一种用于储能站的无线消防系统及其控制方法与流程

2021-01-20 15:01:42|

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本申请属于电力系统消防领域，主要涉及一种用于储能站的无线消防系统及其控制方法。

背景技术：

电池储能系统由电池组、电池管理系统bms、储能变流器pcs、空调、动环监控、机架及辅件构成。除了储能变流器pcs、空调、动环监控等可能发生的电气安全外，电池组成为了最大的安全隐患点。储能系统中的安全隐患特点如下：

1）在电池储能系统中，电池组的电池容量往往高达mwh，且在一个集装箱或一个局部空间内，能量密度极高；在一个局部区域内，容量高达数十到数百mwh。一旦发生安全问题，往往引起电池燃烧的链式反应，导致局面失控，损失重大。

2）在电池储能系统中，电池组的电压一般在700v以上，高压直流系统对系统绝缘和保护提出了极高的要求；系统布线、结构复杂，一旦发生线缆老化、空气潮湿、尘埃等都可能造成绝缘下降，以致漏电、打火，以及线缆接触电阻变大发热等，引起安全事故。

3）在电网侧电池储能系统中，复杂系统往往产生恶劣的电磁环境，导致系统误报警、误动作，产生不可预期的安全事故。

4）电池过充、过放、过流、过温，以及短路、热失控等是储能系统的最大安全隐患。

储能站的火灾报警系统现状：

缺少顶层设计，标准化程度低，多为定制设计及示范应用，缺少长时间运行验证。

集成设计缺少系统的考虑，变成多个功能部件的堆积，相互间缺少联系，多为信息孤岛；

运行方法和保护机制不完善，缺少冗余的安全保护及长寿命的管理方法；

热管理和一致性管理比较粗糙，缺少储能系统及电池系统综合分析及诊断，缺少储能系统的运维支撑；

缺少系统安全的解决方案，仅直接借用建筑消防的设计思路，不适合储能系统的消防处理；

储能系统的成本高，可靠性低，维护复杂或者很难维护，检修要求高，对运维管理人员要求高。

现有的火灾报警系统通过基于工业控制平台的模块对灭火设备的信号采集与控制，通信方式仍采用工业总线，传输效率较低，现场布线复杂。

技术实现要素：

有鉴于上述背景技术的缺陷，本申请旨在提供一种用于储能站的无线消防系统，具备储能站火灾实时探测、火灾自动扑灭功能。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

本发明提供了一种用于储能站的无线消防系统，包括：

无线探测器，覆盖整个储能站，用于实时采集储能站的环境信息；

无线中继器，用于接收所述无线探测器采集的环境信息；

无线声光警报器，用于发出报警信号；

自动灭火系统，所述包括气体灭火装置和高压细水雾系统，所述气体灭火装置采用七氟丙烷为灭火剂，所述高压细水雾系统包括若干个高压细水雾喷头；

无线控制器，用于接收所述无线中继器传输的环境信息，监控整个储能站的火情，启动自动灭火系统；

在线预警决策系统，用于监测电池运行状态，给出预警信号，针对不同火情制定灭火方案。

进一步地，还包括设于储能站外部的室外消火栓系统。

进一步地，所述无线探测器包括：无线可燃气体探测器、无线感烟探测器和无线感温探测器。

进一步地，还包括手动报警器。

进一步地，一种用于储能站的无线消防系统的控制方法，包括：

通过覆盖储能站的无线探测器实时探测整个储能站存在的火警信息；

所述无线探测器将存在火警的区域及警情信息通过所述无线中继器传输给无线控制器，并触发无线声光警报器和自动灭火系统；

无线控制器对不同区域探测器节点状况进行分析处理，对整个储能站的火警进行完整监控；

在线预警决策系统监测电池运行状态，评估电池安全状态的风险等级，当电池温度过高时发出预警信号，针对不同火情制定灭火方案；

当储能站电气起火时，通过气体灭火装置灭火，通过高压细水雾系统喷洒水雾实施降温；

当储能站电池起火时，通过高压细水雾系统喷洒水雾实施灭火。

进一步地，所述自动灭火系统的启动需满足以下4个条件之一：

任二只可燃气体探测器探测浓度达到40%lel；

任一可燃气体探测器探测浓度达到20%lel和感烟探测器同时动作；

任一可燃气体探测器探测浓度达到20%lel和感温探测器同时动作；

任一可燃气体探测器探测浓度达到20%lel和手动报警按钮同时动作。

本发明的有益效果：

1.采用基于lora无线标准的火灾报警系统，将烟感、温感、手报、火灾报警探测器采用无线接入，具备远距离无线通信能力，克服传统设备无法联网、联网布线麻烦的缺点，具备全面的设备状态自监控功能，有防拆、低电量、故障、离线等报警功能，支持远程检测和配置设备参数，节省线缆和施工费用；

