无人值班变电站自动消防系统仿真测试研究

李娟娟 胡宝 王哲 姬成群 王占辉 杜小磊

摘 要：随着科学技术的不断发展，无人值班变电站已成为变电站的主流管理模式，由于没有固定的值班人员，这就对变电站的自动消防系统提出了更高的要求。自动消防系统可以实现实时监控、自动报警、自动灭火及远程控制消防设备的功能，为了全面验证自动消防系统功能的正确性与可靠性，搭建一套仿真测试环境。该测试环境可以模拟消防设备的各种运行状态，全面验证自动消防系统的功能，为无人值班变电站的安全运行提供了可靠保证。

关键词：无人值班变电站;自动消防系统;仿真测试;远程控制;自动报警;实时监控

0 引 言

随着科学技术的不断发展，无人值班变电站和集中远程控制模式已成为主流的变电站管理模式。无人值班变电站的出现大大减少了供电企业的人力成本，也减少了变电站因人工操作失误而引发的故障[1]。自动消防系统以信息化手段，融合通信技术、人工智能、自动控制等多项技术，可以实现火灾自动报警、自动灭火、远程集中控制等功能，应用领域十分广泛。

目前变电站大多已实现无人值班，但变电站消防控制功能基本都在变电站端，一旦发生火灾告警，集控站人员就必须到变电站现场进行火灾确认和灭火控制，延误灭火时机。业界有一些研究者也研发出了可以在集控端进行远程控制的自动消防系统，但该系统在变电站端的硬件过于复杂，由规约转换器、灭火控制转换器、报警信号上传装置、交换机等组成，维护起来十分困难[2]。

本文研究的自动消防系统将信息采集及上送、规约转换、远程控制等功能集成在一台消防传输控制单元装置上，维护更加方便，整个自动消防系统也更加可靠。为了全面验证该自动消防系统功能的正确性与可靠性，搭建一套仿真测试环境，该测试环境可以模拟消防设备的各种运行状态，全面验证自动消防系统的功能性能，为无人值班变电站的安全运行提供了可靠保证。

1 无人值班变电站自动消防系统

无人值班变电站自动消防系统由消防远程集中监控平台（简称集控平台）、消防信息传输控制单元、消防设备和信息传输网络等设备组成，具有远程核警、报警、实时监视消防设备运行状态、远程应急操作消防设备等功能。图1为无人值班变电站自动消防系统的架构。

集控平台部署在地市（省檢）公司或运维班，可以对所辖变电站的消防信息进行全面整合与集中管理。该平台主要用来接收、分析、处理、查询变电站按规定协议发送的火灾报警信息和消防给水、消火栓系统、固定式灭火系统等消防设备运行状态信息，并发送远程控制指令来操作消防设备。

消防信息传输控制单元是一种消防专用信息转换装置，部署在变电站，主要用来采集火灾报警控制器信息、固定式灭火系统运行和状态信息、模拟量采集信息、其他受控消防设备控制及动作反馈信息、回路故障信息等，并将信息上传至集控平台，同时接收集控平台下发的远程控制指令，再通过硬接线对受控消防设备进行启停控制。

在变电站端，火灾报警控制器加装通信接口卡，将消防设备信息送至消防信息传输控制单元，在受控消防设备上增加压力变送器、水位变送器、电源电压等模拟量变送器，并将模拟量信号作为消防辅助信息接入消防信息传输控制单元。消防信息传输控制单元通过硬接线与受控消防设备连接，实现远程应急操作，接收动作反馈信号及线路故障信号。

2 消防传输控制单元的主要功能

2.1 主要功能

消防传输控制单元是自动消防系统的重要组成部分，是一种部署在变电站的消防专用信息转换装置，具备采集、规约转换、控制和网关等功能，具体功能见表1所列。

消防传输控制单元最多可接入30个模拟量传送器，采集烟感探测器、温感探测器、液位传感器、液压传感器、电压传感器等设备的消防信息，最多可监测300个消防模块的状态信息，如：各个模块的火警、故障、屏蔽、监管、启动、反馈等信息，同时最多可控制32个灭火装置的启停，并接收灭火装置的动作反馈信号。

