基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流火灾逃生方法与流程

1.本发明涉及变电站直流系统技术领域，具体涉及一种基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流火灾逃生方法。


背景技术：

2.磷酸铁锂晶体中的p-o键稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的安全性。长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次磷酸铁锂电池，而磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到2000次以上，标准充电（5小时率）使用，可达到2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就1-1.5年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下使用，理论寿命将达到7-8年。综合考虑，性能价格比理论上为铅酸电池的4倍以上。
3.由于以上特性，磷酸铁锂电池在新能源动力电池中得到了广泛应用，也将其成本优势充分发挥。但在变电站直流系统中，蓄电池部分由于技术传承原因，一直使用铅酸蓄电池，铅酸蓄电池自放电率较高，自放电电流1ma/ ah，只有通过长期浮充电保证满容量。磷酸铁锂电池自放电率较低，基本不需要补充自放电容量，若长期浮充电会导致锂电池过充电，增加其危险性，因此其不能在直流系统中直接用磷酸铁锂蓄电池进行替换，且磷酸铁锂蓄电池与变电站的直流系统匹配的安全性也需要进行长期的试验研究。
4.为了保证磷酸铁锂蓄电池在变电站直流系统中的应用，还需要对电池的消防进行性完善的处理，由于蓄电池出现短路、泄露等引发热失控时，在5到10秒内火势即能扩大到无法控制，而当直流系统室内存在维修工或者巡检工等人员存在时，在进行消防操作时，需要优先保证人员的逃生，而人员逃生时间和火灾消防救援时间就成为一个矛盾体，在消防系统启动时，往往既有火灾烟雾也有消防粉末或者气体导致室内人员无法辨识方向和路径，这又使得人员逃生变得异常困难。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流火灾逃生方法，能为在火灾发生或进行消防作业时迅速地组织内部人员逃生。
6.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流火灾逃生方法，直流系统包括供电直流母线km 、km-，供电直流母线km 、km-上连接有直流充电屏chc、磷酸铁锂蓄电池屏bat及直流馈电屏disc， 直流充电屏chc和直流馈电屏disc放置在直流负荷室内，磷酸铁锂蓄电池屏bat放置在蓄电池室，直流负荷室和蓄电池室之间设有隔墙，供电直流母线km 、km-穿过隔墙将两边的屏连接起来，隔墙上设有系统隔门，直流负荷室或蓄电池室上设有直流系统进入门，系统隔门和直流系统进入门上设有机械闭门器和门体磁吸装置，在系统隔门和直流系统进入门的开合通道地面两侧设有激光灯带，激光灯带上设有间隔分布的激光发射器，可发射向上的激光，两条激光灯带之间设有多条间隔的逃生指引带，逃生指引带上设有逃生方向光
