基于时序控制的特高压换流站综合消防控制方法及系统
技术领域
本发明涉及特高压换流站消防安全技术领域，具体涉及一种基于时序控制的换流站综合消防控制方法及系统。
背景技术
近年来，随着高压直流输电电压等级的不断提高，直流换流站中电力设备在数量和容量上不断增加，消防的风险也随之增加。换流变是换流站的核心一次设备，其内含有大量的绝缘油，火灾风险极高，1100kV低端换流变单相油重达约166吨，1100kV高端换流变单相油重达到约285吨，所用绝缘油闪点在135～150℃，燃点在165～195℃，自燃点约332℃，发生火灾后一般会快速进入全面发展阶段，对相邻设备危害很大，甚至会导致大面积停电事故。
站内常采用细水雾、泡沫喷淋、消防炮等自动消防系统进行安全防护，各系统之间相对独立，需要靠人工方式获取站内环境信息并对各系统进行统一控制，针对全面发展阶段的大型含油设备火灾，各系统间的时序灭火控制尤为重要，错误的时序难以在短时间内对其进行控制和扑灭，使得相邻设备受到引燃的威胁极大。
例如有些特高压换流站，着火后只能自动启动部分消防子系统，消防炮以及应急排油系统均需运维人员手动远程启动；同时消防给水系统供给量不足以同时支撑喷雾系统和消防炮系统，需要开启消防炮系统时，还需派专人去关闭喷雾系统。这些情况会耗费相应的时间和人力，而着火后的每一秒都会影响到火情的控制和扑救，每一段时间的延误都可能造成严重的后果。
如申请号为CN201911413090.6公开的一种消防指挥控制系统，其在控制上全部为远程单一系统控制，没有多系统的协作逻辑功能，对于复杂火情，适应性差，无法应对特高压换流站火灾。但是由于特高压火势发展速度快的特殊性，需要人员参与，综合考虑选择合适的火灾扑救措施，尤其是在消防给水系统供给量不足时，如何选择最佳消防措施，只能由人员根据现场复杂的火势情况进行判断，做出准确决定。所以上述的一种消防指挥控制系统无法适应特高压换流站的复杂火情。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对特高压换流站的特殊性，提供一种基于时序控制的有人值守的综合消防控制方法。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种基于时序控制的特高压换流站综合消防控制方法，包括以下步骤：
S1.火灾报警系统开始监测火灾报警，若监测到报警，判断是否符合灭火系统启动逻辑，若符合启动逻辑，控制监控系统摄像头对准着火点，消防机器人系统派出消防机器人进行侦查，若不符合启动逻辑，系统通过监控系统和消防机器人系统进行火情确认，若火情未确认，系统通知运维人员火情确认情况，火情确认后判断换流变断路器是否为分位，若不为分位，通知运维人员远程紧急断开换流变各侧断路器；
S2.确认火情后，判断消防炮系统与喷雾系统灭火介质是否相同，以及消防给水系统压力是否充足，若消防炮系统与喷雾系统灭火介质相同且消防给水系统压力充足，则启动第一时序控制，若其中一项不满足，则启动第二时序控制；
所述第一时序控制为：
S211.通知驻站消防队开展灭火准备工作、启动消防机器人灭火程序、启动换流变喷雾灭火系统、启动消防炮系统；
S212.判断喷雾系统和消防炮系统是否启动，若否，通知运维人员手动启动喷雾系统，若是，则执行S214；
S213.判断阀组是否隔离闭锁，若否，通知运维人员手动紧急停运阀组，若是，启动换流变应急排油系统和通知运维人员将换流变转检修，然后判断应急排油系统是否启动,若否，则通知运维人员手动启动应急排油，若是，则判断换流变是否转检修，若否，则通知运维人员将换流变转检修，若是，则开启设备区道闸门，通知驻站消防队开始灭火，启动阀厅屋面降温系统；
S214.判断火情是否结束，若是，则所有系统设备复位，消防机器人归位；
第二时序控制为：
S221.通知驻站消防队开展灭火准备工作，启动消防机器人灭火程序，启动换流变喷雾灭火系统；
S222.判断喷雾系统是否启动，若否，通知运维人员手动启动喷雾系统，若是，则执行S223；
S223.判断喷雾系统是否失压，若没有失压，则执行S227，若失压，则执行S224；
