一种基于电力设备红外监控和防爆阻燃的防护系统及方法与流程

1.本发明涉及电力设备监控，特别是涉及一种基于电力设备红外监控和防爆阻燃的防护系统及方法。


背景技术：

2.目前电力设备(如动力电池)中，都是采取接触式的测温方案为主，缺乏对整个电池或电池组温度分布形态或内部高温进行观测，因此导致测温的数据不能及时准确的反应电池的安全性。
3.同样，电气柜、配电室、电力机车等运行设备或线路一旦发生火情，缺乏及时的手段进行自动灭火灭弧，一旦热量集聚，产生大的爆炸危害将非常严重。
4.另一方面，尽管电池配置了充放电保护，但电池内部出现问题如高温，自燃，单靠电池电极的钳压与过流限制等保护等手段是不足的。随着电池组自燃、爆炸的情况屡次发生，爆炸时通常会引起带电线路的弧光，很有必要进行运行电力设备和电池充放电过程的全局监测，并开展更加可靠的保护方案，如降温、阻燃、断开负荷、排气、抑制氧气组分等。
5.因此，有必要对现有技术进行改进。尤其在阻燃和排气方面，当电池已经发生燃烧时，一方面采取阻燃手段可抑制燃烧强度，一方面排气可达到快速释放燃烧有毒气体，减缓对人员的窒息和中毒伤害，增加现场人员提供安全逃离的时间。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于电力设备红外监控和防爆阻燃的防护系统及方法，本发明在电力设备温度异常时，能够及时切断供电回路，并进行报警和惰性气体阻燃，提高电路设备的安全性，即使发生燃烧情况，通过切断供电回路、报警和惰性气体阻燃，也可抑制燃烧强度，提醒现场人员及时逃离。
7.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于电力设备红外监控和防爆阻燃的防护系统，包括微处理器、阻燃装置、用于对目标电力设备进行测温的红外测温模块、用于对目标电力设备处的视频图像进行采集的视频监控模块，以及串联在阻燃装置的供电回路中的第一控制开关；
8.所述红外测温模块和视频监控模块均与微处理器连接，所述微处理器还与第一控制开关的控制端连接。
9.优选地，所述防护系统还包括与微处理器连接排气散热装置、报警模块、显示器和通信模块；
10.所述排气散热装置包括进气方向正对目标电力设备的排气风机，所述报警模块包括声光报警器；所述微处理器将视频监控模块采集到的信息传输给显示器进行显示，并在红外测温模块采集到的温度异常，或是根据视频监控模块采集到的信息发现火灾情况时，控制排气风机启动，控制声光报警器进行报警；所述微处理器还将视频监控模块和红外测温模块采集到的实时信息传输给通信模块，所述通信模块用于将接收到的信息向远程监控
端传输。
11.优选地，所述通信模块为wifi、蓝牙、zigbee、以太网、lora、gprs、4g/5g/6g模块、2.5g通信模块、rs232、rs485的一种；所述视频监控模块包括多路摄像头。
12.优选地，所述红外测温模块包括红外点测温模块或红外热成像测温模块。
13.优选地，所述阻燃装置包括阻燃气源、安全阀门和排气装置；所述阻燃气源通过安全阀门与排气装置连通；
14.所述安全阀门为常闭电磁阀，所述第一控制开关为常开型开关；所述微处理器在红外测温模块采集到的温度异常，或是根据视频监控模块采集到的信息发现火灾情况时，控制第一控制开关闭合，阻燃装置供电回路接通，从而常闭电磁阀通电，从而使得常闭电磁阀开启。
15.优选地，所述阻燃气源为存有惰性气体的储气装置或用于产生惰性气体的气体制备装置；
16.所述排气装置为末端开孔的管道、带气压阀门的管道、带多个气压孔的管道、带微孔的管道或中空结构的平板；
17.所述管道或平板采用塑料、金属、树脂、有机玻璃、碳纤维、纤维复合材料中一种或多种的组合复合而成。
18.优选地，所述防护系统还包括串联在目标电力设备供电回路上的第二控制开关，所述第二控制开关为常闭型开关，第二控制开关的控制端与微处理器连接；所述微处理器在红外测温模块采集到的温度异常，或是根据视频监控模块采集到的信息发现火灾情况时，控制第二控制开关断开。
