IFD极早期烟雾探测器电力行业方案.docx

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IFD极早期烟雾探测器电力行业方案

IFD

云雾室型极早期烟雾探测系统

电力行业

应用技术方案

ProtecFireDetection（Export）Ltd.

目录

一、概述

二、供电系统的火灾防范特点

三、IFD云雾室型极早期烟雾探测系统技术特点

四、IFD云雾室型极早期烟雾探测系统的工作原理

五、IFD云雾室型极早期烟雾探测系统的应用优势

附件一GB50229-2006火力发电厂与变电所设计防火规范附表11.521附件二目前常用的火灾探测设备的局限

附件三极早期烟雾探测器的两种探测技术基本分析

附件四IFD极早期烟雾探测器主要技术指标和参数

附件五IFD系统设计方案

附件六IFD安装实绩照片

一、概述

电力是工业发展的基础,有稳定的电力供应条件才能招商引资，促进国家或区域的发达繁荣。

尤其对于目前快速发展中的中国，一个稳定可靠的电力供应来源,更加重要。

因此，如何确保供电系统每一个环节的安全可靠，是供电系统从业人员一致追求的目标。

其中，对供电设备免于受火灾的威胁,更是重要的工作之一。

而政府对于电力系统火灾防范的重视，也显示在2006年颁布的国家标准-GB50229-2006火力发电厂与变电所设计防火规范内。

其中,对于每个场所火灾探测器的选用皆有明确的规定。

（详见附件一）

二、供电系统的火灾防范特点

供电系统从发电、输电、到配电,由于使用设备多样化且构成复杂，对于火灾的防范也相对困难，纵观供电系统对于火灾防范的重点区域及可能引发火灾的原因如下：

1.发电机：

发电站内的机械转动元件因润滑不足而造成摩擦过热引发润滑油或液压油的

燃烧。

发电机车间属于高大空间区域，天花板高往往都在12米以上，由于火灾生成物的上升依赖著火灾产生的热流往高层带，若在火灾的早期阶段，产生的热量低，无法将烟往高层带，这就限制了烟雾探测器的效果；