S224.启动消防炮系统，然后判断消防炮系统是否启动，若未启动，则通知运维人员手动启动消防炮；若启动，则执行S225；
S225.关闭换流变喷雾灭火系统，自动进行消防炮炮头调整，然后执行S227；
S226.判断阀组是否隔离闭锁，若否，则通知运维人员手动紧急停运阀组，若是，则启动换流变应急排油系统和通知运维人员将换流变转检修；然后判断应急排油系统是否启动，若否，则通知运维人员手动启动应急排油系统，若是，这判断换流变是否转检修，若否，通知运维人员将换流变转检修，若是，则开启设备区道闸门，通知驻站消防队开始灭火，启动阀厅屋面降温系统；
S227.判断火情是否消除，若是，则所有系统设备服务，消防机器人归位。
本发明还提供一种基于时序控制的特高压换流站综合消防控制系统，包括
数据网关，用于数据交互和控制信号传递；
后台服务器，与数据网关和中控后台通信连接，用于存储换流站内消防数据和控制换流站综合消防系统；
中控后台，用于为运维人员提供换流站综合消防系统的操作终端；
消防终端，用于将数据转换为统一标准格式，与数据网关通信连接；
消防给水系统、火灾报警系统、消防炮系统、应急排油系统、阀厅屋面降温系统、喷雾灭火系统、闸门系统、电气量采集系统、消防机器人系统、监控系统分别通过消防终端与数据网关通信连接。
优选的，还包括气体灭火系统，所述气体灭火系统通过消防终端与数据网关通信连接。
优选的，所述消防给水系统包括消防管网、消防水池、生活水池，所述消防水池、生活水池分别通过阀门与消防管网连接。
优选的，所述消防给水系统还包括消火栓；
在消防管网、消火栓中设置有液压传感器，在消防水池、生活水池中设置有液位传感器，所述液压传感器和液位传感器与所述消防终端通信连接。
优选的，所述消防炮系统包括、消防炮系统管道；在消防炮系统管道中设置有与消防终端通信连接的液压传感器。
优选的，所述喷雾灭火系统包括进水口、喷雾喷头、喷雾系统管道；在进水口、喷雾喷头、喷雾系统管道中均设置有与消防终端通信连接的液压传感器。
优选的，所述应急排油系统包括排油管道、事故油池；在排油管道中设置有与消防终端通信连接的液压传感器，在事故油池中设置有与消防终端通信连接的液位传感器。
优选的，所述阀厅屋面降温系统包括水泵接合器、屋面降温系统管道、喷淋喷头；在水泵接合器、屋面降温系统管道、喷淋喷头中均设置有与消防终端通信连接的液压传感器。
优选的，所述气体灭火系统包括灭火剂储瓶、气体灭火喷嘴、气体灭火系统管道，在灭火剂储瓶、气体灭火喷嘴、气体灭火系统管道中均设置有与消防终端通信连接的气压传感器。
本发明的优点在于：
1、本发明实现了对站内各消防子系统的远程控制和实时监测，降低操作难度，提高了操作安全性、便捷性和自动化程度；统一各消防子系统数据控制接口，增加时序逻辑，根据消防介质及给水压力的不同状态，启动对应的消防系统，针对典型火灾场景，可以在短时间内自动完成消防系统控制，增加了消防效率，提升了换流站消防能力。
2、通过逻辑判断将自动控制于手动控制相结合，降低自动控制的失误率，提高了手动控制的效率，使得控制效率更高更稳定；
3、结合传感器实现远程、实时、自动获取站内重点消防部位的环境数据，并对其进行全自动监控，降低了运维强度，实现了火情预警和全过程管控。
附图说明
图1为本发明实施例中一种基于时序控制的换流站综合消防系统控制原理图。
图2为本发明实施例中一种基于时序控制的换流站综合消防系统结构示意图。
图3为本发明实施例中一种基于时序控制的换流站综合消防系统灭火方式时序选择图。
图4为本发明实施例中一种基于时序控制的换流站综合消防系统预警控制方法第一时序流程示意图。
图5为本发明实施例中一种基于时序控制的换流站综合消防系统预警控制方法第二时序流程示意图。
图6为本发明实施例中一种基于时序控制的换流站综合消防系统换流变灭火启动逻辑图。
图7为本发明实施例中监控系统与消防机器人参与逻辑判断的结构示意图；
图8为本发明实施例中喷雾系统正常状态和损坏失压状态的喷雾效果示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图4、图5所示，本实施例提供一种基于时序控制的特高压换流站综合消防控制方法，包括以下步骤：
