可靠方案的极早期火灾预警VESDA系统在阀厅的应用

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摘要：直流工程的换流阀大厅是直流系统的核心部分，阀厅火灾时有发生；阀厅消防系统造价很高，施工不便且安装工期长，应用并不广泛。可靠的阀厅的火灾预警系统能够进行早期探测报警，进一步采取阀紧急闭锁等措施，防患于未然。

本系统采用极早期火灾预警系统vesda对阀厅中的空气进行主动吸气式、高灵敏度的烟雾探测，优化了吸气采样点的布置，并首先提出了火灾预警系统的“三取二”逻辑，可靠的向极控系统发阀闭锁命令。为排除阀厅外部空气环境变化，可能造成阀厅空气质量下降而误闭锁换流阀，采用外部空气质量的高灵敏烟感探测去闭锁阀跳闸。

关键词：火灾预警直流工程阀厅应用

中图分类号： P426 文献标识码： A

一、立项背景

直流工程以其独有的特点，在世界电力工程中越来越得到重视和广泛应用。直流工程安全运行的重要一环就是防止阀厅火灾事故，而二十年多以来，直流阀厅火灾事故却时有发生，如ITAIPU直流输电工程、美国太平洋联络线换流站、葛上直流工程的南桥、葛洲坝换流站等都发生过火灾事故；造成起火原因的主要是阀塔中的各类辅助设备故障，如阳极电抗器、TE板、水管漏水放电等。

阀厅的火灾事故预防是一项紧迫的课题。常规的点式分布的火灾烟雾报警装置只有待烟雾扩散到足够空间才能发出告警，不满足阀厅设备火灾安全预警要求。

近年来，极早期火灾预警系统VESDA得到了较为广泛的应用，VESDA一改传统点式探测系统等烟雾飘散到探测器再进行探测的方式，主动对空气进行采样探测，使保护区内的空气样品被VESDA内部的吸气泵吸入采样管道，送到探测器进行分析，如果发现烟雾颗粒，即发出报警。VESDA的性能在多个工程中得到印证，可以较早的、较为准确的提出火灾告警信息。

考虑到火灾报警闭锁阀设备运行的准确性的问题，一般火灾报警装置建议不去闭锁阀运行，而只发出报警；但一旦阀设备火灾，特别是由阀塔辅助设备引起的火灾，报警不闭锁阀运行的后果可能是一直烧到“阀保护动作”才能将阀停止运行。如果能够在火情发展的初期，即立即由极控系统闭锁阀运行，可以是带电打火这类常见的起火因素及时得到抑制，而真正控制火灾发展。该项目提出的“三取二”逻辑，极好的解决了火灾报警闭锁阀的准确性问题。

系统另外考虑排除了阀厅外部空气环境变化，可能造成误闭锁阀的情况，采用外部空气质量的高灵敏烟感探测去闭锁阀跳闸。

二、详细科学技术内容

阀厅火灾VESDA系统“三取二”运用内容：

1. 阀厅火灾的一般情况

阀厅可燃物不多，发生火情的原因大多在阀塔设备上，而阀塔中的最主要设备换流阀并不容易着火，而阀塔中的辅助设备，如阳极电抗器、电容器、电阻器、TE板、水管漏水放电等是主要的火灾源头。

火情的发展一般分为四个阶段：不可见烟（阴燃）阶段、可见烟阶段、可见火光阶段和剧烈燃烧阶段。传统的火灾报警系统通常是在可见烟阶段才能探测到烟雾，发出警报，此时火情所造成巨大的经济和财产损失已不可避免。

2. VESDA系统功能

VESDA是“Very Early Smoke Detection Apparatus”的缩写，即“极早期烟雾探测设备”。也称其为吸气式或空气采样式烟雾探测器。

阀厅的火灾探测系统采用能早期火灾探测报警的VESDA系统，该系统应能灵敏的探测烟雾、电弧生成物以及空气中的燃烧生成微粒。同时，还包括温度、烟雾、电弧探测和燃烧生成物监测等多种报警装置，以便及早发现阀厅火情，避免发生灾难性火灾。

VESDA是一种基于光学空气监测技术和微处理器控制技术的烟雾采样探测装置。该设备运用了先进的数字微处理器技术，具有良好的特性，其设计思路是在火灾初期（过热、阴燃或低热辐射和气溶胶生成阶段）的探测与报警，在火灾初期即可发现从而消除火灾隐患，使火灾的损失降至最小。

VESDA系统包括探测器和采样管网。VESDA系统具有四级报警的功能，其中，第一级表明系统已经检测出一些异常现象，应进行调查；第二级表明有火灾隐患存在，应开始采取措施；第三级表明某处可能已有明火；第四级表明某处已处于热辐射阶段。