2.通过设置无线探测器和自动灭火系统，实现储能站火灾实时探测、火灾自动扑灭功能；

3.通过设置在线预警决策系统，优化系统运行控制方法，实现系统的安全管控，具备严格的时序控制和安全冗余设置，保证部分系统失效时仍能执行安全管控。

附图说明

图1是无线消防系统网络结构图。

图2是储能箱内高压细水雾喷头布置图。

图3是高压细水雾系统动作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本申请的方案以及各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本申请的限制。

如图1所示，本实施例配置1套基于lora无线通讯技术的集中联动型消防系统，包括：

无线探测器，覆盖整个储能站，用于实时采集储能站的环境信息；

无线中继器，用于接收所述无线探测器采集的环境信息；

无线声光警报器，用于发出报警信号；

无线控制器，用于接收所述无线中继器传输的环境信息，监控整个储能站的火情，启动自动灭火系统；

在线预警决策系统，用于监测电池运行状态，给出预警信号，针对不同火情制定灭火方案。

系统的lora无线通信功能复合在系统内的各组件中实现。

本实施例的lora无线通信系统是一个基于分布式控制系统架构，能够实时探测储能站内的火警信息，使用时根据储能站的结构和规模，预先在其内部不同区域布置合适数目的无线探测器和无线声光警报器，无线探测器实时采集其所监测区域的环境信息并做相应的判断处理，将其所在区域的警情信息或工作情况通过无线中继器实时传送到无线控制器，无线控制器通过对内部不同区域无线探测器节点状况进行分析处理，实现对整个储能站的火警及工作情况进行完整监控，在发生火灾时按照预定的疏散方法通过火灾探测器和声光警报器发出疏散警报音，提醒楼内人员救援和逃生。

本实施例采用基于lora无线标准的火灾报警系统，将烟感、温感、手报、火灾报警探测器采用无线接入，具备远距离无线通信能力，克服传统设备无法联网、联网布线麻烦的缺点，具备全面的设备状态自监控功能，有防拆、低电量、故障、离线等报警功能，支持远程检测和配置设备参数，节省线缆和施工费用。

本实施例建立消防自动化系统及基于lora无线技术的火灾报警系统，全面感知消防设备运行状态，可实现在费用增加不多的情况下，大幅提升消防安全水平。

本实施例集装箱式锂电池储能系统中每个集装箱为一个消防区域。每个集装箱内设置一定数量的无线点型火灾探测器，在此基础上，增加无线可燃气体探测器,能够实现早期报警并将该区域的报警信号统一发送至储能站的消防控制中心。

本实施例在增加报警信号采集的同时还考虑所采集信号的处理方式，增加无线声光报警器的数量,并将其布置在经常有人员巡逻、值守的场所，并将该区域的报警信号发送至消防控制中心。

本实施例设置一套采用无导电性的七氟丙烷为灭火剂的气体灭火装置，并依据惰化设计浓度来设置七氟丙烷灭火剂配备量。自动灭火系统应具备自动运行、自动监测、自动灭火功能。七氟丙烷灭火剂喷洒持续时间为10s，喷洒完毕后使电池集装箱保持10min密封状态，使灭火剂充分扩散和灭火。

本实施例当锂电池集装箱内气体灭火装置和高压细水雾系统无法扑灭箱内火灾时,大量、持续喷水是针对锂电池火灾最有效的扑灭方法。锂电池集装箱设备周围布置室外消火栓系统，现利用变电站共有消防给水设施,给水压力保证消防用水总量达到最大时,水枪充实水柱不应小于13m，并保证外集装箱端部安全位置喷水灭火时水柱可达箱内各处。

本实施例基于锂电池的火灾特点分析，采用在线预警决策系统针对火情制定灭火方案：

1)电池存储安装在具有自动灭火系统的环境中。在储能箱内安装有空调、通风设备，长期保持储能箱的温度不超过规范的要求，保证电池不过热、不自燃。箱体内配置灵敏的温度传感元件，结合电池bms自身感温系统，电池和箱体内温度过热时及时报警、及早处理。

2)针对储能箱的电气和电池火灾，配置不同原理的、灵敏的火灾探测系统，包括无线可燃气体探测器、无线感烟探测器、无线感温探测器，增加电气量辅助判据，和气体灭火装置及高压细水雾灭火系统形成联动，及早发现火源、及时扑来火灾。