2.控制室：

控制室内许多计量及记录设备、继电器、电缆线材等，可能产生的静电火花，

或是电缆接续电阻过高产生的过热现象，都会造成设备的燃烧；而控制柜是

一个封闭的箱体，在控制柜内产生的初期火灾的燃烧物不易被探测到，因而

等到设在机柜外的火灾探测器反应时，已然造成重大的损害。

此外，控制室

内都会安装空调系统，其所造成的气流运动，一方面会使火灾早期阶段产生

的烟雾大幅度稀释，难以到达烟雾探测设备的报警阈值。

另一方面，循环气

流也会使烟雾难以达到探测器的安装位置，造成报警延误或漏报现象。

3.开关柜：

开关柜内有高低压电力及控制设备，在电力负载切换、电缆线材老化、电缆

接续电阻过高产生的过热现象、…等都会造成设备的燃烧。

然而在开关柜内

产生的初期火灾，由于开关柜的柜体封闭而造成火灾产生的燃烧物不易被探

测到，因而等到设在机柜外的火灾探测器反应时，已然造成重大的损害；

4.电缆室：

在发电厂或是变电站，电缆的整理或敷设都集中在一个空间里。

这些电缆有

电力电缆、控制电缆及通信电缆，由于电力传输长时间的运行，可能造成电

缆的长时间发热、老化现象，加上电缆接头接续不良产生的过热现象，即可

能产生燃烧而酿成火灾；而一般电缆室或电缆管沟的空间狭小，救灾不易，

故需要安装较灵敏的探测器，以期及早发现火灾，及早救援，但却又因为多

粉尘的问题让一般较灵敏的光电型探测器频繁产生误报而无法采用；

5.变压器室：

通常这个区域属于高大空间区域，天花板高往往都在12米以上，由于火灾

生成物的上升依赖著火灾产生的热流往高层带，若在火灾的早期阶段，产生的热量低，无法将烟往高层带，这就限制了烟雾探测器的效果。

综合上述区域的问题，火灾探测设备面对的火灾挑战为：

1.火灾探测设备必须要有极高的灵敏度，以争取更多的反应时间，才不致于酿成巨灾；

2.在极高的灵敏度运行状态下，不会因灰尘而造成误报，产生运行上的困扰；

3.在气流稀释烟雾的状况下，亦能保持高灵敏状态；

4.在开关柜的阻隔下亦能进行火灾探测；

5.在高大空间环境中，能降低烟雾分层现象的冲击；

6.探测器若装设在开关柜内、高大空间、及狭窄的电缆管沟内，不利于日后的维护工作。

传统的点式探测器、高灵敏度烟雾探测器、火焰探测器对于上述的问题无法解决是

显而易见的（详附件二）。

传统的点式探测器不具备有高灵敏度探测能力是众所皆知的，而

高灵敏度烟雾探测器因仍旧采用传统光电式的光遮蔽原理（光遮断或散射方式），若是要设

定在高灵敏度状态下运行，势必频繁造成误报的困扰，最终也不得不降低灵敏度以求妥

协，其结果就是回到传统的点式探测器一般的灵敏度（详附件三），如此一来，不仅对火灾

探测没有增加多少效益，而投资大量预算设置的空气采样式高灵敏烟雾探测器更形同浪

费。

而气流稀释烟雾及烟雾分层现象更使得传统的点式探测器或高灵敏度烟雾探测器对

火灾无能为力。

火焰探测器需要有火苗产生才能探测到火灾，较适合使用在易燃性气体

或液体火灾，加上空间许多遮挡物，造成火焰探测器无法及时对火灾做出反应。

因此,探测器要在供电系统上成功的对抗火灾的基本要件是：

1.具有在烟未产生前的过热（overheating）或打火状况下即能反应的极高灵敏度，而在此高灵敏度状态下运行,亦不会因环境因素（如灰尘、温湿度的变化）影响而产生误报；

