一种基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法

1.本发明涉及电力设备在线监测与故障诊断技术领域，具体地说是一种基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法。

背景技术：

2.据统计电缆火灾事故的相关资料可知，近20年内以来我国多次发生由电缆引发的火灾事故，尤其是火电厂、变电站的电缆火灾，发生了大约140次，70％以上的电缆火灾损失严重。
3.电缆沟火灾发生原因是并不是单一的，常见的有
①
电缆头燃烧。由于电缆头表面受潮积污，电缆头瓷套管破裂及引出线相间距离过小，导致闪络着火。
③
绝缘损坏引起短路故障。电力电缆的保护铅皮在敷设时被损坏或在运行中电缆绝缘受机械损伤，引起电缆相间或铅皮间的绝缘击穿，产生的电弧使绝缘材料及电缆外保护层材料燃烧起火。
④
电缆长时间过载运行。长时间的过载运行，电缆绝缘材料的运行温度超过正常发热的较高允许温度，使电缆的绝缘老化干枯，因而容易发生击穿着火燃烧，甚至沿电缆整个长度多处同时发生燃烧起火。而电缆损坏带来的停电事故呈现高发状态，是电网安全运行的重要隐患之一。
4.国家消防法规中明确规定，电缆隧道或电缆夹层必须安装火灾自动报警系统。目前电缆隧道内的火灾自动报警系统，由于装置自身的可靠性不高或对恶劣环境的适应性不强，可用周期短，给检修维护造成很大困难，并经常产生误报，导致监控人员对报警失去警觉，从而火灾初期发生时很难做到及时发现，有效控制。例如，在电缆隧道内，潮湿、粉尘、通风不良和电磁干扰是普遍存在的共性问题，潮湿和粉尘与火灾烟雾中的烟尘颗粒一样，均可进入感烟火灾探测器内部的光线场或电离场，从而导致探测器动作，发出误报警。

技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种采用多参量传感器监测火灾特征参量并采用适用于电缆沟隧道的灭火方式实现高效灭火的基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法，该方法一方面能够实时监测电缆隧道监测点的实时温度t、实时co浓度c1和实时烟雾浓度c2，另一方面其通过多参量数据融合方法提供火灾决策依据，在识别到明显异常故障后及时在面火灾监控终端显示火灾，触发超细干粉灭火系统，避免恶劣事故的发生。
6.本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
7.一种基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法，其特征在于：该方法配备接收监控数据且基于监控数据判断是否发生火灾的地面火灾监控终端、适用于电缆隧道的超细干粉灭火系统，该方法的判断基于某一测点获得的实时温度t、实时co浓度c1和实时烟雾浓度c2、以及该测点的实时温度斜率值k1、实时co浓度斜率值k2和实时烟雾浓度斜率值k3；该方法步骤如下：
8.s1、地面火灾监控终端首先对实时收到的某测点的六参量t、c1、c2、k1、k2、k3监控数
据进行单独判断，若有单参量监控数据发生异常则进入步骤s3、若无异常则进入步骤s2；
9.s2、监控数据转为历史经验数据；
10.s3、六参量t、c1、c2、k1、k2、k3监控数据结合火灾决策规则进行多参量监控数据融合判断，若判断发生火灾则进入步骤s4、若判断未发生火灾则进入步骤s5；
11.s4、地面火灾监控终端发出指令触发超细干粉灭火系统进行灭火并发送火灾警示；
12.s5、将单参量监控数据的异常推送给运维人员，进行记录与异常分析。
13.该方法配备的装置包括地面火灾监控终端以及设置在电缆隧道测点处的温度传感器、co传感器、烟雾传感器、超细干粉灭火系统，其中温度传感器位于三相电缆的侧上方且邻近三相电缆布置，co传感器和烟雾传感器布置在温度传感器的上侧，超细干粉灭火系统悬挂安装在电缆隧道的顶部。
14.所述的温度传感器安装在电缆隧道金属支架的表面，co传感器和烟雾传感器布置在一透气壳体中。