3)针对储能箱内的电气火灾和电池火灾的不同特点，采用不同的灭火系统、分阶段进行联动。

4)针对电气火灾采用气体灭火装置快速灭火，高压细水雾系统喷洒水雾长时冷却降温，保证初期可靠灭火，并不引起电池过热起火。

5)针对电池火灾，直接采用长时间高压细水雾系统喷洒水雾，保证可靠扑灭火灾、同时冷却电池组，防止复燃。

6)长时间防护冷却：对锂离子电池灭火最好的办法是对燃烧的材料进行冷却，针对锂电池容易复燃的特点，高压细水雾系统配置1套细水雾泵组，长期、持续喷水，让电池持续降温，防止复燃烧。

本实施例在线预警决策系统实现以下功能。

1)优化系统运行控制方法，实现系统的安全管控，具备严格的时序控制和安全冗余设置，保证部分系统失效时仍能执行安全管控。

2)具备电池系统预警机制，基于电池的健康状态、一致性状态（电压、温度）、温度变化状态进行系统预警，对“带病”运行的电池系统，给出预警，便于运维。

3)电池安全状态分析sos系统,对电池安全状态进行准确评估，给出安全风险等级数值。通过对sos的预警，避免电池工作在高危区域，预防安全事故的发生。

4)基于h2、co等气体探测、电池单体温度、烟感、温感、视频等综合消防探测系统，执行电池系统的安全预警及消防联动控制。

针对储能电池箱的电气和电池火灾，配置不同原理的、灵敏的火灾探测系统，包括无线可燃气体探测器、无线感烟探测器和无线感温探测器，同时增加电气量辅助判据，和气体及细水雾灭火系统形成联动，及早发现火源、及时扑来火灾。

本实施例每个储能电池箱为一个独立的报警和探测区域。每个防护区布置无线感烟探测器2只、无线感温探测器2只、无线可燃气体探测器3只，三种探测器交替布置。

储能站的每个电池舱，检修门内侧设置声光报警器、手自动状态灯，外侧设置手报、气体启停按钮、声光报警器和释放指示灯；设备均安装在检修门端。

本申请的无线火灾消防系统和电池管理系统（bms）联动控制，火灾类型分为初期、电气火灾和电池火灾：针对不同类型，依次开启通风、开启对应的区域控制阀和主泵，喷放细水雾、启动七氟丙烷灭火，自动控制电动百叶窗关闭；切断火灾区域空调及风机电源；切断普通灯光照明，打开应急照明；切断pcs断路器。若通过视频判断为误喷，经授权可按下远程停泵按钮，停止细水雾喷放。

1)只有可燃气体，但没有火灾时的联动方法：

储能系统的蓄电池在充放电过程中长期运行电解水会产生微量的氢气，当电池箱内任一无线可燃气体探测器低阈值动作，且无感烟、感温探测器动作时，启动通风风机，并切断空调电源，跳开舱级接触器。将电池箱内可燃气体迅速排出箱体外，通过视频联动相关摄像头，结合bms监视箱内电池温度、气体浓度。当可燃气体浓度及电池温度恢复正常，再关闭风机、合上空调、合上接触器，保证箱体内温度和微正压系统正常。

自动启动应满足以下条件：

可燃气体浓度达到第一阈值，任1个无线可燃气体探测器动作。

火灾报警自启动后，通过无线控制器联动以下设备：

通过声光、语音、短信及电话等多媒体报警通知消防控制室值班人员；实时推送相应的报警现场视频、火灾报警信息至监控人员；

自动切断火灾区域空调，启动事故通风风机；

自动切断舱级电池组的接触器；

通过视频联动相关摄像头，结合bms监视箱内电池温度、气体浓度；

当可燃气体浓度及电池温度恢复正常，再关闭风机、合上空调、合上接触器，保证箱体内温度和微正压系统正常。

2)发生电气火灾时，气体灭火装置和高压细水雾系统自动启动方法；

由于电气火灾会导致电池箱温度过高，在明火扑灭后，需要长时间的给电池冷却降温。

a)气体灭火装置自动启动逻辑：

自启动应满足以下2个条件之一：

有2个及以上独立的无线探测器（烟感或温感），同时发信号。

或者一只无线探测器（烟感或温感）与一只手动报警器的报警信号。

火灾报警自启动后，通过无线控制器联动以下设备：

通过声光、语音、短信及电话等多媒体报警通知消防控制室值班人员；自动启动119火警联动；实时推送相应的报警现场视频、火灾报警信息至监控人员；

监控人员确认现场发生火灾后，通过身份认证，并启动手动报警按钮；将火灾报警确认信号发送至一体化监控系统；

自动控制泄压口打开；自动控制相关门禁系统关闭，切断火灾区域空调及风机电源；切断普通灯光照明，打开应急照明；切断pcs断路器。当舱级pcs断路器拒跳时，经监控中心人工远程视频判断火灾，通过消防监控后台远程应急启动无线消防系统进行灭火。