带，在直流负荷室内设有逃生控制柜，逃生控制柜与磷酸铁锂蓄电池屏bat上的消防控制器通讯连接，逃生控制柜控制激光发射器、逃生方向光带和门体磁吸装置的启动和停止，在直流系统进入门外设有室外逃生完成确认按键，室外逃生完成确认按键与逃生控制柜电连接；上述的直流负荷室和蓄电池室内侧壁垂直方向上端设有逃生检测及指引器，逃生检测及指引器可至少两轴旋转，逃生检测及指引器上设有生命检测仪和激光指引发生器，生命检测仪和激光指引发生器两者朝向一致，逃生检测及指引器由逃生控制柜控制；上述的直流负荷室或蓄电池室内设有室内逃生广播器，直流系统进入门的入口外设有室外逃生完成广播器，室内逃生广播器和室外逃生完成广播器由逃生控制柜控制；逃生的具体步骤为：步骤一、系统初始化，对人员逃生指引控制器的初始参数进行设置，包括直流负荷室和蓄电池室的尺寸参数、激光灯带的位置信息、逃生检测及指引器的扫描路径、生命检测仪的感应灵敏度、激光指引发生器的激光强度及光柱尺寸信息；步骤二、消防控制器检测磷酸铁锂蓄电池屏bat内状态，当检测到某个或者多个磷酸铁锂蓄电池发生热失控时，向人员逃生指引控制器发送报警信号，人员逃生指引控制器启动消防逃生程序；步骤三、人员逃生指引控制器控制所有激光发射器、逃生方向光带、室内逃生广播器和室外逃生完成广播器处于工作状态；步骤四、通过驱动器控制逃生检测及指引器的旋转轴按照设定好的人员检测扫描路径对直流负荷室和蓄电池室内进行扫描检测，通过生命检测仪检测室内是否有人；步骤五、当逃生检测及指引器检测到直流负荷室或/和蓄电池室内有人存在时，停止扫描，控制激光指引发生器发出激光光柱照向人体，并按照最短路径将人体将激光光柱向激光灯带处移动；步骤六、室内人员跟随激光指引发生器所发出的激光光柱进行移动，直到进入两条激光灯带内，然后按照逃生方向光带所标注的方向进行逃生；步骤七、当室内人员逃出室外后，对逃生人员进行清点，当确认已经全部逃出时，按下室外逃生完成确认按键，人员逃生指引控制器控制门体磁吸装置工作，将系统隔门和直流系统进入门锁止，防止火势蔓延。
7.上述的直流馈电屏disc， 直流充电屏chc和直流馈电屏disc的背面均靠墙上设置，逃生检测及指引器防止在直流系统柜体边缘与最靠近的激光灯带边缘距离之间的1/2处。
8.上述的步骤四中逃生检测及指引器扫描范围m为长方形，长方形长度为所在的房间的长度，所在的宽度一端以屏柜的外侧边缘为准，另一端与最靠近的激光灯带之间距离为d，d为最大浓度烟雾下可看到激光灯柱的距离边界值。
9.上述的步骤四中逃生检测及指引器的人员检测扫描路径为：将人体所占正方形面积最小的范围定义为k，k边长为l，将扫描范围m的长方形分割成相邻的多个正方形面积k，正方形面积k所组成的形状不能完全涵盖的扫描范围m部分以等长等宽分列在k所组成的面积两侧，则扫描路径以远离逃生出口处一角开始，起点位置在变角点出l
×
l范围内，沿着长度进行扫描，到达最后一个正方形面积k的边线后向宽度方
向靠近激光灯带运行l距离后再沿长度返回进行扫描，如此往复，直到到达靠近逃生出口处的激光灯带的正方形面积k处；若扫描范围m的长方形能过被正方形面积k完整的划分，则扫描起点远离激光灯带一角的正方形面积k中心处开始，沿相邻的正方形面积k作笔直的“s”型路线直到到达逃生出口处的激光灯带的正方形面积k处；平时逃生检测及指引器的对准点在扫描路径起点处。
10.上述的逃生指引带上还设有人体感应器，人体感应器与逃生控制柜连接，在步骤六中，根据逃生指引带上人体感应器搜索感受到的人体先后时间顺序，判断人员逃生方向是否正确，若不正确，控制室内逃生广播器进行提醒。
11.上述的直流负荷室和蓄电池室顶部墙体上设有应急照明灯，应急照明灯与逃生控制柜电连接。
12.上述的逃生控制柜内设有人员逃生指引控制器，人员逃生指引控制器与驱动器通讯连接，驱动器对逃生检测及指引器的轴旋转、生命探测和激光发射进行控制，人员逃生指引控制器的输出端与激光发射器、逃生方向光带、门体磁吸装置、室内逃生广播器、室外逃生完成广播器和应急照明灯电连接，人员逃生指引控制器的输入端与室外逃生完成确认按键电连接，人员逃生指引控制器与消防控制器通讯连接。