15.所述温度传感器的采用导热硅胶贴附在电缆隧道金属支架上。
16.所述的co传感器和烟雾传感器布置在温度传感器的上方、或者co传感器和烟雾传感器根据相应的传感辐射范围多点安装在相应温度传感器的旁侧。
17.所述的地面火灾监控终端与温度传感器、co传感器、烟雾传感器、超细干粉灭火系统之间采用通讯光缆进行通讯。
18.所述的温度斜率值k1、co浓度斜率值k2和烟雾浓度斜率值k3分别为：
[0019][0020][0021][0022]
公式(1)-(3)中，n表示采样计数，δt为采样计数时差，k1表示为实时温度斜率值或实时温度梯度，k2表示为实时co浓度斜率值或实时co浓度梯度，k3表示为实时烟雾浓度斜率值或实时烟雾浓度梯度。
[0023]
所述步骤s3中的火灾决策规则是bp神经网络模型利用火灾试验研究数据和历史经验数据训练获得，火灾决策规则的神经网络模型是6输入2输出的模型，其输入参量为实时温度t、实时co浓度c1和实时烟雾浓度c2、以及该测点的实时温度斜率值k1、实时co浓度斜率值k2和实时烟雾浓度斜率值k3，输出变量为火灾状态风险评估值y1和超细干粉灭火系统触发值y2。
[0024]
所述的火灾状态风险评估值y1通过短信平台实时推送给运维人员中的值班主管手机以及值班工人终端；超细干粉灭火系统触发值y2仅包含0与1两个状态，0表示不触发、1表示触发。
[0025]
本发明相比现有技术有如下优点：
[0026]
本发明的基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法采用多参量传感器监测火
灾特征参量、采用多参量数据融合方法提供火灾决策依据，并通过一种适用于电缆沟隧道的灭火方式实现高效灭火，这不仅仅完成了火灾快速报警的目的，同时还使得火灾报警的误报率很大程度上得到缩减，适用于电缆隧道的复杂现场实施环境，可以作为传统测温光纤方法的有效补充，从而有效保证高压电缆的安全稳定运行。
[0027]
本发明的方法通过在电缆沟火灾报警系统中运用温度、烟雾以及空气等传感器互相结合的形式，可以减小火灾误报概率，各传感器分别代表不同角度的参数信息，温度传感器能够实时收集现场设备各个时间的温度状况、烟雾传感器能够实时收集因为温度太高时导致的因燃火及明火燃烧而出现的烟雾浓度状况、而co传感器则能够收集因燃烧或气体泄漏导致的空气组分中co百分比含量的改变。
附图说明
[0028]
附图1为本发明的基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法的工作原理图；
[0029]
附图2为本发明的基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法的多参量数据采集与处理图；
[0030]
附图3为本发明的基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法的流程图；
[0031]
附图4为本发明的基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法的多参量数据融合火灾决策规则的原理图；
[0032]
附图5为本发明的基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法的所采用的硬件在电缆隧道中的布局示意图。
[0033]
其中：1—温度传感器；2—超细干粉灭火系统；3—透气壳体；4—电缆隧道金属支架；5—电缆隧道的墙体和地面。
具体实施方式
[0034]
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
[0035]
