配電柜極早期電氣火災預警系統(tǒng)（熱解粒子探測器系統(tǒng)）方案

-----北京威巨特電子技術有限公司

一．開關柜電氣現(xiàn)狀和痛點

1.填補了火災探測的"時間盲區(qū)"

這是Zui核心的必要性。電氣火災的發(fā)生是一個漸變過程，可以分為幾個階段：

階段一：潛伏期。設備內(nèi)部因接觸不良、絕緣老化、過載等原因開始異常發(fā)熱。

階段二：熱解期。溫度升高（通常在150°C以上），絕緣材料（如PVC、環(huán)氧樹脂等）的分子鏈開始斷裂，釋放出肉眼看不見的微觀熱解粒子。此時，無煙、無明火。

階段三：可見煙期。溫度繼續(xù)升高，熱解粒子凝聚成可見的煙霧。

階段四：明火期。溫度達到燃點，產(chǎn)生明火。

傳統(tǒng)探測手段的問題在于：

感溫電纜/傳感器：只能探測到局部溫度的顯著升高。在封閉的開關柜內(nèi)，熱量需要傳導到傳感器位置才能被感知，這往往已經(jīng)進入了熱解期的中后期。

感煙探測器：只能探測到可見煙霧。當煙霧產(chǎn)生時，火災已經(jīng)進入了階段三，絕緣破壞已經(jīng)發(fā)生，可能已造成設備損壞或局部燃爆。

結(jié)論：從"異常發(fā)熱"到"產(chǎn)生可見煙"之間存在一個數(shù)分鐘到數(shù)十分鐘的時間盲區(qū)。熱解粒子探測器能在這個盲區(qū)內(nèi)發(fā)出警報，將預警時間點從"火災發(fā)生前"提前到"故障發(fā)生前"，為運維人員提供了寶貴的處置時間。

2.實現(xiàn)了真正意義上的"極早期預警"

熱解粒子是火災發(fā)生前的第一個物理信號。

預警時間優(yōu)勢：相比傳統(tǒng)探測方式，熱解粒子探測器可以提供數(shù)分鐘甚至更早的預警。這意味著在火勢尚未形成、設備尚未嚴重損壞時，就可以進行干預。

處置成本優(yōu)勢：極早期預警下的處置手段非常簡單，比如拉閘檢修、緊固螺絲、清潔設備等。一旦錯過這個窗口，后續(xù)的處置將變成滅火、搶修、更換設備，甚至面臨停電停產(chǎn)的巨大損失。

3.解決了高壓封閉環(huán)境下的探測難題

開關柜是一個特殊的應用場景，存在很多探測難點：

空間封閉，空氣不流通：熱量和煙霧在初期難以擴散到柜外，傳統(tǒng)的安裝在頂棚的煙感很難及時感知柜內(nèi)情況。

強電磁干擾：柜內(nèi)復雜的電磁環(huán)境會對電子設備造成干擾，需要探測器具備很強的抗干擾能力。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜：元器件多，空間狹小，難以實現(xiàn)大范圍的溫度監(jiān)測覆蓋。

熱解粒子探測器的優(yōu)勢在于：

就地探測：探測器直接安裝在柜內(nèi)，能第一時間捕捉到局部的粒子濃度變化。

針對性強：專門針對絕緣材料熱解產(chǎn)生的特征粒子進行檢測，抗干擾能力強。

無死角覆蓋：熱解粒子會隨氣流在柜內(nèi)擴散，探測器只需安裝在合適位置（如頂部），即可對整個柜內(nèi)空間進行有效監(jiān)控。

4.滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)對"本質(zhì)安全"和"智能化"的更高要求

隨著電網(wǎng)規(guī)模和用電負荷的增長，對供電可靠性的要求越來越高。

從"被動保護"到"主動預警"的轉(zhuǎn)變：傳統(tǒng)的消防系統(tǒng)屬于"被動保護"，即火災發(fā)生后，如何盡量減少損失。而熱解粒子探測器推動的是"主動預警"和"主動安全"，即在故障發(fā)生前就發(fā)現(xiàn)隱患并消除，真正實現(xiàn)防患于未然。

