.输变电设备相对封闭空间主要有电缆层、电缆廊道、高低压开关柜及各种设备间等，这些空间狭窄且电力设备密集，长时间运行容易出现设备老化、接触点电阻增大、局部发热等情况，致使火灾风险增大。电力设备在发生火灾之前会有一些先期征兆，如频繁的电弧、打火，甚至线缆过热、阴燃等，所以需要对早期火灾进行监测预警。
4.目前在对输变电设备相对封闭空间进行火灾早期探测时，主要采用吸气式感烟探测和吸气式热解粒子探测，均利用空气采样管道进行采样；空气采样管道是一条或带有多个分支的管道，长距离的空气采样管道贯穿多个设备分布区或多个设备间，通过管体上的采样孔对沿路的所有空气进行采样，将其路径上的空气抽取到探测器端进行分析和识别；区别在于感烟探测识别的是可见烟雾，热解粒子探测识别的是不可见的热解粒子和可见烟雾。这两种方式都能够对面积较大的监测区进行火灾风险识别定位，但只能确定某个区域，无法定位到具体的某个位置或某些设备。
5.传统消防措施中的感烟、感温探测主要监测可见烟雾和环境温度，通过一定间隔的探测器分布来区分不同的空间位置，按照消防规范，每个探测器有其固定的探测面积，出现火情报警时，通过其固定编码，进行火险源定位。传统感烟、感温探测虽然采用分区域设置，实现一定范围的火灾定位；但是难以识别电力设备早期火灾风险，同时这些措施采用被动探测方式，只有当烟雾、光热到达探测器时才能奏效，效率较低，且其往往难以部署到狭小空间内(如电缆沟、竖井、开关柜体等)，适用范围存在一定局限。
6.传统的测温光纤采用接触测温方式，将光纤缠绕在所测对象上，形成接触面后进行温度测量，测温光纤通过控制仪可以定位到出现异常发热的位置。但需要将光纤贴敷到设备上，而接触不到的位置无法识别，所以在实际应用中光纤测温一般不会大面积布设；且很容易出现中间故障、模块故障，容易失效，影响实际使用效果。
7.热成像技术采用红外探测器接收被测目标的红外辐射能量，形成红外热像图。但是红外探测器需要安装在固定位置、固定区域，探测对象限定在一定的角度、距离和范围，无法对多区域、多电力设备形成全覆盖，如果存在遮挡、叠加、空间封闭、异形空间等会影响识别效果。


技术实现要素：

8.为了解决上述问题，本发明提出了一种基于空时阵列采样的电力设备早期火灾定位方法及系统，通过对监测区域在空间上进行分区布设，在时间上根据电子阀门控制采样
时间间隔，以进行针对性数据分析，以多分区、阵列式的探测识别方法实现早期火险源定位。
9.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
10.第一方面，本发明提供一种基于空时阵列采样的电力设备早期火灾定位方法，包括：
11.根据监测区域内电力设备的空间分布划分监测点；
12.在每个监测点上布设空气采样管及对应的电子阀门，以通过电子阀门控制空气采样管内气流的通断；
13.根据监测点的空气采样时间、采样空气的分析时间及预警发出后的延时时间，得到每个监测点的探测时间；
14.根据每个监测点的探测时间确定对应电子阀门的启闭时间和电子阀门之间的启闭间隔时间，以按时间顺序依次对各个监测点进行采样，根据采样空气分析结果定位存在早期火灾风险的监测点。
15.作为可选择的实施方式，空气采样时间是从空气吸入到经空气采样管传输至探测器的时间。
16.作为可选择的实施方式，根据采样距离和气流流速确定空气采样时间。
17.作为可选择的实施方式，采样空气的分析时间是从探测器接收到空气、分析识别出粒子浓度值并发出预警的时间。
18.作为可选择的实施方式，预警发出后的延时时间自定义设定。
19.作为可选择的实施方式，监测点的探测时间为空气采样时间、采样空气的分析时间及预警发出后的延时时间的和。
20.作为可选择的实施方式，电子阀门的启闭间隔时间为：其中，指n个监测点的探测时间的和；ti指第i个监测点的探测时间。
21.作为可选择的实施方式，相邻两个电子阀门依次启闭且启闭时间不重叠。
22.作为可选择的实施方式，在每个监测点的上方布设空气采样管，在空气采样管上设置电子阀门，在电子阀门后端的空气采样管上设置采样孔。
23.第二方面，本发明提供一种基于空时阵列采样的电力设备早期火灾定位系统，包括：空气采样管、电子阀门和控制模块；