一种基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法，该方法配备接收监控数据且基于监控数据判断是否发生火灾的地面火灾监控终端、适用于电缆隧道的超细干粉灭火系统，该方法的判断基于某一测点获得的实时温度t、实时co浓度c1和实时烟雾浓度c2、以及该测点的实时温度斜率值k1、实时co浓度斜率值k2和实时烟雾浓度斜率值k3；该方法步骤如下：s1、地面火灾监控终端首先对实时收到的某测点的六参量t、c1、c2、k1、k2、k3监控数据进行单独判断，若有单参量监控数据发生异常则进入步骤s3、若无异常则进入步骤s2；s2、监控数据转为历史经验数据；s3、进行多参量监控数据融合判断，若判断发生火灾则进入步骤s4、若判断未发生火灾则进入步骤s5；s4、地面火灾监控终端发出指令触发超细干粉灭火系统进行灭火并发送火灾警示给运维人员；s5、将单参量监控数据的异常推送给，进行记录与异常分析。
[0036]
如图1所示：本发明提供的一种基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法。多参量数据采集包括多参量传感装置、地面火灾监控终端和超细干粉灭火系统2。多参量传感装置包括温度传感器1、co传感器和烟雾传感器；其中，温度传感器1采用导热硅胶贴附在电缆隧道金属支架4处，通过利用金属的良好导热特性，监测电缆的实时温度t；co传感器及烟雾传感器根据传感辐射范围采用多点安装方式，分别监测电缆隧道不同位置处的实时co浓度
c1和实时烟雾浓度c2。
[0037]
如图2所示的多参量数据采集与处理图，需对多参量传感装置采集的数据进行处理，包括利用微分方法计算每个测点的实时温度斜率值k1、实时co浓度斜率值k2和实时烟雾浓度斜率值k3，结合t、c1、c2、k1、k2、k3六参量数据，利用历史经验数据与火灾试验研究数据经训练获得具体的火灾决策规则；通过系统设定的温度等参量阀值进行比对，能够及时发现温度变化较大的温度监测点，相比较静态的阀值报警有较好的环境适应性。
[0038]
其中温度斜率值k1、co浓度斜率值k2和烟雾浓度斜率值k3计算方法如下：
[0039][0040][0041][0042]
公式(1)-(3)中，n表示采样计数，δt为采样计数时差，k1表示为实时温度斜率值或实时温度梯度，k2表示为实时co浓度斜率值或实时co浓度梯度，k3表示为实时烟雾浓度斜率值或实时烟雾浓度梯度。
[0043]
其中，火灾决策规则所决定的结果，将通过通讯光缆发送至地面火灾监控终端，地面火灾监控终端进一步通过短信平台将信息推送给主管人员手机以及值班工人终端，进行火灾信息备案与火灾险情警示。地面火灾监控终端的中心云服务器作为整个系统的大脑，承担着大数据存储和统计功能。通过数据局域网作为载体，中心云服务器上可接受来自传感器的电缆隧道环境数据，根据对数据的海量存储，分析历史运行参数图，并及时甄别出电缆异常运行(过载、火灾)征兆；向下可发送灾情处置信号，在电缆隧道内温度出现状态异常时，对运维人员发送目标位置、报警信号等信息。在电缆隧道内出现火情时，直接触发超细干粉灭火系统2动作，从而及时控制火情。
[0044]
超细干粉灭火系统2是一种适用于电缆隧道的灭火方式，采用悬挂式安装方式，当火灾决策结果为火灾情况时，可以通过电控启动，立即触发超细干粉灭火系统2，其具备环保无毒、安装简单、低压储存、空间利用率高、灭火效率高的特点。超细干粉主要成分为磷酸铵盐、碳酸氢钠；灭火机理为化学抑制和物理窒息协同作用；常态无压，感应到触发信号，启动器使成气剂固气转换，喷射干粉，可以非明火启动。
[0045]
如图3所示，结合所采集的t、c1、c2、k1、k2、k3六参量数据，进行火灾险情判断；判断过程相比于传统的采集参量阀值法多了一项多数据融合判据，首先通过六参量来单独判断是否发生异常，若没有发生异常、则监控数据转为历史经验数据，若发生异常，为了排除是否为误触发，六参量数据进一步结合火灾决策规则进行多参量监控数据融合判断，若多参量监控数据融合判断为正常，则通过短信平台实时推送单参量异常信息给主管人员手机以及值班工人终端，进行记录与异常分析；若多参量监控数据融合判断为火灾预警，则触发超细干粉灭火系统2。
[0046]