2.探测器必须能承受因气流变化造成探测标的物被稀释的影响，而仍能维持在高灵敏反应的能力,以达到及早报警的预防效果；

3.能降低烟雾分层现象的冲击，火灾生成物必须能到达探测器，以快速反应火灾情况；

4.能解决开关柜内探测的问题，不因机柜的阻隔而延误救灾；

5.日后的维护工作需要简易，让火灾探测器得以稳定的正常运行。

三、IFD云雾室型极早期烟雾探测系统技术特点

上述几项要求对传统点式光电型探测器、红外对射型探测器、图像式火焰报警探测

器、或如激光型空气采样式烟雾探测器而言，都是无法满足要求的。

只有采用云雾室探

测技术（CloudChamberTechnology）的IFD探测器，它具有最快的火灾反应灵敏度，几乎等

于零的误报率，因而避免了复杂的火灾确认程序、避免延迟救灾的时间、避免降低对警

报的警觉性、避免以调低灵敏度来降低误报率，能真正反应投资极早期探测器的意义。

IFD云雾室型极早期火灾探测器具有如下特点：

1.全世界唯一具有能运转在最高灵敏度（火灾极早期阶段）状态下而不误报的能力；

2.不会受粉尘、雾气等影响而造成误报，不需使用内、外置式精密过滤器，没有额外费

用支出的问题；

3.探测火灾生成物为火灾极早期阶段的不可见热释微粒子（小至0.002μm），数量庞大（每

立方公分达500,000颗以上），受气流稀释的影响远小于火灾第二阶段产生的烟雾；

4.因不可见热释微粒子重量比起烟雾而言是微不足道的，仅需极小的热能便可将其带往

较高的空间，让探测器容易补捉到而不会漏报，因此，适合安装在高大空间的场所（已

实际通过45米高的大空间火灾模拟探测测试）；

5.采用空气采样管主动吸取环境中的火灾生成物，对于难被探测的封闭空间（如机柜内），

亦容易以毛细管采样的方式，深入机柜内取样，解决封闭空间阻隔的问题；

6.不会受灰尘影响而造成误报，因此，不需要使用昂贵的高效过滤器；而由于光会自然

衰减的问题，每五年建议更换的光电探测元件价格仅为设备整体成本的5%，因此，

具有最低廉的整体使用成本（购置成本+维护成本）；

7.探测器部件采模块化设计，维修置换容易，可于现场拆卸更换；8.4阶火灾分段警报，每阶段警报具10阶可调灵敏度；

9.监控软件可提供二次开发接口；

10.满足GB15631-2008《特种火灾探测器》要求，并经沈阳国家消防电子产品质量监督检

验中心测试合格；

11.经国外著名测试机构UL、FM等测试认可。

四、IFD云雾室型极早期烟雾探测器的工作原理

根据NFPA72的定义：

空气采样

式探测系统（如右图）是由探测器及空

气采样管道系统组成，管道成网络分

布，从探测器延伸至被保护区域。

探

测器内的抽气扇通过空气采样点及

管路系统将被保护区内的空气样本

抽送回探测器，探测器会对空气样本

中是否含有火灾产生物进行检测分析。

依据「NFPA,FireTechnology1974」文献说明，当

一物质于受热达过热时（Overheating），即因化学变化导致材质分解，而会释放出不可见的

次微米粒子（直径为约0.002微米,μm,10-6），当该物质持续受热达到燃点时，即开始转变产生碳粒子（亦即所谓的碳烟），并开始溶解而燃烧。

从材质过热分解到烟雾产生的阶段，我们称之为火灾「极早期」阶段（如左图）。

火灾极早期阶段是指物质从被过度加热超过其

火灾极早期阶段释放火焰释热释放

（热分解不可见粒子）阶段放阶段阶段

材质可承受的临界点（即热分解点；Thermal

ParticulatePoint），到氧化燃烧并开始产生碳烟的阶

段。

在火灾发生的极早期阶段（此时尚无烟粒子产生）所出现的情况是热力的适度增加，进而产生大量的不可见次微米粒子

（0.002μm；μ=10-6）。

在火灾成长的各个阶段，空气中粒子数的组成及数量为（如右图）:

-在正常阶段，空气中只有一般的悬

浮粒子，数量约在25,000/cc至

60,000/cc之间；

-在极早期阶段，空气中除了一般的

悬浮粒子，还有因物质过热达热崩

溃点而释放出的不可见次微米粒子。

数量约在500,000/cc以上；

-到达烟阶段，空气中有一般的悬浮粒子，不可见次微米粒子，还有烟粒子。

粒子持续

累积的数量约在1,000,000/cc以上。

一般采用光散射原理（scatteredlightprinciple）的激光型或LED型早期烟雾探测器并不

对次微米粒子产生反应；它所能探测到的粒子大小是受探测器所使用的探测光源之波长

（激光约为0.3微米）所限制；如果光波长大于粒子直径，就无法探测到粒子的存在。

然而

在火灾极早期阶段，热释次微米粒子的直径约为0.002微米（μm,10-6），所以，采用光散射

原理的激光型或LED型早期烟雾探测器无法探测出火灾的早期征兆是可想而知的。

IFD是世界上最先将云雾室（CloudChamber）的技术（即微粒子计数能力）应用于火灾极早期探测的探测器，云雾室探测技术使得IFD对火灾极早期所产生的大量不可见的次微米粒子具独特的探测能力。

IFD经由空气采样管路将被保护区内的空气样本送入探测主机内，若此区域内的空气

样本含有火灾极早期阶段释放出的高浓度的不可见次微米粒子，云雾室即有能力透过一

简单的精密机械处理过程，利用水滴的凝结特性将这些不可见的次微米粒子及空气中的

灰尘粒子一个个分别内含在个别的小水滴中心（一颗粒子形成一颗水滴），而形成一颗颗可

见的细小雾状水滴（约20μm）（如下图），透过这庞大的雾状水滴所形成的遮光面及透光率，

即可测出空气样本所含粒子的数量，而灰尘粒子的数量相对于0.002微米粒子的数量,是

相当相当少的（约1:

25以上）,因而可以区别得知是正常状况或是极早期火灾的讯息。

火灾极早期阶段产生的次微米粒子数量非常多，但由于体积远小于一般灰尘粒子，故光电型探测器受数量极少但相对遮光率极高的灰尘粒子之影响，远大于次微米粒子，故无法辨别次微米粒子与灰尘粒子在数量上的悬殊差异。

经过云雾室处理后，每一个火灾极早期阶段所产

生的不可见次微米粒子与灰尘粒子皆由一水滴所包

围，其产生的有效遮光率与包围灰尘粒子的水滴产生

的有效遮光率相当，故其在数量上的悬殊差异

（500,000/cc>>20,000/cc）即可被光电仪器辨识出来。

综上所述,可以得知，光电型探测器（如激光型）看到的现象受到两个限制:

（1）光波长如大于粒子直径,则无法探测到粒子的存在。

目前市面上没有一种探测器光波

长小于0.002微米，因此无法探

测到火灾极早期现象。

（2）粒子大小不一（如右图）,无法用光

遮或散射方式计算粒子的数量,

因此也无法计算出灰尘与烟粒

子在数量上的差别。

而云雾室型探测器看到的现象是:

（1）所有粒子（包括灰尘及热释微粒

子）皆被约20微米的水滴包覆（如

右图），可被一般光源（如LED）探

测到。

（2）所有粒子大小一致，可用光遮方式计算遮光率及透光率，即可算出粒子的数量。

当粒子数量变为可计数时，IFD即可藉由空气中存在的灰尘数量最大值（不超过60,000/cc）来将火灾警报门坎设定在灰尘数量最大值以上，如100,000/cc，即可远离误报的困扰，并可在火灾的极早期迅速反应。

五、IFD云雾室型极早期烟雾探测器的应用优势

IFD完全符合了上述供电系统的特殊难题，为供电系统最适用的火灾探测器。

IFD相对于其它探测器应用于供电系统所具有的优势为：

1.唯一能在极早期报警的探测器

传统的感烟探测器灵敏度仅为3％～5％obs/m，比IFD发现火情报警最少要晚数小时甚至更久的时间。

而较灵敏的激光型探测器由于受限于其光波长的影响，火灾极早期阶段产生的热释微粒子无法被激光型探测器探测出来。

IFD可以探测到火灾发生的极早期阶段物体表面分解出的不可见热释微粒子，因而具有火灾极早期探测的能力，在实际运行中能发现极早期的火情，争取在火灾发展至不可收拾前的数小时时间，控制初始阶段的火灾，从而避免了发生中断供电的事故、生产设备的损毁。

所以，IFD能提供的的火灾极早期探测的能力，对于供电系统的火灾防御策略有着非常重要的意义。

IFD是目前市面上唯一能探测火灾极早期现象的探测器,即IFD是最灵敏的探测器。

2.不受环境（如粉尘）影响而造成误报

IFD的云雾室具备粒子计数功能，能将正常状态下的灰尘粒子数量与火灾极早期

状况下的不可见微米粒子数的悬殊比例给区别出来，因此，IFD的警报门坎可以设定在高于空气中悬浮粉尘所造成的背景值数量，而这背景数量值却远小于火灾极早期阶段所释放出的不可见粒子数量，故IFD不会受环境灰尘的影响而产生误报。

IFD是目前市面上唯一在实用上真正能运转在高灵敏度而不误报的探测器。

3.适用于高大空间的隐患探测

因IFD的探测标的物为在火灾第一阶段（极早期阶段）所产生的热释微粒子,其体积小（直径约为0.002微米），质量轻，故很容易被早期热流带到接近天花板高层位置，加上采样系统的吸力，使得热释微粒子很容易被采样管捕捉到。