3. A\B\C三套VESDA系统并列运行的“三取二”逻辑

阀塔发生火灾，如能及时发现并切断电源（闭锁阀，跳开换流变高压侧开关），采取灭火措施，损失可降到最低。国内换流站常用的阀厅消防系统只发声、光报警信号，不发跳闸命令，如运行人员不能在第一时间切断电源，势必造成火情扩大。但如果阀厅内任一探测器发报警信号就发跳闸命令，很可能导致误动，给安全生产造成隐患。为防止错误动作，采用A\B\C三套VESDA系统并列运行，借鉴非电量保护“三取二”处理方式，即只有当两个探测器发出报警信号时，才向极控发出阀跳闸命令。

A套VESDA系统在阀塔上方布置空气采样探测器6个采样点；再增加与A套相同配置的B、C两套装置共12个空气采样探测器，即阀厅内每相阀塔上方装设3根采样管，分别属于A、B、C系统。B、C套装置各装设6个探测器，采样点布置方式及打孔数量同A套（每根采样管打5个孔）。

任意一套装置内探测器报警，则火灾报警联动屏发出1个跳闸无源接点，每套装置只能发出1个跳闸接点，即火灾报警联动屏共发出3个跳闸无源接点。跳闸接点接入站内非电量接口屏，由极控制系统作三取二逻辑，如满足逻辑，则发出阀闭锁命令，同时跳开两侧换流变高压侧开。

4. 空气采样点布置的优化

VESDA探测系统应对套管和阀所在区域分别进行监视，这些探测器的探头联至不同的区域，这些区域具有可调节的多层次的报警。

采样管布置在阀塔上方，考虑到空调进风口送风时对于空气采样的影响，采集孔尽量远离该送风孔。A、B、C三套装置采集孔位置均匀错开，合理布置；布置空气采样管时定性地分析每个采样孔风量的大小，不同套装置收集风量强弱搭配，从而保证取样的准确性、及时性。

A、B、C系统采样管布置在同一区域，装置布置和配置思路上符合“三取二”的基本理念和要求；第一个与另二个报警信号时间间隔短，保护可迅速动作，减少灾情。

5. 防止外部环境影响的闭锁条件

把现有的位于阀厅空调出风口处的感烟探测器，优化采样位置改至空调机房新风入口处，用于探测阀厅外部空气质量，以排除阀厅外部空气环境变化，可能造成阀厅空气质量下降而误闭锁换流阀。

采用外部空气质量的高灵敏烟感探测去闭锁阀跳闸。这两个探测器只发出报警信号，不参与三取二逻辑的判别，两个探测器任意1个发出报警的同时，闭锁消防联动屏发出的跳闸命令。

6. 跳闸逻辑功能的实现

任意1套装置内探测器报警，则火灾报警联动屏发出1个跳闸无源接点，每套装置只能发出1个跳闸接点，即火灾报警联动屏共发出3个跳闸无源接点；跳闸接点在手动复归前，一直保持。

跳闸接点接入站内非电量接口屏，由极控制系统作三取二逻辑，当极控系统接收到A、B、C三套系统中任意1套发出的跳闸命令时，控制系统发出报警信号，提醒运行人员。当再接收到一套系统发出的跳闸命令时，极控系统发出阀闭锁命令，同时跳开两侧换流变高压侧开关。

三、发现、发明及创新点

1. 运用了VESDA火灾探测系统3套并列运行，“三取二”的逻辑，改变了国内阀厅防火系统为防止误动不闭锁阀运行的现状；可以在火灾火情发展的初期，闭锁阀设备，阀停电后电压类起因的火情被及时抑制。

2. 优化空气采样管布置，A、B、C三套装置采集孔位置均匀错开，合理分布；不同套装置收集风量强弱搭配，从而保证取样的准确性、及时性。

3. 优化感烟探测器采样位置改至空调机房新风入口处，用于探测阀厅外部空气质量；以排除阀厅外部空气环境变化，可能造成阀厅空气质量下降而误闭锁换流阀。

四、与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

国内目前运行的直流工程，因考虑消防误报情况，阀厅消防报警装置只发报警信号不闭锁阀设备运行，这样一旦发生蔓延较快的火势，只有在运行人员发现后手动操作紧急闭锁阀火灾事故，很有可能造成火灾范围扩大。本项目运用了VESDA火灾探测系统3套并列运行，“三取二”的逻辑，改变了国内阀厅防火系统为防止误动不闭锁阀运行的现状；可以在火灾火情发展的初期，闭锁阀设备，阀停电后电压类起因的火情被及时抑制。

五、应用情况

黑河换流站工程由于经历停工复工过程，阀设备存储时间较长，阀塔本体的辅助设备性能可能有变化，阀设备火灾预警工作较为迫切。

本系统成功地运用于中俄直流联网黑河背靠背换流站，对这项工程的阀厅设备安全运行起到了很好的火灾预警和控制作用。