24.所述空气采样管布设在每个监测点上，且在每个监测点对应的空气采样管处设置电子阀门，以通过电子阀门控制空气采样管内气流的通断；所述监测点为根据监测区域内电力设备的空间分布而划分的多个监测点；
25.所述控制模块根据监测点的空气采样时间、采样空气的分析时间及预警发出后的延时时间，得到每个监测点的探测时间；并根据每个监测点的探测时间确定对应电子阀门的启闭时间和电子阀门之间的启闭间隔时间，以按时间顺序控制电子阀门的启闭，实现依次对各个监测点进行采样，根据采样空气分析结果定位存在早期火灾风险的监测点。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
27.本发明提出一种基于空时阵列采样的电力设备早期火灾定位方法及系统，通过对监测区域在空间上进行分区布设，在时间上根据电子阀门控制采样时间间隔，以进行针对
性数据分析，以多分区、阵列式的探测识别方法实现早期火险源定位。
28.本发明提出一种基于空时阵列采样的电力设备早期火灾定位方法及系统，按照相对封闭空间电力设备火灾监测需求，在空气采样管路上划分不同的监测点，在每个监测点的空气采样管上设置可进行远程网络控制的电子阀门，使各个监测点通过电子阀门的定时启闭，控制其气流的通断，对所有监测点以空时阵列模式进行空气采样、识别分析和预警，从而通过区分空气样品来源而实现火灾风险定位目的。
29.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
30.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
31.图1为本发明实施例1提供的基于空时阵列采样的电力设备早期火灾定位方法流程图；
32.图2为本发明实施例2提供的设备安装示意图。
具体实施方式
33.下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
34.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
35.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
36.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
37.实施例1
38.本实施例提供一种基于空时阵列采样的电力设备早期火灾定位方法，包括：
39.根据监测区域内电力设备的空间分布划分监测点；
40.在每个监测点上布设空气采样管及对应的电子阀门，以通过电子阀门控制空气采样管内气流的通断；
41.根据监测点的空气采样时间、采样空气的分析时间及预警发出后的延时时间，得到每个监测点的探测时间；
42.根据每个监测点的探测时间确定对应电子阀门的启闭时间和电子阀门之间的启闭间隔时间，以按时间顺序依次对各个监测点进行采样，根据采样空气分析结果定位存在早期火灾风险的监测点。
43.在本实施例中，如图1所示，根据监测区域内电力设备的空间分布，并结合火灾预
警要求，划分监测点；具体地：
44.由于采样管上的每个采样点所监测的面积范围约为3m
×
3m，因此，可将电力设备分布的监测区域划分为多个3m
×
3m的监测点，如一个区域、一个设备或几个设备，并为每个监测点编号，且使每个监测点均位于空气采样管的路径上。
45.对于主变室、配电室等设备间，在设备摆放的空间位置上进行监测点的划分，且根据空气采样管的布设路径，使每个空气采样管的采样点覆盖一个监测点。
46.对于长距离的电缆桥架，由于空间狭长，可按照3～5m的间距进行监测点的划分。
47.对于高压开关柜的监测，需要结合柜体排列进行监测点的划分，将1～4组开关柜划定为一个监测点。另外，由于开关柜的封闭性，对内部火灾热解粒子、烟雾的扩散形成阻隔，所以可采用毛细采样管探入到开关柜内部进行直接空气采样。
48.在本实施例中，在每个监测点上布设空气采样管及对应的电子阀门，以通过电子阀门控制空气采样管内气流的通断；那么通过空气采样管、探测器、电子阀门及传输网络的安装布设，形成对监测区域的覆盖和监测点的物理划分，构建空间采样的空间阵列基础。