13.上述的逃生检测及指引器有两个旋转轴，其结构为:底座与墙体固定连接，底座上设有第一回转轴，第一回转轴与连接柱固定连接，连接柱上设有转动连接的第二回转轴，第二回转轴与球体固定连接，球体上设有生命检测仪和激光指引发生器。
14.上述的逃生控制柜放置在远离直流充电屏chc和直流馈电屏disc一侧，且人员逃生指引控制器、激光发射器、逃生方向光带、人体感应器、室外逃生完成广播器、室外逃生完成确认按键、室内逃生广播器、逃生检测及指引器、急照明灯和门体磁吸装置由不间断供电电源ups单独供电。
15.上述的人员逃生指引控制器与逃生人机交互屏通讯连接。
16.本发明提供的一种基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流火灾逃生方法，利用消防控制器和人员逃生指引控制器的通讯联动，使得蓄电池室发生火情启动消防时，能够迅速地对人员进行检测定位并进行逃生指引，使得充分逃生时间充分缩短，且能够提供很好的消防效果。
附图说明
17.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为直流系统的平面布置示意图一（前视）；图2为直流系统的平面布置示意图二（俯视）；图3为图2的局部放大示意图；图4为磷酸铁锂蓄电池屏bat的平面布置示意图；图5为蓄电池模组电气原理示意图；图6为逃生检测及指引器结构示意图；图7为逃生控制柜的电气原理图；
图8为优选的直流系统的平面布置示意图二（俯视）；图9为逃生检测及指引器扫描路径一；图10为逃生检测及指引器扫描路径二。
18.图中：直流负荷室1、蓄电池室2、隔墙3、消防控制器4、蓄电池通讯管理机5、蓄电池屏人机交互屏6、温度探测器7、门禁管理服务器8、门禁通讯服务器9、智能钥匙10、钥匙适配器11、智能门禁锁12、人员逃生指引控制器13、系统隔门14、直流系统进入门15、激光灯带16、激光发射器161、逃生指引带17、逃生方向光带171、室外逃生完成广播器18、室外逃生完成确认按键19、室内逃生广播器20、逃生检测及指引器21、底座211、第一回转轴212、连接柱213、第二回转轴214、球体215、生命检测仪216、激光指引发生器217、消防装置22、驱动器23、逃生人机交互屏24、应急照明灯25、逃生控制柜26、门体磁吸装置27。
具体实施方式
19.如图1-10中所示，基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流火灾逃生方法，直流系统包括供电直流母线km 、km-，供电直流母线km 、km-上连接有直流充电屏chc、磷酸铁锂蓄电池屏bat及直流馈电屏disc， 直流充电屏chc和直流馈电屏disc放置在直流负荷室1内，磷酸铁锂蓄电池屏bat放置在蓄电池室2，直流负荷室1和蓄电池室2之间设有隔墙3，供电直流母线km 、km-穿过隔墙3将两边的屏连接起来，隔墙3上设有系统隔门14，直流负荷室1或蓄电池室2上设有直流系统进入门15，系统隔门14和直流系统进入门15上设有机械闭门器和门体磁吸装置27，在系统隔门14和直流系统进入门15的开合通道地面两侧设有激光灯带16，激光灯带16上设有间隔分布的激光发射器161，可发射向上的激光，两条激光灯带16之间设有多条间隔的逃生指引带17，逃生指引带17上设有逃生方向光带171，在直流负荷室1内设有逃生控制柜26，逃生控制柜26与磷酸铁锂蓄电池屏bat上的消防控制器4通讯连接，逃生控制柜26控制激光发射器161、逃生方向光带171和门体磁吸装置27的启动和停止，在直流系统进入门15外设有室外逃生完成确认按键19，室外逃生完成确认按键19与逃生控制柜26电连接。