如图4所示，多参量数据融合火灾决策规则是利用历史经验数据与火灾试验数据提供火灾决策规则、根据现场实时采集数据，得到输出的火灾决策。其中，火灾决策规则的
神经网络模型的输入参量为实时温度t、实时co浓度c1和实时烟雾浓度c2、以及该测点的实时温度斜率值k1、实时co浓度斜率值k2和实时烟雾浓度斜率值k3，火灾决策输出包含y1和y2两个部分，y1是火灾状态风险评估值，火灾状态风险评估值通过短信平台实时推送给主管人员手机以及工人终端；y2是是否触发灭火系统的触发值，触发值仅包含0与1两个状态，0表示不触发、1表示触发。
[0047]
其中，火灾决策规则主要通过多输入多输出的神经网络训练进行，bp神经网络的训练和学习过程大致可分为两大类：正向传输计算过程和误差反向传播计算过程。以下步骤构成了正向传输计算的过程：输入层中的神经元接收数据，然后将其传输到下一层；此外，位于每对层之间的神经元采用全连接的形式。然后，每一层神经元都从它之前的神经元层获取信息，然后使用激活函数将信息传输到它之后的神经元层。当数据到达最后一层(称为输出层)时，计算输出值和实际输出值之间的均方根差。当均方根差(也称为误差值)大于预测精度时，误差反向传播计算过程开始。在这个过程中，误差值被反向逐层传递，并且每层的权重和阈值都被改变。继续上述训练程序，直到网络误差值低于预测值或达到设定的训练次数。一旦完成，整个学习过程就可以视为完成，得到火灾决策规则的神经网络模型。
[0048]
图5为本发明的硬件安装图，如图所示，硬件部分包括温度传感器1、超细干粉灭火系统2、以及co传感器和烟雾传感器。co传感器和烟雾传感器安装在一个透气壳体3的内部，透气壳体3贴附在电缆隧道金属支架4壁上；温度传感器1则安装在电缆隧道金属支架4的表面，利用金属的良好导热性来同时监测三相电缆的温度，可以有效降低硬件成本；超细干粉灭火系统2则悬挂在电缆隧道的顶部。电缆隧道的墙体和地面5为非金属结构。
[0049]
本发明的地面火灾监控终端能够实时查看温度、co浓度和烟雾浓度监测数据，还可以查看各个温度传感器1、co浓度传感器和烟雾浓度传感器的运行状态，当发现数据掉线时，可以根据提示信息数据来排查系统故障，便于后期维护。
[0050]
需要补充的是：超干粉灭火系统2，由于其无泄压隐患，无爆破危险，可10年免维护；且安装时不受建筑物或保护物结构的影响，无需安装大量管道及附属设施，仅需在每个防火门区域内根据情况在电缆隧道顶部悬挂(膨胀螺栓固定)一定数量的超细干粉灭火器。具有安装维护方便，且适用于电缆隧道的灭火特点。
[0051]
本发明的基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法采用多参量传感器监测火灾特征参量、采用多参量数据融合方法提供火灾决策依据，并通过一种适用于电缆沟隧道的灭火方式实现高效灭火，这不仅仅完成了火灾快速报警的目的，同时还使得火灾报警的误报率很大程度上得到缩减，适用于电缆隧道的复杂现场实施环境，可以作为传统测温光纤方法的有效补充，从而有效保证高压电缆的安全稳定运行。
[0052]
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

技术特征：

1.一种基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法，其特征在于：该方法配备接收监控数据且基于监控数据判断是否发生火灾的地面火灾监控终端、适用于电缆隧道的超细干粉灭火系统，该方法的判断基于某一测点获得的实时温度t、实时co浓度c1和实时烟雾浓度c2、以及该测点的实时温度斜率值k1、实时co浓度斜率值k2和实时烟雾浓度斜率值k3；该方法步骤如下：s1、地面火灾监控终端首先对实时收到的某测点的六参量t、c1、c2、k1、k2、k3监控数据进行单独判断，若有单参量监控数据发生异常则进入步骤s3、若无异常则进入步骤s2；s2、监控数据转为历史经验数据；s3、六参量t、c1、c2、k1、k2、k3监控数据结合火灾决策规则进行多参量监控数据融合判断，若判断发生火灾则进入步骤s4、若判断未发生火灾则进入步骤s5；s4、地面火灾监控终端发出指令触发超细干粉灭火系统进行灭火并发送火灾警示；s5、将单参量监控数据的异常推送给运维人员，进行记录与异常分析。