火灾探测系统判断电缆是否发生火灾的方法与流程

本发明涉及火灾探测系统判断电缆是否发生火灾的方法。

背景技术：

现代社会中，电线电缆作为输送电能、传递信息和制造各种电气设备不可缺少的基础产品，在国民经济中占有重要的地位。我国是全球第二大电线电缆生产国(仅次于美国)，有300多家电线电缆材料生产企业，近4000家线缆制造企业，产品的国内市场满足率达90％以上。

电缆一般由几根或者几组导线绞合而成，导线与导线之间绝缘，用高度绝缘的覆盖层包裹在外。电缆可以进行通信、电力及相关传输。“电缆”和“电线”之间的界限并不十分严格。通常直径、芯数较少、结构简单的产品称为电线，没有绝缘和护套层的称为裸电线，其余称为电缆。电缆的使用至今己有百余年历史，起初用来传输电能，后来随着信息技术的发展电缆在通信行业也成为必不可少的输送手段，电缆伴随着电力、通信技术的发展在发展的。

按照用途分类一般将电线电缆分为五类：(1)裸电线，(2)电力电缆，(3)绕组线，(4)电气装备用电线电缆，(5)通信电缆和光缆。

线缆当中，导体作为核心部件是极为重要，这决定了电缆最基本的性能，但是其另外两种结构——绝缘及护套也相当的重要，其特性是决定电缆适用条件、范围的重要参考，所以这两部分的材料也是极为考究。从早期的玻璃、丝绸、云母等作为绝缘材料到如今各种高聚物材料，电缆的非金属材料也经历了飞速的发展。橡胶是制造各种电线电缆绝缘和护套的重要材料，其不但具有极为优越的弹性、柔顺性、易变性和复原性，而且还有出色的抗张强度、抗撕裂性、耐疲劳能力、电绝缘性能，这都是作为良好的线缆材料必不可少的。虽然橡胶作为电缆的材料已经有很长的历史，人们也不断的开发出了新型材料，但是其依然被广泛的使用。

除了适用橡胶以外，电线电缆的材料还包括各种树脂和塑料，主要由于塑料比重小、机械性能好、电绝缘性优异和化学稳定性、耐水、耐油、成型加工方便及原材料丰富，因此进几十年，塑料电线电缆在国内外发展十分迅速。

目前电线电缆行业所使用的电缆材料主要有：聚氯乙稀绝缘、护套材料、弹性聚氯乙烯护套材料、热塑型低烟无卤阻燃聚烯烃、辐照交联阻燃聚稀烃、硅烷交联聚乙烯、110kv以上超净化学交联聚乙烯高压电缆、35kv及以下交联聚乙烯绝缘电缆材料、半导内屏蔽材料、半导电屏蔽材料、高密度聚稀烃绝缘材料、天然丁苯橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶电线电缆材料产品。虽然品种很多，但主要仍为橡胶和塑料两大类，其中塑料产品用量占总量的65％，并且随着特种行业的发展，对于电缆性能的要求越来越多样化，橡塑共混技术的应用已非常广泛。另外由于阻燃等需求，越来越多的添加剂加入了电缆材料，出现了很多阻燃电缆料。

电缆火灾在我国持续多发。据统计，2008年因电线短路、过负荷及电气设备故障等电器原因引起的火灾共4万起，占火灾总数的29.7％。2009年因电线电缆短路、过负荷及电气设备故障等电器原因引起的火灾共39102起，占火灾总数的30.2％，在64起较大以上火灾中，有33起为电气原因占35.8％。2010年因电线短路、过负荷及电气设备故障等电器原因引起的火灾共41237起，占火灾总数的31.3％，在81起较大以上火灾中，有29起为电缆原因引起的占35.8％。