2.2 传输协议

消防传输控制单元支持采集多种协议的消防设备的信息，并将这些信息转换成通用的协议上送集控平台。目前消防传输控制单元可支持的上行传输协议有两种：61850和104通信规约。下行传输协议主要有：Modbus协议、RS 485协议、CAN协议等。

下行传输协议的工作原理：消防传输控制单元通过查询命令对火灾报警控制器中的寄存器数据进行查询，每次可以查询多个寄存器，数据的校验采用CRC校验，火灾报警控制器在收到查询命令后向消防传输控制单元上传相应的寄存器数据。Modbus协议的数据传输格式见表2、表3所列。

3 自动消防系统仿真测试环境

仿真测试环境包含监控后台、消防传输控制单元、数据服务器及各类消防设备，如图2所示。监控后台可模拟实际的集控平台的功能，主要用来解析通过61850或104规约上送的消防信息，并下发远程控制命令。由于测试环境受限，仅接入少量消防设备，其他设备通过自主研发的仿真测试软件来模拟信息上送功能。

3.1 验证各类消防信息的正确性

不同协议的火灾报警控制器由不同的仿真测试软件来完成测试。测试软件可以解析消防传输控制单元下发的查询命令，也可以设置各寄存器的数据来模拟实际的消防设备的状态信息及模拟量信息，并通过RS 485串口或CAN口上送给消防传输控制单元，经规约转换后再通过以太网上传至监控后台。表4为Modbus协议下寄存器各数据位代表的运行状态信息。

通过仿真测试软件可以验证300个消防模块的各种告警信息、运行状态信息以及30个模拟量变送器的消防信息的正确性。经验证，消防传输控制单元可以正确采集各类消防信息并将信息上送监控后台。

3.2 验证防误闭锁逻辑的正确性

为了防止监控后台误操作，监控后台设置了防误闭锁逻辑来保证远程控制的可靠性，必须满足主变各侧断路器分位且产生两种类型的火灾报警信号才可允许下发远程控制命令。若通过视频监控已确认发生明火且现场无灭火现象，可经具有解锁权限的专责进行解锁操作。经测试，在满足闭锁逻辑时，通过后台下发控制命令失败，解锁后可正确下发控制命令并驱动灭火设备进行灭火操作。

3.3 验证开出回路的可靠性

为了模拟实际的受控消防设备启动和反馈的信息，设计了一个带反馈接点的外接插件，当消防传输控制单元接收到远程控制命令时驱动出口继电器闭合，出口继电器闭合的同时会触发外接插件的反馈硬接点闭合，该接点直接接入消防传输控制单元，实现反馈信号的上送。经测试，该系统从后台下发控制命令到相应的继电器出口仅需要3 s，保证了自动灭火系统的实时性，通过该插件可以测试32个带反馈开出回路的正确性和可靠性，大大提高了测试效率。

3.4 验证长时间运行、开入雪崩、信号雪崩的正确性

为了保证消防传输控制单元运行的可靠性，将其持续带电运行7天。在此期间模拟54个开入同时接入、3 000余个消防信息点同时上传，考核消防传输控制单元在极端条件下的响应情况。由于研发初期消防传输控制单元对硬开入信息上送的处理机制不完善，出现上送后台信息丢点的现象，故设计单位修改完善后经反复验证测试。目前信息上送机制已修改完善，消防传输控制单元的信息传输功能也愈发稳定，保证了自动消防系统的可靠运行。

4 结 语

通過对无人值班变电站自动消防系统的研究和分析，搭建的仿真测试环境在自动消防系统相关装置开发和完善过程中起到了重要作用，对自动消防系统的各项功能进行了验证，减少了测试成本，提高了测试效率。随着无人值班变电站的大量应用，对变电站自动消防系统的可靠性提出了更高的要求，该测试系统充分验证了自动消防系统功能的可靠性，为无人值班变电站安全稳定运行提供了可靠保障。

参考文献

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