变电站户外电容（抗）器火灾实时监测系统的研究与应用

马献乐 1 潘雄 2 黎汉 3 蔡珍珍 4

1 、 广东电网有限责任公司佛山供电局，佛山 528000 2 、 广东电网有限责任公司广州供电局，广州 510310

3、广东电网有限责任公司佛山供电局，佛山528000 4、广东电网有限责任公司佛山供电局，佛山528000

摘要：随着电力系统的快速发展，电网的结构越发复杂，负荷的增长速度日益突出，从而引起一系列功率不平衡的问题，此时就需要无功补偿装置电抗器以及电容器来调节系统无功，由于电抗器以及电容器投切频繁，并且长时间大电流运行，极易造成火灾隐患，并且一般火势变大时，才会被发现，增加了灭火的困难和人员的风险，所以本文提出一种火灾实时监测系统，能够尽早发现火情，方便人员第一时间进行现场处置，保障系统稳定运行。

关键词：电抗器；电容器；火灾隐患；实时监测

0 引言

随着国民经济的快速发展，电网构架的形式也越发复杂，在不同的负荷使用期，所需要的无功缺额也是不同的，当缺额比较大时，系统的电压不符合要求，或者频率偏差变大，可能导致设备损坏，严重时，还会影响系统的稳定，所以需要进行无功补偿。

常见的户外无功补偿设备有电抗器和电容器，但是由于二者的制造工艺参差不齐，运输以及安装过程中的质量把控不到位，户外运行条件恶劣等等原因，常常容易出现发热问题，给变电站内设备的安全运行带来很大隐患，并且变电站内的现代监控手段一般不会覆盖到电抗器和电容器，二者作为电气火灾的高发设备，一旦出现火灾，设备很大程度需要进行整体更换，耗时较久，对于无功的可靠调节带来一定的威胁^[1]。

可见，对电容器、电抗器的火灾监测显得尤为重要，目前室内电容器的火灾监测已采用烟感探测器，并联动气体灭火系统，能够有效监测室内电容器的火灾并快速启动气体灭火系统进行灭火。然而，对于户外电容器、电抗器，发生火灾一般无法及时发现，错过了最佳的灭火时机，这种情况在无人值班变电站最容易发生，给变电站造成巨大的损失。由于户外敞开式的环境范围较大，烟感探测系统并不适用，所以需要设置火灾实时监测系统。

1 实时监测系统的原理

适用于变电站户外电气设备的火灾实时监测系统，主要是利用了在线式红外热成像摄像机，将其温度告警无源接点接入变电站的消防报警主机，从而形成户外电容（抗）器的火灾实时监测系统。

这种系统的工作原理与主变压器类似，区别在于主变压器采用的是感温电缆，如果也采用感温电缆方式，由于之前并未预设安装的基础，需要重新布线安装，并且设备间的距离有限，可能会在运行中产生相互的影响或者误报的问题，所以采用安装红外摄像头的方式既容易实现，又无需大量投资和较长的停电窗口^[2]。

当发生火灾时，红外热成像摄像机检测到火点，由于温度异常立刻输出告警接点，消防报警主机产生报警信号，同时红外热成像摄像机可接入变电站视频与环境监控系统，直接在变电站后台查看现场视频画面，了解火情及判断故障情况，以便可以快速进行相应的灭火处置。

2 实时监测系统的设计

2.1 摄像头安装设计

至于摄像头的安装位置，以一个变电站的六组电容器的安装图纸为例，在1A、1B、2A、2B、3A、3B六组电容器组，可以加装3个红外摄像头进行火灾监测，具体位置如图1所示。

图1 红外摄像头加装位置图

红外摄像头的加装位置需要综合考虑各方面因素，比如安装的位置需要最大范围覆盖所有电容器组，通过各个摄像头的配合，可以掌握全局范围内设备的异常情况，所以二者可以存在重复区域，以便能最大限度确定故障设备和范围。

2.2系统设计框架

根据装置要求，设计了适用于变电站户外电气设备的火灾实时监测系统，系统设计框架图如图2所示，主要是由综合自动化监控系统和视频系统两部分组成：

图2 系统设计框架图

综合自动化系统由红外摄像头(1)、消防模块(2)、消防主机(3)、公用测控装置(4)、网络交换机(5)、综合自动化监控后台机(6)组成，其网络在电力系统安全I区。