19.优选地，所述防护系统还包括第一联动通讯模块和多个联动控制单元；所述联动控制单元位于目标电力设备周围的其他用电设备处，每一个联动控制单元对应于一个用电设备；所述联动控制单元包括第二联动通讯模块、控制模块和设置于用电设备供电回路上的第三控制开关；所述微处理器与第一联动通讯模块连接，第一联动通讯模块分别与每一个联动控制单元中的第二联动通讯模块连接，在每一个联动控制单元中，第二联动控制单元与控制模块连接，控制模块与第三控制开关的控制端连接；
20.所述微处理器在红外测温模块采集到的温度异常，或是根据视频监控模块采集到的信息发现火灾情况时，通过第一联动通讯模块向各个联动控制单元发送断路控制指令，各个联动控制单元的第二联动通讯模块接收到断路指令后，传输给控制模块，由控制模块控制第三控制开关断开，从而切断周围用电设备的供电回路；
21.所述同周围的其他用电设备是指，与目标电力设备距离小于预设阈值的电力设备；所述控制模块为单片机、fpga或dsp处理器，所述第三控制开关为常闭开关。
22.一种基于电力设备红外监控和防爆阻燃的防护方法，包括以下步骤：
23.s1.红外测温模块和视频监控模块对目标电力设备进行实时信息采集，并将采集得到的信息传输给微处理器；
24.s2.微处理器将视频监控模块采集到的信息传输给显示器进行显示，并结合视频监控模块、红外测温模块采集到的信息进行分析、预警和防爆阻燃：
25.(1)根据红外测温模块采集到的信息对温度信息进行分析，若出现温度异常，微处理器进行防爆阻燃控制；
26.(2)根据视频监控模块采集到的信息进行分析，若发现火灾情况，则微处理器进行防爆阻燃控制；
27.所述防爆阻燃控制包括：
28.控制第二控制开关断开，停止对目标电力设备供电；
29.控制报警模块进行报警；
30.控制排气散热装置启动，将目标电力设备处的高温气体向外排出，实现对目标电力设备进行降温；
31.控制第一控制开关闭合，阻燃装置供电回路接通，从而常闭电磁阀通电，从而使得常闭电磁阀开启，阻燃装置向目标电力设备排放惰性气体，避免发生爆炸；
32.s3.所述微处理器在进行防爆阻燃控制时，通过第一联动通讯模块向各个联动控制单元发送断路控制指令，各个联动控制单元的第二联动通讯模块接收到断路指令后，传输给控制模块，由控制模块控制第三控制开关断开，从而切断周围用电设备的供电回路。
33.当红外测温模块采用红外点测温模块时，若采集到的温度高于预设阈值，则微处理器认为出现了温度异常；
34.当红外测温模块采用红外热成像测温模块时，设红外热成像测温模块包括测温点阵为m行n列，总点数p＝m
×
n；设置异常门限ta＝k1,k1典型值为90度；
35.测温结果高于异常门限ta的红外测温点数大于预设参数s，并且随着时间增长，高于ta的点数在持续增加，则认为高温面积在持续增大，温度异常。
36.本发明的有益效果是：本发明在电力设备(如电池等)温度异常时，能够及时切断供电回路，并进行报警和惰性气体阻燃，提高电路设备的安全性，即使电力设备(电池等)发生燃烧情况，通过切断供电回路、报警和惰性气体阻燃，也可抑制燃烧强度，提醒现场人员及时逃离。
附图说明
37.图1为本发明的系统原理框图；
38.图2为阻燃装置的原理框图。
具体实施方式
39.下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
40.如图1～2所示，一种基于电力设备红外监控和防爆阻燃的防护系统，包括微处理器、阻燃装置、用于对目标电力设备进行测温的红外测温模块、用于对目标电力设备处的视频图像进行采集的视频监控模块，以及串联在阻燃装置的供电回路中的第一控制开关；
41.所述红外测温模块和视频监控模块均与微处理器连接，所述微处理器还与第一控制开关的控制端连接。