20.系统隔门14和直流系统进入门15为防火材料构成，其上的机械闭门器可以自动关闭两扇门，在发生火灾时起到物理隔绝的作用，防止火势蔓延，但考虑到人员逃生，该机械闭门器未将门锁止，仍可由人力打开门，在火灾发生或者消防系统启动的情况下，消防控制器4向发出火灾信号或者消防启动信号逃生控制柜26，逃生控制柜26控制激光发射器161和逃生方向光带171启动，激光会形成光柱，能够标识出门所在的逃生通道，且由激光的强穿透性，特别是激光在火灾初期的淡烟雾中光柱现象更加明显，能够很好地对通道进行标识，逃生方向光带171能够对在烟雾中迷失方向的人员进行指引，当人员逃出室外后按下室外逃生完成确认按键19后，逃生控制柜26控制门体磁吸装置27将两扇门体吸住，防止火势过大导致门体打开导致火势蔓延到直流负载部分。
21.上述的直流负荷室1和蓄电池室2内侧壁垂直方向上端设有逃生检测及指引器21，逃生检测及指引器21可至少两轴旋转，逃生检测及指引器21上设有生命检测仪216和激光指引发生器217，生命检测仪216和激光指引发生器217两者朝向一致，逃生检测及指引器21由逃生控制柜26控制。
22.当消防控制器4发出火灾发生或者消防启动时，逃生检测及指引器21上的生命检
测仪216迅速通过多轴旋转定位对直流负荷室1和蓄电池室2内进行扫描检测，检查室内是否有人，若检测到有人，激光指引发生器217发出激光光柱照向人体，激光光柱从人体位置以最短的距离向两条激光灯带16之内的逃生通道处进行移动，对人进行逃生指引，防止室内人员因为烟雾发生迷向时逃生方向错误。
23.上述的直流负荷室1或蓄电池室2内设有室内逃生广播器20，直流系统进入门15的入口外设有室外逃生完成广播器18，室内逃生广播器20和室外逃生完成广播器18由逃生控制柜26控制。
24.当消防启动时，室内启动室内逃生广播器20对逃生方法和逃生注意事项进行广播，引导人们根据激光的指引进行逃生，室外逃生完成广播器18向已经逃出室外的人员进行广播，提醒人们清点是否全部已逃生，如果是，按下室外逃生完成确认按键19以对门体进行锁止。
25.逃生的具体步骤为：步骤一、系统初始化，对人员逃生指引控制器13的初始参数进行设置，包括直流负荷室1和蓄电池室2的尺寸参数、激光灯带16的位置信息、逃生检测及指引器21的扫描路径、生命检测仪216的感应灵敏度、激光指引发生器217的激光强度及光柱尺寸信息；步骤二、消防控制器4检测磷酸铁锂蓄电池屏bat内状态，当检测到某个或者多个磷酸铁锂蓄电池发生热失控时，向人员逃生指引控制器13发送报警信号，人员逃生指引控制器13启动消防逃生程序；步骤三、人员逃生指引控制器13控制所有激光发射器161、逃生方向光带171、室内逃生广播器20和室外逃生完成广播器18处于工作状态；步骤四、通过驱动器23控制逃生检测及指引器21的旋转轴按照设定好的人员检测扫描路径对直流负荷室1和蓄电池室2内进行扫描检测，通过生命检测仪216检测室内是否有人；步骤五、当逃生检测及指引器21检测到直流负荷室1或/和蓄电池室2内有人存在时，停止扫描，控制激光指引发生器217发出激光光柱照向人体，并按照最短路径将人体将激光光柱向激光灯带16处移动；步骤六、室内人员跟随激光指引发生器217所发出的激光光柱进行移动，直到进入两条激光灯带16内，然后按照逃生方向光带171所标注的方向进行逃生；步骤七、当室内人员逃出室外后，对逃生人员进行清点，当确认已经全部逃出时，按下室外逃生完成确认按键19，人员逃生指引控制器13控制门体磁吸装置27工作，将系统隔门14和直流系统进入门15锁止，防止火势蔓延。
26.上述的直流馈电屏disc， 直流充电屏chc和直流馈电屏disc的背面均靠墙上设置，逃生检测及指引器21防止在直流系统柜体边缘与最靠近的激光灯带16边缘距离之间的1/2处。