IFD的采样管安装灵活，可针对保护目标的环境而做灵活的设计。

与以往的点式

探测器不同，IFD的采样管网可以根据需要而采用不同的安装方法。

例如：

可以像常

规点式烟雾探测器一样安装在天花板或地板下；也可以将采样管沿着电力设备设置的

位置走向来安装，或者沿着电缆槽架布置；以更能接近保护标的物的特点，来监测电

厂或变电站内设备过热乃至燃烧等情况的发生，以提供更快速、更可靠的保护方式。

至于维护的方便性方面，安装在12米以上高度的采样管为PVC或ABS材质，不含任何探测电子组件，因此只要定期使用空压机反方向吹扫管内的积尘即可。

而探测主机则可安装在一般人站立可实施维护的高度，因此，平常的维护不受12米以上高度的影响。

此外，由于粒子计数功能对误报的免疫能力，IFD的维护工作相对于常要因去判定是否为误报而耗费许多人力的激光型探测器要来的容易。

IFD是目前市面上最适合安装在像发电机室及变压器室这种大空间的探测

器。

4.受高气流稀释变化影响微小

在大空间高气流变化的仓库环境下，烟很快的会被稀释得无法被烟雾探测器探测到，而火灾极早期阶段的不可见次微米粒子因数量庞大，依据「NFPA,FireTechnology1974」文献记载，物质释放出的不可见次微米粒子可达每秒2,000亿颗以上,因此稀释不易（即使被稀释后,仍能保持在很庞大的数量），而IFD的探测标的物正是在火灾极早期阶段所产生的热释微粒子,故不管是否在高气流变化状态下,火灾极早期现象仍能轻易的被IFD探测出来。

IFD是目前市面上最不受气流稀释影响的探测器。

5.最经济省时的维护成本

就空气采样式探测器而言，长期的维护成本包括三项：

1）设备汰换成本

对光电型（如激光型）探测器而言，长期使用的结果是，因灰尘的累积而需更换过滤器（在电缆沟道尤为频繁）；且激光自然衰减后，更换激光腔的价格昂贵（约为整机成本的60~70%）。

反观IFD，不因灰尘的影响而造成误报，故不需使用高精密过滤器，且因云雾室具有将粒子用水滴包覆放大的功能，IFD不需使用昂贵的光源，只需采用便宜的LED光电组件即可，LED具有持久耐用的优点（然而因光自然衰减问题，建议每5年汰换光电组件），而其价格仅为激光腔价格的约1/25,因此，长期的整体使用成本要比激光型低得多。

2）定期维护成本

定期维护成本一般仅为人力成本。

空气采样式探测器因为是单点维护，要比

一般传统点式探测器容易得多。

但因空气采样式高灵敏度烟雾探测器（激光型及

高能LED型）的高误报特性，使得采样管24小时持续采样的结果，造成管内积

灰尘，稍有碰撞，管壁灰尘掉落，即让高灵敏度烟雾探测器产生误报，因此，必

须在很短时间内即做管路的清洁工作，对维护人员带来极大的工作量。

而灰尘对

IFD不造成误报，因此，只要随着一般定期维护时做一次管路吹扫即可。

3）误报带来的人力成本

因高灵敏度烟雾探测器的频繁误报带来经常的查找及确认工作，这些额外工作也使得维护人员在精神上及时间上不胜其扰。

反观IFD，没有误报的问题，因此，大大减轻了维护人员的工作量，亦即降低了人力成本。

IFD为目前市面上在长期使用上最经济的探测器。

6.功能强大的远程监控系统

IFD的网络功能齐全，并易

于组网，无论是RS485方式（如

右图）还是光纤组网方式，抑或

是TCP/IP组网方式，可以轻松

实现，非常适合电厂这类大区

域场所，在探测器设备数量较

多的情况下使用。

IFD的远程监控系统具备

事件记录功能，能够将设备运

行状况记录并储存，不会受停

电影响，能够针对火灾各个阶段做完整记录，描绘火灾生命周期的极早期阶段、烟释放阶段、火焰释放阶段和热释放阶段的全部发展曲线过程。

IFD的远程监控系统具备联动控制功能。

每台IFD主机配有5至17个继电器（因机型不同而配备不同数量的继电器），这些继电器可以被分别编程对应于探测器上各个管路的四级报警（扫瞄型）、故障等操作，可以方便地用来控制各种各样的联动设备，也可以通过监视模块与传统报警设备相连，作为一台区域报警器使用。