42.在本技术的实施例中，所述防护系统还包括与微处理器连接排气散热装置、报警模块、显示器和通信模块；
43.所述排气散热装置包括进气方向正对目标电力设备的排气风机，所述报警模块包括声光报警器；所述微处理器将视频监控模块采集到的信息传输给显示器进行显示，并在
红外测温模块采集到的温度异常，或是根据视频监控模块采集到的信息发现火灾情况时，控制排气风机启动，控制声光报警器进行报警；所述微处理器还将视频监控模块和红外测温模块采集到的实时信息传输给通信模块，所述通信模块用于将接收到的信息向远程监控端传输。
44.在本技术的实施例中，所述通信模块为wifi、蓝牙、zigbee、lora、gprs、4g/5g/6g模块、2.5g通信模块、rs232、rs485的一种；所述视频监控模块包括多路摄像头。所述红外测温模块包括红外点测温模块或红外热成像测温模块。
45.在本技术的实施例中，所述阻燃装置包括阻燃气源、安全阀门和排气装置；所述阻燃气源通过安全阀门与排气装置连通；
46.所述安全阀门为常闭电磁阀，所述第一控制开关为常开型开关；所述微处理器在红外测温模块采集到的温度异常，或是根据视频监控模块采集到的信息发现火灾情况时，控制第一控制开关闭合，阻燃装置供电回路接通，从而常闭电磁阀通电，从而使得常闭电磁阀开启。
47.在本技术的实施例中，所述阻燃气源为存有惰性气体的储气装置或用于产生惰性气体的气体制备装置；
48.所述排气装置为末端开孔的管道、带气压阀门的管道、带多个气压孔的管道、带微孔的管道或中空结构的平板；
49.所述管道或平板采用塑料、金属、树脂、有机玻璃、碳纤维、纤维复合材料中一种或多种的组合复合而成。
50.在本技术的实施例中，所述防护系统还包括串联在目标电力设备供电回路上的第二控制开关，所述第二控制开关为常闭型开关，第二控制开关的控制端与微处理器连接；所述微处理器在红外测温模块采集到的温度异常，或是根据视频监控模块采集到的信息发现火灾情况时，控制第二控制开关断开。
51.在本技术的实施例中，所述防护系统还包括第一联动通讯模块和多个联动控制单元；所述联动控制单元位于目标电力设备周围的其他用电设备处，每一个联动控制单元对应于一个用电设备；所述联动控制单元包括第二联动通讯模块、控制模块和设置于用电设备供电回路上的第三控制开关；所述微处理器与第一联动通讯模块连接，第一联动通讯模块分别与每一个联动控制单元中的第二联动通讯模块连接，在每一个联动控制单元中，第二联动控制单元与控制模块连接，控制模块与第三控制开关的控制端连接；
52.所述微处理器在红外测温模块采集到的温度异常，或是根据视频监控模块采集到的信息发现火灾情况时，通过第一联动通讯模块向各个联动控制单元发送断路控制指令，各个联动控制单元的第二联动通讯模块接收到断路指令后，传输给控制模块，由控制模块控制第三控制开关断开，从而切断周围用电设备的供电回路；
53.所述同周围的其他用电设备是指，与目标电力设备距离小于预设阈值的电力设备；所述控制模块为单片机、fpga或dsp处理器，所述第三控制开关为常闭开关。
54.一种基于电力设备红外监控和防爆阻燃的防护方法，包括以下步骤：
55.s1.红外测温模块和视频监控模块对目标电力设备进行实时信息采集，并将采集得到的信息传输给微处理器；
56.s2.微处理器将视频监控模块采集到的信息传输给显示器进行显示，并结合视频
监控模块、红外测温模块采集到的信息进行分析、预警和防爆阻燃：
57.(1)根据红外测温模块采集到的信息对温度信息进行分析，若出现温度异常，微处理器进行防爆阻燃控制；
58.(2)根据视频监控模块采集到的信息进行分析，若发现火灾情况，则微处理器进行防爆阻燃控制；
59.所述防爆阻燃控制包括：
60.控制第二控制开关断开，停止对目标电力设备供电；
61.控制报警模块进行报警；
62.控制排气散热装置启动，将目标电力设备处的高温气体向外排出，实现对目标电力设备进行降温；