27.通过屏柜的放置，使得人员所在区域固定，通过将逃生检测及指引器21设置在柜体边缘与激光灯带16之间的1/2处，使得生命检测仪216的扫描搜索区域变得最小，能够在最短时间内检测到室内人员位置。
28.上述的步骤四中逃生检测及指引器21扫描范围m为长方形，长方形长度为所在的房间的长度，所在的宽度一端以屏柜的外侧边缘为准，另一端与最靠近的激光灯带16之间
距离为d，d为最大浓度烟雾下可看到激光灯柱的距离边界值。
29.上述的步骤四中逃生检测及指引器21的人员检测扫描路径为：如图10中所示，将人体所占正方形面积最小的范围定义为k，k边长为l，将扫描范围m的长方形分割成相邻的多个正方形面积k，正方形面积k所组成的形状不能完全涵盖的扫描范围m部分以等长等宽分列在k所组成的面积两侧，则扫描路径以远离逃生出口处一角开始，起点位置在变角点出l
×
l范围内，沿着长度进行扫描，到达最后一个正方形面积k的边线后向宽度方向靠近激光灯带16运行l距离后再沿长度返回进行扫描，如此往复，直到到达靠近逃生出口处的激光灯带16的正方形面积k处；如图9中所示，若扫描范围m的长方形能过被正方形面积k完整的划分，则扫描起点远离激光灯带16一角的正方形面积k中心处开始，沿相邻的正方形面积k作笔直的“s”型路线直到到达逃生出口处的激光灯带16的正方形面积k处；平时逃生检测及指引器21的对准点在扫描路径起点处。
30.按照上述扫描路径进行扫描，既不会漏过任何一个范围，且是以最便捷的路径进行扫描，平时逃生检测及指引器21的轴采用伺服电机控制，可以在1s内快速地扫描完整个路径，当扫描到人体后，则进入指引模式，如人员未按照指引路线行进，则跟随人体，并不断使用激光快速向安全处反复摇摆向人体表示需要进行跟随。
31.上述的逃生指引带17上还设有人体感应器，人体感应器与逃生控制柜26连接，在步骤六中，根据逃生指引带17上人体感应器搜索感受到的人体先后时间顺序，判断人员逃生方向是否正确，若不正确，控制室内逃生广播器20进行提醒。
32.上述的逃生指引带17上还设有人体感应器，人体感应器与逃生控制柜26连接。
33.通过人体感应器人体感应器感应人体经过逃生指引带17的先后顺序自动判断室内人员逃生方向正确与否，并通过室内逃生广播器20进行提醒。
34.上述的直流负荷室1和蓄电池室2顶部墙体上设有应急照明灯25，应急照明灯25与逃生控制柜26电连接。
35.上述的逃生控制柜26内设有人员逃生指引控制器13，人员逃生指引控制器13与驱动器23通讯连接，驱动器23对逃生检测及指引器21的轴旋转、生命探测和激光发射进行控制，人员逃生指引控制器13的输出端与激光发射器161、逃生方向光带171、门体磁吸装置27、室内逃生广播器20、室外逃生完成广播器18和应急照明灯25电连接，人员逃生指引控制器13的输入端与室外逃生完成确认按键19电连接，人员逃生指引控制器13与消防控制器4通讯连接。
36.上述的逃生检测及指引器21有两个旋转轴，其结构为:底座211与墙体固定连接，底座211上设有第一回转轴212，第一回转轴212与连接柱213固定连接，连接柱213上设有转动连接的第二回转轴214，第二回转轴214与球体215固定连接，球体215上设有生命检测仪216和激光指引发生器217。
37.上述的逃生控制柜26放置在远离直流充电屏chc和直流馈电屏disc一侧，且人员逃生指引控制器13、激光发射器161、逃生方向光带171、人体感应器、室外逃生完成广播器18、室外逃生完成确认按键19、室内逃生广播器20、逃生检测及指引器21、急照明灯25和门体磁吸装置27由不间断供电电源ups单独供电。
38.逃生设备的单独供电以及使用ups电源可以在直流系统整体崩溃的情况下仍然能
正常工作指引人员进行逃生。
39.上述的人员逃生指引控制器13与逃生人机交互屏24通讯连接。
40.通过逃生人机交互屏24可以对逃生的参数进行设置。