大型火电厂智能式消防报警系统

作者从事十多年的火电厂的消防报警项目的工作，对大型火电厂消防报警系统的设计和选型有一定经验。本文从宏观(消防报警产品发展的历史)和微观(现代消防报警产品内在条件)两个方面出发提出了产品选型和设计方面的有益意见。
　　
　　1产品的历史和选型趋势
　　
　　从八十年代后期起，随着我国电力工业的发展，引进了国外先进的现代消防技术的概念。我国新建的大型火力发电厂(特别是引进机组的项目)，都建设了一套立足于自救的自动消防报警控制系统以及与此配套的自动喷水灭火系统、自动水喷雾灭火系统、自动气体灭火系统和自动泡沫灭火系统等。

　　
　　在我国火电厂的项目建设中取得了实际经验以后，一九九六年七月，我国颁布了国家标准《火力发电厂与变电所设计防火规范》(GB50229—96)，该规范规定了消防报警与灭火系统原则布置的范围和系统类型，正式把先进消防技术的运用纳入到火力发电厂的国家规范之中。
　　
　　近三十年以来，国内外的消防报警和灭火技术有了长足进步，由于微电子技术和通讯技术的发展，使消防探测和控制技术得到了迅猛的发展。从技术上加以分类，世界上消防探测和控制技术的发展大致上可以分为三个时期，我们不妨把三个时期的产品称之为第一代产品、第二代产品和第三代产品。标志着产品进步的技术要素大致可以分为三项：
　　
　　1．1控制器的线制
　　
　　第一代产品是多线制的产品(俗称：硬拉线)。一个探测器(或者一个分区的探测器)需要一对线连接至控制器，在一个中型工程(2X300MW容量的机组相当于一个中型工程)中，控制器连接到探测器的电缆往往有几百对，甚至于上千对。第一代产品的控制器内没有微处理器，如果有若干对线缆接错，要排除系统的此类故障是十分困难的。探测器报警输出的手段主要是靠门电路。八十年代中期建设的广东沙角某电厂当时采用了进口的第一代消防报警产品。在集控室有三台第—代产品的控制器并列安装，三大捆电线连往各个探测分区。
　　
　　第二代和第三代产品是总两线制的产品(俗称：二线制)。几十个地址码的探测 仪器和地址码模块只需一对线与控制器通讯。一个中型工程的控制器只需要几对线与探测器和模块通讯。无论是第二代还是第三代的控制器都采用了CPU微处理器。一九九O年建设的上海吴泾热电厂(六期)，一九九二年建设的深圳妈湾电厂(—期)以及以后建设的妈湾电厂(二期)都采用了第二代的消防报警系统。
　　
　　1．2探测器的智能化程度
　　
　　第一代产品和第二代产品的探测技术基本上是一致的，都是运用简单的门电路技术，达到触发输出的目的。工艺上都采用了分立的电子元件，第一代产品运用三极管组成门电路，第二代产品运用了IC运算放大器。第二代产品还利用二进制拨盘或者十进制拨盘来确定地址码。在第二代产品中，有的地址码拨盘设在底座上，有的地址码拨盘设在探测仪器上。在工程实践中，除了对使用环境的设计选型的原因以外，其产品方面的简陋，也决定了其尚有一定的技术性误报率。
　　
　　第三代的产品在工艺上采用了贴片元件，其内部设置了CPU微处理器以后，废除了决定地址码的拨盘。在探测器的内置CPU芯片中，存储了典型的火灾烟雾浓度曲线，每隔二秒钟，探测器就采集空气中的成份，分析烟雾浓度以及烟雾浓度上升的速率。探测器把多次采集到的烟雾浓度曲线，与存储在芯片中的曲线相比较，只有当环境烟雾浓度生成的速率超过CPU内存的数据时，它才会发出一个预报警信号。因此，把这类探测器称之为“传感器”才较为妥贴。
　　
　　这类探测器还具有环境自动补偿功能，在使用环境的湿度、温度、灰尘等因素变化时，自动把灵敏度稳定在设定的水平；有肮脏度报警功能，在探测器内部的灰尘堆积到一定程度时，提醒值班人员采取清洁措施；有自诊断功能，在探测器自身损坏时，及时发出故障报警信号。探测器CPU记录了探测器的生产日期，运行日期以及最后—次维修日期。
　　
　　1．3系统的网络结构
　　
　　由于第一代和第二代产品的限制，过去的项目时常采用集中式探测和控制方式。如果系统的探测点和控制点过多，系统过大，产品的结构不能容纳，在需用两个以上的控制器时，也往往在消防控制中心采用两个以上的控制器并列的方式。九十年代以来，控制技术的发展趋势，无论是DCS系统，还是本文所述的消防报警控制系统，都已进入了分散型控制的年代。这主要得益于网络通信技术的发展。
　　
　　在第三代的产品中，通过RS—485接口的环节，消防报警控制系统可以由多个控制器组成环路网络，实现盘对盘的对等通讯(peertopeer)。在第一代和第二代产品的系统中，系统有一台控制器或两台以上控制器，如果这台控制器死机，整个系统就会瘫痪。假如一个系统有两台控制器(或两台以上的控制器)，其中有一台控制器死机，也会造成系统的部分瘫痪。在第三代盘对盘对等通讯的系统中，各台控制器读到的信息是一样的。如果系统中有一台主控制器死机，我们可以立即把另外的一台区域控制器当作主控制器，系统仍然照旧运行，而不会造成瘫痪现象。新一代分散系统的通讯方式极大地提高了系统的可靠性，确实是一种成熟的系统。
　　