2.根据权利要求1所述的基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法，其特征在于：该方法配备的装置包括地面火灾监控终端以及设置在电缆隧道测点处的温度传感器、co传感器、烟雾传感器、超细干粉灭火系统，其中温度传感器位于三相电缆的侧上方且邻近三相电缆布置，co传感器和烟雾传感器布置在温度传感器的上侧，超细干粉灭火系统悬挂安装在电缆隧道的顶部。3.根据权利要求2所述的基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法，其特征在于：所述的温度传感器安装在电缆隧道金属支架的表面，co传感器和烟雾传感器布置在一透气壳体中。4.根据权利要求3所述的基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法，其特征在于：所述温度传感器的采用导热硅胶贴附在电缆隧道金属支架上。5.根据权利要求1所述的基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法，其特征在于：所述的co传感器和烟雾传感器布置在温度传感器的上方、或者co传感器和烟雾传感器根据相应的传感辐射范围多点安装在相应温度传感器的旁侧。6.根据权利要求1所述的基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法，其特征在于：所述的地面火灾监控终端与温度传感器、co传感器、烟雾传感器、超细干粉灭火系统之间采用通讯光缆进行通讯。7.根据权利要求1所述的基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法，其特征在于：所述的温度斜率值k1、co浓度斜率值k2和烟雾浓度斜率值k3分别为：分别为：分别为：公式(1)-(3)中，n表示采样计数，δt为采样计数时差，k1表示为实时温度斜率值或实时温度梯度，k2表示为实时co浓度斜率值或实时co浓度梯度，k3表示为实时烟雾浓度斜率值或
实时烟雾浓度梯度。8.根据权利要求1-7任一所述的基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法，其特征在于：所述步骤s3中的火灾决策规则是bp神经网络模型利用火灾试验研究数据和历史经验数据训练获得，火灾决策规则的神经网络模型是6输入2输出的模型，其输入参量为实时温度t、实时co浓度c1和实时烟雾浓度c2、以及该测点的实时温度斜率值k1、实时co浓度斜率值k2和实时烟雾浓度斜率值k3，输出变量为火灾状态风险评估值y1和超细干粉灭火系统触发值y2。9.根据权利要求8所述的基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法，其特征在于：所述的火灾状态风险评估值y1通过短信平台实时推送给运维人员中的值班主管手机以及值班工人终端；超细干粉灭火系统触发值y2仅包含0与1两个状态，0表示不触发、1表示触发。

技术总结

本发明公开了一种基于多参量的电缆隧道火灾监控及灭火方法，该方法配备地面火灾监控终端、超细干粉灭火系统，该方法的判断基于某一测点获得的实时温度t、实时CO浓度c1和实时烟雾浓度c2、实时温度斜率值k1、实时CO浓度斜率值k2和实时烟雾浓度斜率值k3；步骤如下：S1、对六参量监控数据单独判断，发生异常则进入步骤S3、无异常则进入步骤S2；S2、监控数据转为历史经验数据；S3、结合火灾决策规则进行多参量监控数据融合判断，判断发生火灾则进入步骤S4、判断未发生火灾则进入步骤S5；S4、触发超细干粉灭火系统进行灭火；S5、将异常推送给运维人员记录分析。本发明的方法适用于电缆隧道的复杂现场实施环境，保证高压电缆的安全稳定运行。行。行。