63.控制第一控制开关闭合，阻燃装置供电回路接通，从而常闭电磁阀通电，从而使得常闭电磁阀开启，阻燃装置向目标电力设备排放惰性气体，避免发生爆炸；
64.s3.所述微处理器在进行防爆阻燃控制时，通过第一联动通讯模块向各个联动控制单元发送断路控制指令，各个联动控制单元的第二联动通讯模块接收到断路指令后，传输给控制模块，由控制模块控制第三控制开关断开，从而切断周围用电设备的供电回路。
65.当红外测温模块采用红外点测温模块时，若采集到的温度高于预设阈值，则微处理器认为出现了温度异常；
66.当红外测温模块采用红外热成像测温模块时，设红外热成像测温模块包括测温点阵为m行n列，总点数p＝m
×
n；设置异常门限ta＝k1,k1典型值为90度；
67.测温结果高于异常门限ta的红外测温点数大于预设参数s，并且随着时间增长，高于ta的点数在持续增加，则认为高温面积在持续增大，温度异常。
68.本发明可用于如下场景：
69.(1)小区、地下室的公共电平车或电动车充电的监控和保护，可实现对大功率充电器的监测和电池的监测，一旦发生火情或高温，自动切断电源和启动灭火装置。通过控制模块的无线配置还可实现多个电源节点的断电控制。
70.(2)电动车辆的安全监测与降温灭火保护。
71.(3)取暖装置(如地暖)的安全监测和灭火。
72.(4)一处着火，快速无线方式实现多个电源节点的切断。
73.(5)可通过阻燃防火板嵌套灭火气体的方式，将防火板分层将电动车隔离，当一辆车着火后，防火板一方面起到隔离火情的作用，另一方面防火板嵌套的气体腔室破坏，内部的惰性气体快速泄漏，快速降低氧气含量和环境温度，达到抑制火情传递到邻近车辆的目的。
74.下面结合具体的实施例对本技术的方案进行进一步说明：
75.实施例1：
76.将专利所述的整个监测装置、阻燃装置、排气装置设计成一个局部开口的箱体，该箱体作为电池充电或放电箱，因此具备了监测电池充电或放电并实现阻燃降温的作用。
77.所述的储气装置采取环绕的金属板材，在温度超过300度时，释放内部的惰性气体，达到降温灭弧作用。同时在正常充电放电过程中，由于板材金属的散热作用可降低电池温升，并在板材内部惰性气体作用下，板材温度比纯金属板材气温偏低，达到降低电池高温
爆炸几率的作用。
78.可以看出，一旦电池快速内部短路发生爆炸，所述的箱体可以起到隔离作用，防止高温和明火快速传递到邻近的电动车辆或电力线路的作用。
79.显然所述的实施例可用于专用充电场所、电动车辆、电瓶车、电缆线路等。
80.实施例2：
81.将所述的监测、阻燃装置布置成u型板材状，嵌套在高压电气开关柜内部，一方面红外热成像装置可监测柜体内部的套管、开关、互感器等部件的温度，另一方面，由于板材内部的惰性气体或液体状惰性气体，实现降低柜体温度的作用。当发现设备绝缘故障短路形成弧光时，监测装置启动，板材上方设计的控制阀门自动打开，释放惰性气体或液体实现快速灭弧灭火和降温，阻止热量集聚，并通过声光报警提示。
82.显然所述的实施例可用于电缆分支箱、环网柜、高压开关柜、变压器、电缆接头或终端头等容易产生高温和故障的电力设备。
83.实施例3：
84.与实施例1，2不同之处在于，监测装置还包括多个无线控制开关，多个无线控制开关串接在多个充电电动车的供电电源回路中，当监测装置发现火情后，快速发送控制指令，短时间达到对邻近区域的多个正在充电或用电的车辆、设备进行断电处理，以降低连锁火情、连锁性爆炸事故的风险。
85.同样，所述的无线控制开关还可连接远程控制室的语音开关等，实现快速提醒监控人员的目的。
86.显而易见，如果充电或用电场所区域较大，火情严重，通过开发相关的可视化软件，在远程监控终端可以观测到已经发生火情的区域和已经控制断电的区域，工作人员可快速做出决策实现疏导现场工作人员的安全撤离。
87.上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。