49.在本实施例中，按照划定的监测点，在每个监测点的上方布设空气采样管，在监测点中间位置的采样管上设置电子阀门，从电子阀门接出空气采样管，在空气采样管上设置孔径为3mm的采样孔，通过电子阀门的启闭控制采样气流的通断，以进行定向空气采样。
50.另外，将探测器、电源箱、网络控制箱等安装在便于查看的墙体上，从每个电子阀门端引出电源线/数据线，敷设到电源箱、网络控制箱位置，连接电源及网关；各电子阀门的信号经网关上传至监控主机端，建立空气采样和监测控制的物联传感网络。
51.在本实施例中，通过对每个监测点采样的探测时间进行计算与试验验证，确定在一定气流速度条件下，每个监测点采样采样的探测时间，形成空气采样和数据分析的时间阵列基础。
52.监测点的探测时间包括：空气采样时间t1、采样空气的分析时间t2、预警发出后的延时时间t3；具体地：
53.(1)空气采样时间是空气样品从采样点吸入，经空气采样管传输到探测器的时间。由于各采样点离探测器的距离、路径的差异，所以采样气流经采样管到达探测器的时间也不同。由此，根据采样点的采样距离、采样气流流速确定情况下，空气采样时间：t1＝l/v，其中，t1为空气采样时间，单位s(秒)；l为采样距离，单位m；v为气流速度，单位m/s。
54.(2)采样空气的分析时间是从探测器接收到空气样品，经分析后，识别出粒子浓度值并发出预警的时间。该时间对于固定型号的探测器来说是相对稳定的，可采用火灾模拟试验测试获得：t2＝a，单位s(秒)。
55.(3)预警发出后的延时时间；在探测器发出预警后，还需要对预警情况做进一步确认，所以要有适当延迟时间b，单位s(秒)，本实施例设定为：t3＝10。
56.综上，监测点n的探测时间tn为：tn＝t1+t2+t3＝l/v+a+b。
57.在试验验证时，先设定探测器的采样气流速度，使待测监测点的电子阀门处于开状态，其他电子阀门处于关状态，使空气气流只能从特定的监测点所在的空气采样管进入。此时，在测点位置释放电弧或烟雾，测试并记录从采样点吸入电弧或烟雾，到探测器端发出预警信号，再经过预警延时确认的整个过程所需时间，并与计算所得探测时间对比，如存在误差，多次测试取平均值；依次完成所有监测点探测时间的确认。
58.在本实施例中，根据每个监测点的探测时间，依照顺序设定每个电子阀门的启闭间隔时间，按时间顺序进行采样、分析、预警，形成空时阵列采样的火灾定位识别机制。
59.电子阀门的启闭间隔时间为：
60.其中，指n个监测点的探测时间的和。
61.该公式是为了计算第1个监测点至第n个监测点的间隔时间，计算后第1监测点间隔时间是0，第2个监测点是t1，第3个监测点是t1+t2，以此类推。
62.根据确定的每个监测点的探测时间得到每个监测点电子阀门的启闭间隔时间，使相邻两个电子阀门可以接续启闭而又不能相互造成影响，进而实现所有电子阀门的接续启闭时间设定，形成空时阵列定位与预警。
63.在本实施例中，为每个监测点设置独立的数据存储表，其探测分析的数据按照编号和时间存储。
64.在本实施例中，将监测点的编号、电子阀门的编号以及采样空气的分析结果进行对应，出现火灾预警时，直接对应到存在风险的监测点编号及其对应的空间位置，实现火灾风险定位。
65.在本实施例中，在无预警状态下，所有电子阀门处于开状态，从每个监测点进行空气采样，探测器分析所有监测区域的火灾风险。当探测器端出现火灾预警并有一定时间的持续时(如60s)，则启动电子阀门的空时阵列分析模式，通过程序自动控制各采样点进行空气采样，排查火灾风险来源。
66.实施例2
67.如图2所示，本实施例提供一种基于空时阵列采样的电力设备早期火灾定位系统，包括：空气采样管、电子阀门和控制模块；
68.所述空气采样管布设在每个监测点上，且在每个监测点对应的空气采样管处设置电子阀门，以通过电子阀门控制空气采样管内气流的通断；所述监测点为根据监测区域内电力设备的空间分布而划分的多个监测点；
69.所述控制模块根据监测点的空气采样时间、采样空气的分析时间及预警发出后的延时时间，得到每个监测点的探测时间；并根据每个监测点的探测时间确定对应电子阀门的启闭时间和电子阀门之间的启闭间隔时间，以按时间顺序控制电子阀门的启闭，实现依次对各个监测点进行采样，根据采样空气分析结果定位存在早期火灾风险的监测点。
70.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。