电缆火灾发生的原因总结起来有两类：电缆本身故障引起电缆着火、电缆外部着火引燃电缆导致火灾。资料显示前一类火灾占整个电缆火灾事故的1/3左右，具体原因包括：电缆的保护绝缘体受到机械损伤引起相间绝缘击穿电弧而燃烧；电缆接头加工工艺不符合要求，电缆盒绝缘物质量不足、密封不良浸入潮气以及电缆护套和绝缘长时间过热发生老化、击穿绝缘材料从而导致短路起火；电缆绝缘材料在长时间过载将导致电缆的绝缘性能下降，发生多处击穿着火；在恶劣条件下敷设电缆导致绝缘性能降低电缆短路起火；充油电缆漏油着火；电缆头表面受潮或腐蚀导致击穿起火。电缆外部着火引燃电缆导致的电缆火灾原因主要为：煤粉沉积被烤燃或者自燃着火波及电缆；汽机、锅炉油(燃油、润滑油等)着火，蔓延致电缆着火；制粉系统爆炸殃及电缆着火；电焊渣火花落入而将电缆引燃；电气设备故障起火导致电缆着火等。可以看到，电缆被外部火源引燃将会导致火灾进一步蔓延扩大，同时电缆管道敷设隐蔽，与之连接的多为重要场所，往往管道中电缆被引燃往往会产生更大的危害和更严重的经济损失。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供火灾探测系统判断电缆是否发生火灾的方法，通过实时判断火灾现场电缆是否发生火灾并做出相应处理，以降低火灾事故中的危害和经济损失。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

火灾探测系统判断电缆是否发生火灾的方法，所述火灾探测系统包括：

点型感烟探测器和点型感温探测器，所述点型感烟探测器和所述点型感温探测器安装于户内电缆沟；

线型光束感烟探测器，所述线型光束感烟探测器安装于户外电缆沟；

吸气式感烟火灾探测器，所述吸气式感烟火灾探测器安装于电缆竖井内；

缆式线型感温探测器，所述缆式线型感温探测器安装于动力电缆上；

缆式多点型温度探测器，所述缆式多点型温度探测器安装于电缆终端；

就地模块，所述点型感烟探测器、所述点型感温探测器、所述线型光束感烟探测器和所述缆式线型感温探测器分别通过二总线与所述就地模块连接，所述吸气式感烟火灾探测器和所述缆式多点型温度探测器分别通过rs485总线与所述就地模块连接；

第一站控层交换机，所述就地模块通过光纤网络与所述第一站控层交换机连接；

可见光摄像机，所述可见光摄像机安装于沟道内；

交换机，所述交换机通过以太网与所述可见光摄像机连接；

第二站控层交换机，所述交换机通过光纤网络与所述第二站控层交换机连接；

电缆火灾监控预警系统服务器，所述第一站控层交换机和所述第二站控层交换机分别通过以太网与所述电缆火灾监控预警系统服务器连接；

所述方法包括以下步骤：

s1：读取火灾探头个数；

s2：设置巡检初值；

s3：发射火灾探测器地址信号；

s4：判断电缆有无火灾，是，则执行步骤s5，否，则执行步骤s6；

s5：调用火警处理子系统并执行步骤s8；

s6：判断是否有故障，是，则执行步骤s7，否，则执行步骤s8；

s7：调用故障处理子系统并执行步骤s8；

s8：探测器是否巡检完，是，则结束，否，则执行步骤s3。

进一步地，所述火灾探测系统还包括：

干粉灭火装置，所述干粉灭火装置分别安装于电缆竖井内，所述干粉灭火装置通过rs485总线与所述就地模块连接。

进一步地，所述干粉灭火装置为固定式干粉罐灭火器。

进一步地，步骤s5中所述火警处理子系统包括同步进行的灭火、报警和疏散三个步骤。

具体地说，所述灭火包括采用固定式干粉罐灭火器及电缆沟动力电缆断电进行灭火。

具体地说，所述报警包括拨打119火警电话以通知消防大队、拨打值班电话以通知站内值班人员、及通过广播报警器进行报警。

具体地说，所述疏散包括站内广播疏导、人工组织疏导、以及疏散指示灯疏导。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明火灾探测系统结构简单、设计科学合理，使用方便，针对电缆的不同环境，在户内电缆沟安装点型感烟探测器和点型感温探测器、在户外电缆沟安装线型光束感烟探测器、在电缆竖井安装吸气式感烟火灾探测器、在动力电缆上安装缆式线型感温探测器、在电缆终端安装缆式多点型温度探测器，通过多类型火灾探测技术实现不同区域的火灾监控。在沟道内安装可见光摄像机，系统可实现对日常无法巡视区域，如充油设备区电缆沟等密闭区域的有效监视。在系统正常运行时，火灾探测器能够获取监测区域的烟、温及环境信息，并根据环境信息实时做出反应。当被监测区域发生火灾险情时，会主动弹出报警窗口。