智能化運維的基礎：熱解粒子探測器輸出的是連續(xù)的濃度數(shù)據(jù)，可以與溫度、局部放電等數(shù)據(jù)一起接入在線監(jiān)測系統(tǒng)，構(gòu)成一個多維度的設備健康診斷模型。這是實現(xiàn)無人值守、狀態(tài)檢修、預測性維護等智能化運維手段的重要數(shù)據(jù)支撐。

保障人身與重要設備安全：開關柜故障往往伴隨著爆炸和有毒氣體，對巡檢人員構(gòu)成嚴重威脅。極早期預警能讓人員在事故發(fā)生前安全撤離或采取遙控操作，同時保護核心設備（如變壓器、大型電機）免受災難性損毀。

，安裝熱解粒子探測器并非可有可無的升級，而是針對開關柜電氣設備火災特性的必要且高效的主動防御手段。它通過捕捉火災發(fā)生前的微觀征兆，將預警時間提前到傳統(tǒng)技術無法觸及的"熱解期"，從而：將火災扼殺在萌芽狀態(tài)，Zui大程度避免停電損失，保障人員與設備安全，提升電力系統(tǒng)的智能化管理水平。

因此，在關鍵電力節(jié)點、重要負荷中心以及對供電可靠性要求極高的場所，部署熱解粒子探測器已經(jīng)成為一種必然的技術選擇和安全投資。

二．熱解例子探測器原理

通過檢測電氣設備在異常發(fā)熱時產(chǎn)生的極小微粒實現(xiàn)火災的極早期預警。采用先進的激光散射檢測技術，能夠識別1-10nm直徑的熱解粒子，遠早于傳統(tǒng)煙霧報警器對400-1200nm顆粒的檢測能力，為電氣火災防控提供了更早、更精準的預警手段。

系統(tǒng)圖：

三、熱解例子探測器特點

當電氣設備中的絕緣材料（如PVC、ABS等）因過熱達到臨界溫度（150℃-220℃）時，開始發(fā)生熱解反應，產(chǎn)生大量微小的熱解粒子和氣體。這些粒子直徑通常在1-10nm之間，遠小于傳統(tǒng)煙霧報警器能檢測到的400-1200nm顆粒。

3.1原理

主動采樣：采用自適應恒流風扇導流技術，主動采集周圍空氣樣本。

多參數(shù)檢測：

*激光散射檢測：利用特定波長的光線照射空氣樣本，通過Mie散射理論

分析粒子的濃度和粒徑。

*VOC氣體檢測：監(jiān)測碳氫鏈化合物氣體揮發(fā)物，總計囊括200余種化合

物組份。

*溫濕度監(jiān)測：實時檢測環(huán)境溫度和濕度變化。

*煙霧監(jiān)測：實時檢測煙霧濃度變化。

智能算法分析：通過動態(tài)權重算法對多參數(shù)數(shù)據(jù)進行綜合分析，準確識別火災隱患并過濾環(huán)境干擾。

精準預警：當熱解粒子濃度達到預設閾值時，立即發(fā)出聲光報警信號并上傳至上位機系統(tǒng)。

與傳統(tǒng)煙霧報警器的區(qū)別：傳統(tǒng)煙霧報警器主要依靠遮光率檢測可見煙霧顆粒（400-1200nm），而熱解粒子探測器能檢測更小的熱解粒子（1-10nm），在火災極早期階段（煙霧可見前）就能發(fā)出預警信號，為用戶提供更充裕的處置時間。

3.2特點

熱解粒子探測器集成了三種傳感技術，能同時監(jiān)測八類參數(shù)：

熱解粒子濃度（0-2000單位等級）

溫度變化率

PM1.0粒子質(zhì)量濃度

PM2.5粒子質(zhì)量濃度

PM10粒子質(zhì)量濃度

環(huán)境溫度和濕度

可揮發(fā)性有機物（VOC）

煙霧濃度

通過動態(tài)權重算法對這些參數(shù)進行綜合分析，能夠更準確地識別火災隱患，顯著降低誤報率。在實際應用中，熱解粒子探測器的誤報率遠低于傳統(tǒng)煙霧報警器。

四、熱解例子探測器技術參數(shù)