步骤1.系统上电，对系统设备进行自检等初始化工作；
步骤2.如图6所示，火灾报警系统开始监测火灾报警，若监测到报警，判断是否符合灭火系统启动逻辑，若符合启动逻辑，控制监控系统摄像头对准着火点，消防机器人系统派出消防机器人进行侦查，若不符合启动逻辑，系统通过监控系统和消防机器人系统进行火情确认，若火情未确认，系统通知运维人员火情确认情况，火情确认后判断换流变断路器是否为分位，若不为分位，通知运维人员远程紧急断开换流变各侧断路器；
步骤3.如图3所示，确认火情后，判断消防炮系统与喷雾系统灭火介质是否相同，以及消防给水系统压力是否充足，若消防炮系统与喷雾系统灭火介质相同且消防给水系统压力充足，则启动第一时序控制，若其中一项不满足，则启动第二时序控制；
如图4所示，第一时序控制为：
S311.通知驻站消防队开展灭火准备工作、启动消防机器人灭火程序、启动换流变喷雾灭火系统、启动消防炮系统；
S312.判断喷雾系统和消防炮系统是否启动，若否，通知运维人员手动启动喷雾系统，若是，则执行S314；
S313.判断阀组是否隔离闭锁，若否，通知运维人员手动紧急停运阀组，若是，启动换流变应急排油系统和通知运维人员将换流变转检修，然后判断应急排油系统是否启动,若否，则通知运维人员手动启动应急排油，若是，则判断换流变是否转检修，若否，则通知运维人员将换流变转检修，若是，则开启设备区道闸门，通知驻站消防队开始灭火，启动阀厅屋面降温系统；
S314.判断火情是否结束，若是，则所有系统设备复位，消防机器人归位。
如图5所示，第二时序控制为：
S321.通知驻站消防队开展灭火准备工作，启动消防机器人灭火程序，启动换流变喷雾灭火系统；
S322.判断喷雾系统是否启动，若否，通知运维人员手动启动喷雾系统，若是，则执行S323；
S323.判断喷雾系统是否失压，若没有失压，则执行S327，若失压，则执行S324；
S324.启动消防炮系统，然后判断消防炮系统是否启动，若未启动，则通知运维人员手动启动消防炮；若启动，则执行S325；
S325.关闭换流变喷雾灭火系统，自动进行消防炮炮头调整，然后执行S327；
S326.判断阀组是否隔离闭锁，若否，则通知运维人员手动紧急停运阀组，若是，则启动换流变应急排油系统和通知运维人员将换流变转检修；然后判断应急排油系统是否启动，若否，则通知运维人员手动启动应急排油系统，若是，这判断换流变是否转检修，若否，通知运维人员将换流变转检修，若是，则开启设备区道闸门，通知驻站消防队开始灭火，启动阀厅屋面降温系统；
S327.判断火情是否消除，若是，则所有系统设备服务，消防机器人归位。
本实施例中，监控系统和消防机器人拍摄着火点视频和/或照片，并对视频和/或照片进行分析，获取是否着火信息。
本实施例中，根据不同消防子系统的消防介质的属性，结合给水系统压力因素，提供两套时序控制，可适应不同换流站的各种复杂情况，重点在于在消防系统启动阶段，遇到的系统的各种突发情况提供及时有效的控制逻辑，能在最短的时间内根据当前火情提供一种最有效的安全灭火模式。
如图1所示，本实施例还提供一种控制系统，包括
数据网关11，设置在自动化机房1，与监控系统101、闸门系统102、消防机器人系统103、电气量采集系统104进行网络连接，进行数据交互和控制传递。
后台服务器12，设置在自动化机房，与数据网关11和中控后台21网络连接，用于存储站内消防数据和控制整套换流站综合消防系统；
中控后台21，设置在中控室2，用于为运维人员提供换流站综合消防系统的操作终端；
消防终端10，用于转换各消防子系统数据为统一标准格式，与数据网关11网络连接；
消防给水系统3，包括消防给水控制器30、消防泵31、稳压泵32、消防管网33、消火栓34、消防水池35、生活水池36；消防给水控制器30、消防泵31、稳压泵32均设置在水泵房，消防水池35和生活水池36设置在水泵房内或者附近位置。消火栓34分布在全站；消防管网33与消防泵31、稳压泵32、消火栓34、消防水池35、生活水池36连通，消防管网33根据管路情况设置有多个阀门。同时消防管网33与喷雾系统和消防炮系统的进水端也相连。消防给水系统3通过消防终端10与数据网关11进行数据交互，消防终端10通过消防给水控制器30监控消防泵31和稳压泵32；