　　大型火电厂的厂区面积大，探测和控制的分区较为分散，应用这种分散型的网络系统是十分适宜的。近年以来，我国有不少大型火电厂，如云南宣威电厂、福建湄洲湾电厂就采用了这种网络型的第三代产品。
　　
　　2系统设计的实例
　　
　　鉴于大型火力发电厂的厂区面积大、保护对象较为众多，采用的灭火系统种类多、数量大，工业运行环境相对民用建筑的环境恶劣，系统的自动化程度的要求又较高。因此，在众多的消防报警产品的选型以及系统的设计时，设计人员和用户不得不面对选择的问题。
　　
　　我们认为，新一代的智能化程度较高的，总两线制的，网络型的消防报警控制系统是设计人员和用户的首选。
　　
　　容量为2X300MW机组的湖北某火力发电厂选用了美国爱德华公司的EST3型智能式网络结构的消防报警控制系统。系统配置了消防报警主控制器、中央显示盘、区域报警控制器、点式火灾探测器、线型感温电缆、手动报警器、声光报警器、打印机等设备和器材。此外，还包括了对气体灭火系统、水喷雾灭火系统、泡沫灭火系统、预作用喷水灭火系统、湿式喷水灭火系统的控制装置以及空调通风设备联动装置和信号反馈装置。
　　
　　2．1网络结构
　　
　　该系统的网络结构参见《网络构成示意》(省略)
　　
　　报警主控制器(简称1号盘)设置在集中控制室，报警主控制盘管理的范围是集控楼、汽机房1号机组和2号机组以及锅炉房。
　　
　　2号区域控制器设置在水泵房值班室，负责管理就近的办公通讯楼、汽车库以及水泵房。
　　
　　3号区域控制器设置在输煤程控室，负责管理输煤控制楼以及整个输煤栈桥。
　　
　　通过RS485接口，报警主控制器与其他2个区域控制器以环路方式连接。环路内设置线路监视器，可以诊断网络的开路、短路、通讯等各方面的故障，并能以声光信号和文字信息予以明确的报警和显示。即使在网络系统均断路时，各个控制器仍能独立运行和操作。
　　
　　该系统为智能式总线制系统。报警主控制器(或区域报警控制器)通过一对线与每个带CPU微处理器的智能式火灾探测器和智能式模块连接，构成了一个分布式系统。
　　
　　系统中的所有智能式探测器，由智能式模块连接的普通感烟探测器、手动报警器、紧急电话插孔、声光报警器等外设装置均能直接以两线制方式分别连接至报警控制器。智能总线制系统的原理图参见《消防报警系统示意图。(省略)
　　
　　各个报警控制器能够诊断各个探测器和模块的开路、短路、通讯等各个方面的故障，并能在各个控制器和集中控制器上以声光信号和文字信息予以明确的报警和显示。
　　
　　在各个报警控制器进出建筑物处，串接了浪涌电压保护器，以防止直接雷击、或者雷击感应电压，或其他意外高电压对系统的破坏。
　　
　　2．2报警控制器
　　
　　EST3网络系统是多优先级无主令牌环网，令牌环网使系统有着优异的报警响应时间，不论网络实际的结点总数多少，响应时间均少于3秒。同时，该系统采用了分布式数据库技术，以增强在火灾控制及火灾扑救时系统的再生能力。如果，总网络内有一个或者多个故障发生，系统将重新配置为多个网络，使系统能够正常运行。
　　
　　报警控制器可以接收智能探测器CPU微处理器发出的预报警和联动报警等信号，经过信号处理之后，对被控对象(如：声光报警器、联动设备等)发出控制信号。
　　
　　报警控制器的人机界面友好，面板上的高亮度LCD显示屏，可以实现全中文化显示，显示屏可以显示探测器(或者模块)的报警(或者故障)、时间、编号、报警类别以及报警区域(或者房间、方位)，还可以实时显示时钟。
　　
　　报警控制器面板具有功能键、基本功能键、绿色电源灯、红色警告灯、黄色故障灯等，功能键和基本功能键的控制包括：接通紧急电话、接通紧急呼叫或广播、启停声光报警器、系统的复位、调校时间日期等。
　　
　　报警控制器具备576条报警和故障档案储存器，用户可以在屏幕上调看已汉化的档案记录。
　　
　　报警控制器对系统和控制器本身具有自动巡检功能，可以记录并显示故障的编号、故障部位的名称以及故障的时间。火灾报警优先予故障报警。
　　
　　报警控制器的一个标准回路可以连接125个智能式探测器和125个智能I／O模块。在该系统中，主控制器设置了3个标准回路，共有750个地址点的容量。网络中的2个区域控制器分别设置了一个标准回路，分别有250个地址点的容量。整个系统具有1250个地址点的容量。
　　
　　报警主控制器可以设置一个紧急声频系统(可选件)，其中包括一个电脑式声频控制器、一个紧急电话主机和一个紧急广播主机。可以通过紧急电话主机与各个区域的手持电话听筒的值班人员进行通话。也可以通过紧急广播主机向危险区域进行广播(或呼叫)。
　　
　　主控制器通过电脑式声频控制器监视和控制紧急电话系统和紧急广播系统的工况。
　　
　　主控制器的贴—232接口，还连接了一台打印机。
　　
　　EST2型智能式消防报警控制系统是一种积木式的可以灵活配置的系统。设计人员和用户可以根据防火规范的要求，可以对应灭火系统的设置，可以根据建筑物的规模等具体情况实施系统的设计和配置。本文仅根据2X300MW机组火力发电厂的情况仅提出了一个较为合适的系统设计方案，施工设计的详细情况，就不在本文赘述了。