本发明火灾探测系统判断电缆是否发生火灾方法的软件程序开始启动，先是将火灾探测控制系统全面初始化，再是检测有多少个火灾探测器探头，最后设定程序巡查指令的初始数据，发射火灾探测器的地址信号，收集火灾探测器的数据信息，应用多传感器数据融合算法来运算火灾发生的概率，判定电缆是否有火灾发生，如果火灾探测系统判断电缆发生了火灾，那么火灾探测系统将会自主调出火灾函数代码；如果火灾探测系统判定电缆上没有发生火情，系统将对元器件进行检测看看是不是有故障发生，如果元器件发生故障，那么系统就要调出故障处理代码，来判定火灾探测器的巡查指令是否执行完。在巡查指令没有执行完时，系统会持续收集火灾探测器的地址信号和监测数据，当整个系统完成对火灾探测器巡查指令时，火灾探测设备的软件程序就会结束执行。

附图说明

图1为本发明火灾探测系统结构示意图。

图2为本发明方法流程图。

图3为本发明方法中火警处理子程序流程图。

图4为本发明实例中现场各设备图。

图5为本发明实例中实验场景设计图。

图6为本发明实例中电缆火灾场景现场图。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

如图1所示，本发明提供的火灾探测系统判断电缆是否发生火灾的方法，所述火灾探测系统包括：

点型感烟探测器和点型感温探测器，所述点型感烟探测器和所述点型感温探测器安装于户内电缆沟；

线型光束感烟探测器，所述线型光束感烟探测器安装于户外电缆沟；

吸气式感烟火灾探测器，所述吸气式感烟火灾探测器安装于电缆竖井内；

缆式线型感温探测器，所述缆式线型感温探测器安装于动力电缆上；

缆式多点型温度探测器，所述缆式多点型温度探测器安装于电缆终端；

就地模块，所述点型感烟探测器、所述点型感温探测器、所述线型光束感烟探测器和所述缆式线型感温探测器分别通过二总线与所述就地模块连接，所述吸气式感烟火灾探测器和所述缆式多点型温度探测器分别通过rs485总线与所述就地模块连接；

第一站控层交换机，所述就地模块通过光纤网络与所述第一站控层交换机连接；

可见光摄像机，所述可见光摄像机安装于沟道内；

交换机，所述交换机通过以太网与所述可见光摄像机连接；

第二站控层交换机，所述交换机通过光纤网络与所述第二站控层交换机连接；

电缆火灾监控预警系统服务器，所述第一站控层交换机和所述第二站控层交换机分别通过以太网与所述电缆火灾监控预警系统服务器连接；

所述火灾探测系统还包括：

干粉灭火装置，所述干粉灭火装置分别安装于电缆竖井内，所述干粉灭火装置通过rs485总线与所述就地模块连接，所述干粉灭火装置为固定式干粉罐灭火器。

本发明火灾探测系统结构简单、设计科学合理，使用方便，针对电缆的不同环境，在户内电缆沟安装点型感烟探测器和点型感温探测器、在户外电缆沟安装线型光束感烟探测器、在电缆竖井安装吸气式感烟火灾探测器、在动力电缆上安装缆式线型感温探测器、在电缆终端安装缆式多点型温度探测器，通过多类型火灾探测技术实现不同区域的火灾监控。在沟道内安装可见光摄像机，系统可实现对日常无法巡视区域，如充油设备区电缆沟等密闭区域的有效监视。在系统正常运行时，火灾探测器能够获取监测区域的烟、温及环境信息，并根据环境信息实时做出反应。当被监测区域发生火灾险情时，会主动弹出报警窗口。