在消防管网33、消火栓34中设置有液压传感器，在消防水池35、生活水池36中设置有液位传感器，液压传感器和液位传感器与消防终端10通信连接。
火灾报警系统4，通过消防终端10与数据网关11进行数据交互。火灾报警系统4包括火灾报警控制器40、感烟探测器41、感温探测器42、火焰探测器43、防火阀44、感温电缆45、手动报警按钮46、声光警报器47。消防终端10通过火灾报警控制器40监控感烟探测器41、感温探测器42、火焰探测器43、防火阀44、感温电缆45、手动报警按钮46、声光警报器47。
本实施例中，感温电缆45布设在每台换流变本体上，火焰探测器43布设在每台换流变周围，其他的传感器均设在换流站建筑物内，例如主控楼、辅控楼、继电器小室、综合水泵房、雨淋阀间、综合楼、站用电室、阀厅等等。
消防炮系统5，通过消防终端10与数据网关11进行数据交互，消防炮系统包括消防炮系统管道56、消防炮53、消防炮控制器50。在消防炮系统管道中设置有与消防终端通信连接的液压传感器。消防终端10通过消防炮控制器50监控消防炮53；通过消防炮系统管道56上的液压传感器感知管道压力，可判断消防炮是否建压完成。
应急排油系统6，通过消防终端10与数据网关11进行数据交互。包括储油柜排油系统61、本体排油系统62、排油管道63、事故油池64；储油柜排油系统61、本体排油系统62通过排油管道63与事故油池64连通；在排油管道63上设置有流量计、控制阀门、潜油泵；在排油管道63安装有液压传感器，事故油池64内安装有液位传感器。消防终端10与流量计、控制阀门、潜油泵、液位传感器、液压传感器通信连接，进行数据交互和控制传递。通过事故油池64上的液位传感器感知油池液位，可判断是否需要关闭应急排油系统。
阀厅屋面降温系统7，通过消防终端10与数据网关11进行数据交互。包括水泵接合器71、屋面降温管道72、喷淋喷头73、屋面降温阀门74，水泵接合器71、屋面降温管道72、屋面降温阀门74、喷淋喷头73依次连通。在水泵接合器71、屋面降温管道72、喷淋喷头73上安装有液压传感器，消防终端10与液压传感器通信连接，进行数据交互和控制传递。通过喷淋喷头上安装的液压传感器的压力信息，辅助判断阀厅屋面降温系统是否正常启动。
气体灭火系统8，通过消防终端10与数据网关11进行数据交互。包括气体灭火电磁阀81、灭火剂储瓶85、气体灭火喷嘴86、气体灭火压力开关82、气体灭火控制器80、气体灭火探测器83、放气显示灯84、气体灭火系统管道87；灭火剂储瓶85通过气体灭火系统管道87与气体灭火喷嘴86连通，在气体灭火系统管道87上设置有气体灭火电磁阀81、气体灭火压力开关82、气体灭火探测器83，气体灭火电磁阀81、气体灭火压力开关82、气体灭火探测器83、放气显示灯84均与气体灭火控制器80通信连接，气体灭火控制器80、灭火剂储瓶85、气体灭火喷嘴86均与消防终端10通信连接，消防终端10通过气体灭火控制器80监控气体灭火电磁阀81、气体灭火压力开关82、气体灭火探测器83、放气显示灯84。具体的，在灭火剂储瓶85、气体灭火喷嘴86、气体灭火系统管道87上均安装有气压传感器，通过灭火剂储瓶85上的压力信息科判断是否需要关闭气体灭火系统，可通过气体灭火喷嘴的压力辅助判断气体灭火系统是否正常启动。
喷雾灭火系统9，包括喷雾电磁阀91、喷雾压力开关92、喷雾探测器93、喷雾水泵94、进水口95、喷雾喷头96、喷雾系统管道97、喷雾灭火控制器90，喷雾电磁阀91、喷雾压力开关92、喷雾水泵94、进水口95均通过喷雾系统管道97连通，在喷雾系统管道97、进水口95、喷雾喷头96中均安装有液压传感器，液压传感器与喷雾灭火控制器90通信连接，喷雾灭火控制器90与消防终端10通信连接，消防终端10通过喷雾灭火控制器90监控喷雾电磁阀91、喷雾压力开关92、喷雾探测器93、喷雾水泵94。通过喷雾喷头的压力辅助判断喷雾系统是否正常启动。