视频系统由红外摄像头(1)、网络交换机(8)、网络硬盘录像机(9)、视频主机(7)组成，其网络在电力系统安全III区。

在监测系统的综合自动化系统中，红外摄像头输出无源接点经电缆连接至消防模块，消防模块将红外摄像头的信号转换后通过电缆与消防主机相连，消防主机输出无源接点经电缆与公用测控装置相连，公用测控装置通过网线与网络交换机相连，综合自动化监控后台机通过网线与网络交换机相连。

当所监测电气设备区域温度超过设置值时，红外摄像头的无源接点闭合，消防模块将红外摄像头的动作信号转换后送至消防主机，消防主机显示所监测电气设备区域火灾信息，其“消防火警”无源接点闭合，公用测控装置收到消防主机的“消防火警”动作信号后，将相关的光字牌、报文信息经网络交换机送至综合自动化监控后台机，综合自动化监控后台机显示“消防火警”的光字牌与报文信息，并启动音响告警，变电站运行值班人员可以快速得知发生设备火灾告警。

在监测系统的视频系统中，红外摄像头通过网线与网络交换机相连接，网络硬盘录像机以及视频主机也通过网线与网络交换机相连接。一方面，可以在视频主机随时调取红外摄像头的视频；另一方面，当红外摄像头温度超过设定值时，视频主机会自动弹出红外摄像头的视频画面，使变电站运行值班人员在综合自动化监控后台机发出“消防火警”时能同步查阅火灾区域的视频影像，从而快速准确判断火情并做出处置。

此外，在火灾实时监测系统的综合自动化系统中，红外摄像头不断自检，有故障时其另一对无源接点闭合，通过消防模块、消防主机送至综合自动化监控后台机，发出“消防故障”信号，上送方式与“消防火警”的上送方式相同。

3 实时监测系统的应用特点

这种火灾监测系统的典型特点就是适用性广，普遍适用于变电站所有户外电气设备。并且施工简单，只需要加装红外摄像头，红外摄像头经消防模块接入消防主机、经网线接入站内原有的遥视系统即可。

并且红外摄像头经消防模块接入消防主机，可纳入变电站原有的消防系统维护，而红外摄像头经网线接入站内原有的遥视系统，可纳入变电站原有的遥视系统维护。

还可以通过调整红外摄像头的温度告警阀值，在温度很高但未出现明火前即发出火灾信号，可实现对火灾的预警功能^[3]。

另外对比于烟感探测器以及可见光视频烟火检测方式，具有以下特点：

(1)对比烟感探测器，烟感探测器由于使用场景和防护等级的限制无法安装到变电站的户外场景，同时需要监测到起烟且烟雾浓度足够才能产生告警。在线式红外热成像摄像机安装方式灵活、防护等级高以及检测到温度异常时即告警的特点更加适合监测变电站户外一次设备火灾情况。

(2)对比可见光视频烟火检测，传统的可见光视频烟火检测，是通过建立背景模型识别火焰燃烧产生的浓烟来进行报警。这种方式受外在因素影响大，普通的云雾、烟尘，甚至画面轻微虚焦，都有可能会引起误报。并且，由于需要建立背景模型再来识别浓烟，因此反应时间也相对较慢。红外热成像摄像机是探测到着火点处的温度与周围温度相差很大，当差值超过阈值时则输出报警信号，因此准确率相对更高。

4结论

由于变电站内电容器组与电抗器组的大量使用，长时间运行导致发热，进而产生火灾的问题影响较大，所以装设火灾实时在线监测系统对于电容（抗）器的安全稳定运行具有重要意义，并且这种设计方案成本低，易于实现，后续维护容易，还能提前做出预警，也是未来智能化电网的发展方向和趋势。

参考文献

2. 周志敏，周纪海，纪爱华．无功补偿电容器配置运行维护[M].北京: 电子工业出版社，2009．

3. 陈茜茜，刘坤.电抗器火灾预警系统设计[J]，电工技术，2020,10(20):3-4.

[3]张兆君，余劲，喻春雷.特高压变电站电抗器火灾故障在线预警系统[J].电子世界，2018,(20):176-177.