如图2和3所示，本发明火灾探测系统判断电缆是否发生火灾的方法包括以下步骤：

s1：读取火灾探头个数；

s2：设置巡检初值；

s3：发射火灾探测器地址信号；

s4：判断电缆有无火灾，是，则执行步骤s5，否，则执行步骤s6；

s5：调用火警处理子系统并执行步骤s8；

s6：判断是否有故障，是，则执行步骤s7，否，则执行步骤s8；

s7：调用故障处理子系统并执行步骤s8；

s8：探测器是否巡检完，是，则结束，否，则执行步骤s3。

当火灾探测系统接收到多个物理量判定为发生火灾时，系统自动调用火警处理子程序，本发明步骤s5中所述火警处理子系统包括同步进行的灭火、报警和疏散三个步骤，所述灭火包括采用固定式干粉罐灭火器及电缆沟动力电缆断电进行灭火，所述报警包括拨打119火警电话以通知消防大队、拨打值班电话以通知站内值班人员、及通过广播报警器进行报警，所述疏散包括站内广播疏导、人工组织疏导、以及疏散指示灯疏导。

本发明火灾探测系统判断电缆是否发生火灾的方法的软件程序开始启动，先是将火灾探测控制系统全面初始化，再是检测有多少个火灾探测器探头，最后设定程序巡查指令的初始数据，发射火灾探测器的地址信号，收集火灾探测器的数据信息，应用多传感器数据融合算法来运算火灾发生的概率，判定电缆是否有火灾发生，如果火灾探测系统判断电缆发生了火灾，那么火灾探测系统将会自主调出火灾函数代码；如果火灾探测系统判定电缆上没有发生火情，系统将对元器件进行检测看看是不是有故障发生，如果元器件发生故障，那么系统就要调出故障处理代码，来判定火灾探测器的巡查指令是否执行完。在巡查指令没有执行完时，系统会持续收集火灾探测器的地址信号和监测数据，当整个系统完成对火灾探测器巡查指令时，火灾探测设备的软件程序就会结束执行。

本发明中运用多传感器数据融合算法来运算火灾发生概率的方法包括以下步骤：

步骤1：传感器数据依次进行初始化、去噪、以及归一化，具体为：

式中，aj表示传感器的输出值经过归一化的结果；xj表示传感器第j个输出数据；lij表示归一化的阈值，即为火灾预测中的第j个输出数据大于阈值时，归一化结果为1；fmj表示基准门限，为归一化的限幅值；k为环境修正补偿值；

步骤2：特征层初始化，选取随机的输入权值β和输出目标t，形成输入矩阵h，于是输入权值β的表达式为：

β＝h*t式二；

步骤3：特征层数据批处理，通过初始化后，进行权值的迭代，k为输出矩阵，具体为：

步骤4：决策层融合的输入为特征层的输出，通过以下合成算法进行最终的判决，具体为：

式中m1和m2为两个传感器输出判定数据；x和y表示输入样本，z表示输出样本；

步骤5：如果融合结果大于设定阈值，即判决发生火灾，报警；否则，重复步骤1-4。

为了使本技术领域技术人员能够更好地理解本发明的技术方案，现特提供一下实例做进一步阐述。

实验内容。

多物理量融合火灾探测系统的主要工作原理是火灾探测传感器对火灾现场的火焰、烟气、温度等火灾特征量进行实时监控。当即将发生火灾险情时，产生报警信号，报警信号通过二总线/485方式将数据上送给就地模块，由就地模块整理、处理后，上传到后端系统平台进行运算、展示、报警等。

当前市场上已存在且成熟的可能用于电缆沟的火灾预警系统依据其探测原理，主要有点型感温探测器、点型感烟探测器、缆式线型感温探测器、吸气式感烟探测器以及红紫外火焰探测器。本试验主要测试多种类型的火灾探测器对电缆沟内电缆短路导致的火灾(阴燃、明火)的监控能力。