本实施例中，换流站分为设备区和非设备区，设备区周围设置有设备区围栏204，换流变201、防火墙202、阀厅203及换流变前方广场均在设备区。在换流变201的下方设置应急排油系统6，换流变201的周边防火墙202上安装有火焰探测器43。在设备区的空地上布设有消防机器人系统103、消火栓34、消防炮53、监控系统101。以上消防系统中的各个设备布设原则根据换流站的设备布局综合考虑。
需要说明的是：
1、当前，换流变周围布置的消防子系统(喷雾系统)启动具有现有逻辑，发生火警时，符合现有逻辑即开启该子系统，但是无法启动消防炮系统，且现有逻辑存在盲区，无法做到全面覆盖。如果现有逻辑判断失灵，即无法开启子系统，等到运维人员意识到问题到现场开启雨淋阀时，已经错过了第一时间进行灭火扑救的机会，对后续的影响很大。
本实施例新增监控系统与消防机器人参与逻辑判断，如图7所示，其中监控系统101包括广场摄像头与阀厅挑檐摄像头，消防机器人设置在广场靠近换流变附近。现有逻辑+监控系统+消防机器人多重判断，保障所有灭火系统第一时间启动。
2、当前，换流变配置的灭火系统包括喷雾系统、固定消防炮系统等，喷雾系统设置在换流变四周较近位置，基本上可以对换流变进行全淹没覆盖，固定消防炮系统设置在较远端，通过高压喷射至换流变靠近上方位置进行覆盖灭火。经多次实验，喷雾系统灭火效果较好，作为主系统进行配置，固定消防炮系统作为辅助灭火系统进行配置。
喷雾和消防炮单独扑灭变压器火灾，使用同样介质时，喷雾灭火时间较短
现在的换流站使用的灭火介质一般是水或者泡沫，消防给水系统同时为喷雾系统和消防炮供水。
如果消防给水系统供水流量充足，足以同时供给喷雾系统和消防炮系统。
当喷雾系统和消防炮用同一种介质，本专利会选择第一时间将喷雾系统和消防炮同时启动。
当喷雾系统灭火介质为水，消防炮灭火介质为泡沫时，如果同时打开喷雾系统和消防炮系统，水喷雾可能会将消防炮打进来的泡沫冲散。当喷雾系统灭火介质为泡沫，消防炮灭火介质为水时，如果同时打开喷雾系统和消防炮系统，水炮可能会将泡沫喷雾冲散。这两种情况均会导致灭火效果降低。所以当喷雾系统和消防炮采用不同灭火介质时，只启动单一系统，根据上述实验结果，本专利会选择第一时间启动主系统，也就是喷雾系统，消防炮系统作为备用辅助。
目前有些换流站的消防给水系统供水流量不充足，仅够启动单一系统时，根据上述实验结果，本专利会选择第一时间启动主系统，也就是喷雾系统，消防炮系统作为备用辅助。
当第一时间启动了喷雾系统，消防炮系统未启动时，可能会发生一个情况，由于喷雾系统紧挨换流变，换流变爆炸着火或者长时间高温燃烧都可能会导致喷雾系统喷头或管道损坏，导致喷雾系统失压，如图8所示。
所以本实施例会在喷雾系统失压时选择关闭喷雾系统，启动消防炮系统，关闭消防给水系统通往喷雾系统的通道，让消防给水系统单独供给消防炮系统，保障消防炮的压力。
3、换流站中开展消防灭火的另一个困难就是站内含有大量带电设备，当一台换流变着火时，即使非电量保护动作跳闸，也只是将该组换流变跳闸，附近还有大量带电设备，对消防救援会有一定的影响。目前只有换流变的断路器断开信号接入了喷雾系统的启动逻辑，后面自身及相邻设备状态信息均未接入，中控室指挥人员需要同时兼顾消防系统和原电气系统，严重影响消防应急。我们考虑到这些信号也影响着后面的消防系统启动及救援指挥。本专利将换流变及相邻设备的电气量信息全部接入，同时加入判断逻辑。
变压器内部含有大量的绝缘油，满足内部结构绝缘要求，如果在带电的状态进行应急排油，将因为绝缘油的缺少造成大面积放电，造成不可想象的后果。为解决此问题，本专利判断换流变断电的情况下才可启动应急排油系统，确保变压器安全排油，降低换流变火灾的控制及灭火难度。
即使换流变已断电，在换流变及其相邻设备未转检修的情况下，消防救援部队进入现场扑救依然存在很大的风险。例如，高喷车的伸缩臂在伸展过程中很可能引起感应电放电对车辆和人员造成伤害。为解决此问题，本专利判断换流变转检修的情况下才开启闸门系统，通知驻站消防队进入灭火，同时启动阀厅屋面降温系统。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