*熱解粒子探測

*實時檢測設備溫度、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、空氣質(zhì)量等

*中文液晶顯示，顯示信息直觀豐富

*控制保護功能（可遙控、也可手動控制）

*熱解粒子濃度、溫度、濕度、空氣質(zhì)量指標超限，聲、光報警

*傳感器故障聲、光報警

*一鍵消音（新的報警自動重新啟動）

*自檢功能（對裝置自身功能檢測）

*RS485/4G通訊，實現(xiàn)遠程監(jiān)控

*額定電壓：AC220V

*報警閾值：0-2000熱解粒子單位等級

*監(jiān)測氣體：碳氫鏈化合物氣體揮發(fā)物（各類材質(zhì)線纜及電氣裝置）

*溫度測量：內(nèi)溫 +外溫度（可選配），報警值可設定

*濕度測量：內(nèi)置濕度傳感器，報警值可設定

*煙霧濃度監(jiān)測：可選配

*剩余電流監(jiān)測：可以選配

*控制輸出：開關型，可手動也可遙控，觸點容量250V AC/5A

*警報聲響：≥70db

*報警方式：聲光報警

*人機交互：中文液晶顯示、輕觸鍵盤式、LED燈光提醒

*通訊方式：RS485/4G（選配）

*使用環(huán)境溫度：-10℃～55℃

*相對濕度：10%RH～93%RH(非凝露)

*外殼防護等級：IP30

*外形尺寸(L*W*H)：112*65*56mm

*安裝型式：導軌式(35mm)

五、熱解例子探測器產(chǎn)品亮點

1，主動采樣技術：采用自適應恒流風扇導流，與傳統(tǒng)自由擴散型煙霧報警器相比，能夠主動對周圍環(huán)境空氣進行采樣，響應更為迅速，檢測更加穩(wěn)定。

2，多維度火災判斷：通過自有算法對光學、化學、熱力學等多維度數(shù)據(jù)進行綜合采集和優(yōu)化分析，對環(huán)境變化進行全面評估，實現(xiàn)對火災及火災前期的準確預警。

3，自適應恒流風扇：根據(jù)環(huán)境溫度自動調(diào)節(jié)采樣風量，確保在不同溫度條件下都能保持穩(wěn)定的檢測性能。

4，200余種VOC檢測：通過對火災燃燒物特性分析，能夠檢測總計囊括200余種能夠在空氣中擴散的化合物組份，避免了從單一維度檢測火災引起的誤報。

5，氣流熱能變化監(jiān)測：檢測氣流流經(jīng)風道后的熱能變化，來判斷采樣的氣體中是否含有熱解及燃燒后的高溫粒子，進一步提高檢測精度。

六．自動滅火裝置

自動滅火裝置,采用Zui為環(huán)保、潔凈的全氟己酮（1230）滅火劑。滅火劑具有無毒環(huán)保，清潔，不導電，滅火高效等功能。

當溫度和煙霧同時報警時，啟動配電柜內(nèi)部的氣體滅火裝置，通過空間全淹沒噴頭，快速釋放滅火介質(zhì)，達到空間全淹抑制滅火,有效保障配電柜及周邊消防安全，對配電柜內(nèi)部的設備沒有影響。

七、煙火識別攝像機

在配電房的內(nèi)部安裝煙火識別攝像機，它既是預防火災隱患的"哨兵"，也是保障核心設備安全運行的"內(nèi)窺鏡"。

煙火識別攝像機集成2種煙火探測技術，熱成像測溫攝像機和500萬低照度攝像機，同時熱成像測溫攝像機帶煙火算法，對煙火進行精準識別。通過內(nèi)置煙火識別算法軟件對煙火探測進行綜合判斷，減少煙火報警誤報率，提高煙火報警準確性。實現(xiàn)檢測區(qū)域的煙火報警、測溫報警、視頻復核，實現(xiàn)煙火的極早期報警，把火災危險消滅在萌芽狀態(tài)，促進工廠的安全生產(chǎn)。