IFD具备远程输入控制功能，用户可以实现远端对IFD的复位、隔离等按键控

制，实现远程对现场设备操作，避免保卫人员往返于消防控制室与现场之间的无谓工

作。

IFD设备具有现场火灾四级报警显示功能，对于早期火灾隐患，用户可以及时处

理。

IFD的系统设定完全中文化，方便工作人员对设备进行检查及维护的工作。

IFD具有目前市面上操作最友善、功能最完整的监控系统。

7.移动探测器协助寻找火灾源头

因电厂或变电站有许多区域排风系统的运作导致烟雾及热释粒子飘散无序，加之

厂区面积广阔，保卫人员很难查找火源的准确位置。

为能协助保卫人员更加快速查找

火源，将火灾隐患查找范围缩小至一定的范围内，

Protec公司特别设计了移动式极早期火灾探测器（如

右图），该设备自带电源，可根据保卫人员需要，随

身携带到需要查找火灾隐患的区域进行火源的查找。

IFD为目前市面上辅助配备最齐全的探测

器。

综上所述，IFD系统是一套能够提供供电系统火灾极早期防御策略最有效的工具，且对大空间、高粉尘的厂区所面临的火灾探测难题，提供完整的解决方案。

附件一GB50229-2006火力发电厂与变电所设计防火规范附表11.521

附件二目前常用的火灾探测设备的局限性

1.传统点式感烟探测器

在一般火灾探测防护应用中，传统点式系统可以说是应用最广泛，同时也是问题最多的探测方式。

实际应用证明其不适合在高粉尘大空的火力电厂区域应用。

其主要弱点有：

1）灵敏度偏低且调节范围很小：

传统点式烟雾探测器报警灵敏度大多为3-5%，这样

的探测灵敏度对于通常的环境是可以接受的，比如宾馆、饭店、办公大楼等等。

但在高粉尘大空间火力电厂应用环境中，其探测灵敏度明显偏低，无法在火灾发

生初期做出有效探测。

另外调节范围偏小，无法适应不同的应用环境也是传统点

式烟雾探测器一大缺陷，无法对特定环境提供有针对性的防护。

2）被动采集烟雾样品，极易受环境因素影响：

以往的点式感烟探测器多数安置在被

保护区域的天花板上被动地等待烟雾慢慢扩散到探测器内部，才能反应报警，而

大空间火力电厂的特殊环境将会对烟雾探测产生稀释及气流动作路径变化等多种

不利的影响，会使燃烧所产生的烟雾稀释，使烟雾很难达到常规点式感烟探测器

的报警阈值，同时在高大空间中由于烟雾在上升的过程当中温度降低而无法继续

上升，烟雾无法达到探测器所在的有效位置，致使延误甚至漏报。

3）报警时间晚。

由于上面两个缺陷，直接导致在实际使用中传统感烟探测设备，无

法在火灾发生的初期发现火情，给值班人员提供足够的处理时间。

所以，传统火

灾探测报警设备只能起到一个防止火灾大范围蔓延的作用。

4）不适用于高大空间火力电厂场所应用。

因此,国家相关规范，限制在高度超过12米

的区域，不宜采用传统感烟探测设备。

5）探测器安置方式单一，无法满足电厂及变电站内特殊环境的要求：

传统探测器一

般只能安置在天花板，地板下等少数位置，而在电厂及变电站内，为了对电力设

备提供更直接的保护，往往要求报警设备能够具有更加灵活的安装方式，比如可

以根据需要，直接把探测器安装在设备内部、空调回风口附近等等，以便能够更

加明确的对保护区内的各个设备提供重点保护。

2.红外对射式感烟探测器

针对传统点式设备对电厂此类大空间的保护无法符合国家相关法规规定的情况，

很多客户考虑应用红外对射探测系统。

红外对射系统的运行原理，是当其所属发射

器与接受器之间的红外线被烟雾遮挡时，接受器所接收到的光强度会发生改变，报

警器以此判断烟雾的存在，并会发出报警信号。

红外对射烟雾报警设备在实际应用

中，虽然在一定程度上解决了探测设备的安装高度的问题，但同样存在许多无法克

服的弊端。