实验设备及材料。

本次实验在废弃电缆沟进行试验，以确保试验场景接近真实火灾场景，电缆沟无通电电缆，并备有4瓶手提式灭火器，确保试验的安全性。

火灾探测器包括：点型感温探测器、点型感烟探测器、缆式线型感温探测器、吸气式感烟探测器、红紫外火焰探测器多种火灾报警装置以及干粉灭火系统。各设备现场图如图4所示。

为完成本次实验，还需准备其他辅助材料，其具体的数量及参数参见表1

表1实验设备及材料

实验场景设计。

如图5所示，测试电缆沟区间总长度50m，在电缆沟内距离左端口10m处作为火源点，开展火灾实验。电缆火灾场景现场如图6所示。依据火灾报警器工作方式不同安装不同种类的火灾报警器。具体安装方式如下：

(1)距离点火位置每隔10m布置一组探测器(包含点型感烟、点型感温探测器，共三组)，线路布置双阈值缆式线型感温探测器(报警阈值85℃和105℃，50米)，线路布置吸气式感烟探测器(使用pvc管采气)，布置红紫外火焰探测器(端头使用)。超细干粉灭火系统安装在电缆沟顶部，距离火点5m处。

(2)电缆沟另一端放置摄像头，观察电缆沟内火灾动态。

(3)实验用电缆放置在电缆沟脚架上，距离沟底50mm；或将实验电缆放置在电缆沟脚架中间层，以模拟真实电缆沟环境。

(4)电缆沟中可洒水加湿，模拟电缆沟环境。

(5)火源采用电缆短路与明火两种方式。

实验过程及记录。

电缆短路阴燃实验

监测设备与灭火设备安装完成后，首先使用蓄电池对电缆进行短路加热，模拟电缆产生高温，记录探测器反应结果。使用8根截面4mm常规铝芯电缆包裹感温电缆，接电源，观察短路导致电缆阴燃时火灾预警系统相应情况，模拟电缆短路后升温工况。实验电缆布置在电缆沟一侧墙体、距离电缆沟沟底400mm处。

现场观察实验在就地模块处观看视频监控系统。阴燃是固体燃烧的一种形式，是无可见光的缓慢燃烧，通常产生烟和温度上升等现象，它与有焰燃烧的区别是无火焰。

在阴燃条件下，可触发火灾报警系统的模块是：

a.缆式线型感温探测器(开始加热后180s，后台读取探测器信息)

b.吸气式感烟探测器(开始加热后480s，后台读取探测器信息)

c.点型感烟探测器(开始加热后780s，后台读取探测器信息)。

d.点型感温探测器(后台未读取探测器信息)

e.红紫外火焰探测器(后台未读取探测器信息)

火灾探测系统在180s时调用故障子程序；480s时调用火灾报警子程序，判断火情；在780s时发出报警信息，同时联动干粉灭火系统，完成灭火动作。

电缆明火实验

使用酒精对电缆进行引燃，出现电缆明火，记录不同火灾探测器的响应时间。用8根截面4mm常规铝芯电缆捆绑，使用直接50mm油盆作为燃料载体，使用工业酒精(纯度99％)引燃，观察电缆沟发生明火火灾时监控系统。实验电缆布置在电缆沟底端。

现场观察实验在就地模块处观察视频监控系统。在明火火灾条件下，可触发火灾报警系统的模块是：

a.缆式线型感温探测器(40s后台读取探测器信息)；

b.红紫外火焰探测器(80s后台读取探测器信息)；

c.吸气式感烟探测器(100s后台读取探测器信息)；

d.点型感烟探测器(后台未读取探测器信息)；

e.点型感温探测器(后台未读取探测器信息)。

火灾探测系统在40s时调用故障子程序；80s时调用火灾报警子程序，判断火情；在100s时发出报警信息，同时联动干粉灭火系统，完成灭火动作。

实验结果

通过本次电缆沟火灾探测实验(阴燃实验三次、明火实验三次)所得到的数据入表2所示：

表2多物理量融合火灾监控系统实验结果

从表中可以得出，多物理量融合电缆防火监控系统可以有效判断火情，根据不同时间段、不同数量探测器的反馈信号进行火警预告。之后，还可以对火灾数据进行保存。同时火灾的数据可更新特征层数据，使火灾预测更加准确。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。