通过和辅助控制服务器通讯，联动所在区域的摄像头，并将画面上送消防控制室，实时监视火灾发生全过程。

气体灭火装置气体喷射时间10s，高压细水雾系统喷洒水雾时间10min。无人时0s启动，有人时延时30s启动。

b)高压细水雾系统自启动逻辑：

自启动条件应满足以下2个条件之一：

有2个及以上独立的无线探测器（烟感或温感），同时发信号。

或者一只无线探测器（烟感或温感）与一只手动报警器发出报警信号。

由无线控制器判断气体灭火装置动作后，延时10分钟后再启动高压细水雾系统。

高压细水雾系统喷洒水雾30分钟。通过视频和监控确认火灾扑灭及电池温度降下来后，断开高压细水雾系统的细水雾泵组。

3)发生电池火灾时，高压细水雾系统自动启动方法。

储能系统中电池引发的火灾，危害大且一旦火起就不可控，针对此类火灾以细水雾自动灭火方式为主，喷洒水雾时间长达1小时，可有效的防止电池复燃。

高压细水雾系统自动启动应满足以下4个条件之一：

任二只无线可燃气体探测器探测浓度达到40%lel；

任一无线可燃气体探测器探测浓度达到20%lel和无线感烟探测器同时动作；

任一无线可燃气体探测器探测浓度达到20%lel和无线感温探测器同时动作；

任一无线可燃气体探测器探测浓度达到20%lel和手动报警按钮同时动作。

如图2所示，高压细水雾系统由高压细水雾泵组、高压细水雾喷头、区域控制阀组、不锈钢管道以及火灾报警系统等组成；所有保护区均采用开式喷头，喷头的安装间距不大于3.0m，不小于1.5m，距墙不大于1.5m。储能电池箱内为保证电池的冷却效果，喷头采用全淹没、全覆盖设计，箱顶布置4只，针对每组电池架侧面各布置3只。

高压细水雾系统是由无线控制器开启区域控制阀，系统管道的压力下降，稳压泵启动,稳压泵运行10s后压力仍达不到设定的1.2mpa时，主泵启动同时稳压泵停止运行，主泵向开式喷头供水,喷细水雾灭火。

如图3所示，高压细水雾系统自动控制、手动控制和应急操作三种控制方式。

自动控制：相关区域无线探测器（火灾探测器）发出信号后，无线控制器（消防报警控制系统）联动开启警铃和声光报警器，并打开对应灭火分区控制阀，向配水管供水。主管道压力下降，稳压泵运行超过10秒钟后压力仍达不到要求，则启动主泵，压力水经过高压细水雾喷头喷洒灭火。压力开关反馈系统喷放信号，无线控制器（消防报警控制系统）联动开启喷雾指示灯。

手动控制：无线探测器（火灾探测器）启动对应区域视频摄像头，当消防控制远方值班人员或现场人员确认火灾且自动控制还未动作，可按下消防控制的多线控制盘手动控制启动，或者由现场人员在现场区域控制阀的手动启动按钮，启动系统，喷放细水雾灭火。

机械应急操作：当自动控制与手动控制失效时，通过操作区域控制阀的手柄，打开控制阀，启动系统，喷放细水雾灭火。

本实施例气体灭火装置控制方案：

气体灭火装置采用自动控制和手动控制两种启动方式。储能箱门口设置手动、自动控制状态的控制器，用于显示和进行手动、自动的方式切换。

采用自动控制启动方式时，设置为无延迟的喷射。采用手动控制方式时，根据人员安全撤离防护区的需要，应有不大于30s的可控延迟喷射；

当检修人员进入防护区时，将气体灭火装置转换为手动控制方式；当人员离开时，恢复为自动控制方式。

本实施例储能集装箱疏散、报警：

防护区内的疏散通道及出口，应设应急照明与疏散指示标志。防护区内应设火灾声报警器，设闪光报警器。

防护区的入口处设火灾声、光报警器和灭火剂喷放指示灯，以及防护区采用的相应气体灭火系统的永久性标志牌。

灭火剂喷放指示灯信号，应保持到防护区通风换气后，以手动方式解除。所有储能箱门向疏散方向开启，并能自行关闭。

本实施例储能集装箱通风：

每个集装箱内设置机械排风装置。