檢測距離：針對1平方米的煙霧或火源，Zui遠報警距離可達30米。

報警響應：一旦識別到異常，設備可聯(lián)動現(xiàn)場聲光報警，并向控制中心推送彈窗畫面和抓拍圖片。

 煙火識別攝像機發(fā)現(xiàn)煙火時，前端攝像機可以發(fā)出警戒聲音，如果警戒聲音太小，可以外接喇叭；同時有燈光閃光提示；保證在報警區(qū)域內(nèi)的工作人員可以聽到煙火報警的警戒聲音，及時做出應急預案。同時主控室的NVR的軟件會觸發(fā)聲光報警器，提醒運行人員有煙火報警產(chǎn)生，同時會自動彈出聲光報警畫面，運行人員可以及時了解現(xiàn)場的實時視頻畫面。運行人員還可以通過麥克風和前端報警的攝像機進行喊話，及時處理現(xiàn)場警情。

控制中心配置有智能NVR，對煙火識別攝像機進行實時存儲，同時在客戶端軟件實現(xiàn)煙火識別報警視頻彈窗，報警聲音提示，報警圖片抓拍等功能。

智能NVR可選4G功能，實現(xiàn)打電話，發(fā)短信，微信推送功能，實現(xiàn)主管領導實時了解煙火識別攝像機系統(tǒng)的報警信息，及早進行處理煙火隱患，實現(xiàn)工廠的安全生產(chǎn)。

八、系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)

* 數(shù)據(jù)遠傳通訊實現(xiàn)方式：

熱解粒子探測器支持多種通訊方式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時上傳和遠程監(jiān)控：

RS485總線：支持長距離（≤1.5km）數(shù)據(jù)傳輸

4G/LORA/NB-IoT：通過無線網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳，適用于各種復雜環(huán)境

*智慧安全監(jiān)管云服務系統(tǒng)由三個核心部分構(gòu)成：

數(shù)據(jù)采集層：探測器實時采集熱解粒子濃度、溫度、VOC等多維度數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)傳輸層：通過RS485、4G等通訊方式將數(shù)據(jù)上傳至云平臺

數(shù)據(jù)應用層：云平臺對數(shù)據(jù)進行分析處理，提供預警、報警、數(shù)據(jù)可視化等

功能

* 系統(tǒng)優(yōu)勢：

實時監(jiān)控：24小時不間斷監(jiān)測，數(shù)據(jù)實時上傳

遠程管理：通過手機APP、電腦端等多渠道遠程查看設備狀態(tài)和報警信息

智能分析：基于大數(shù)據(jù)和AI算法，對歷史數(shù)據(jù)進行分析,預測潛在火災風險

多級聯(lián)動：支持與消防系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、應急管理系統(tǒng)等多系統(tǒng)聯(lián)動

數(shù)據(jù)安全：采用AES-256加密技術，保障數(shù)據(jù)傳輸安全

遠程維護：支持遠程升級探測器固件和算法，降低維護成本

心跳周期機制：探測器每30分鐘向云平臺發(fā)送一次心跳信號，包含當前狀

態(tài)、測量參數(shù)和網(wǎng)絡信號強度等信息，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行

熱解例子探測器主機特點：

實時監(jiān)控：24小時不間斷監(jiān)測，數(shù)據(jù)實時上傳

智能分析：基于大數(shù)據(jù)和AI算法，對歷史數(shù)據(jù)進行分析,預測潛在火災風險

多級聯(lián)動：支持與消防系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、應急管理系統(tǒng)等多系統(tǒng)聯(lián)動

數(shù)據(jù)安全：采用AES-256加密技術，保障數(shù)據(jù)傳輸安全

遠程維護：支持遠程升級探測器固件和算法，降低維護成本

中文液晶顯示 ，顯示信息直觀豐富

參數(shù)實時顯示

聲、光報警

事件記錄、存儲、打印、查詢

一鍵消音（新的報警自動重新啟動）

自檢功能（對裝置自身功能檢測）

用戶操作分級

4G傳輸實現(xiàn)打電話語音，短信，微信實時報警（可選）

網(wǎng)絡傳輸功能，工作站軟件實時顯示和報警（可選）

主要技術參數(shù)：

工作電源：AC220V/50Hz

監(jiān)控容量：單機Zui大容量2*128臺熱解粒子探測器

通訊方式：RS485/CAN

通訊距離：≤1500米

打印方式：熱敏打印機

安裝方式：壁掛式

設備尺寸：450*350*150 (mm)