摘要：当前由于电力电缆失火、电气短路等火灾事件频繁发生，尤其是大规模的变电站、换流站担负着向外输电的重担，一旦发生火灾事故，人员、电网、设备都将遭受不可逆转的灾难。如何有效的进行火灾预警和实施防火成为了广大电力企业日益关注的问题，也成为了广大供电单位急需解决的问题。本文从系统原理，技术方案等角度入手，介绍了当前几种基于气体传感检测技术的报警电路防火方法，指出了它们各自的特点，这些方案较好的解决了因为日常工作中的行为不当引起火灾的问题，本文从气体、烟雾报警器的各种防护措施开始讨论，着重从技术手段，详细阐述了设计气体、烟雾报警器的各步骤。设计出来了总电路图，此设计具备简单性，先进性，实用化等特点。
关键词：气体；烟雾报警电路；探测；传感器
1引言
1.1选题背景及意义
这几年社会的进步和发展，电力已经作为一种人们日常生活中不可或缺的能源，电力运输的可靠程度就变成了重中之重了。把”光明”送到千家万户是一项体现社会主义的惠民工程，而每个电力集团都是以电网覆盖率和安全运作作为首要任务。一些人为或者不可抗拒的自然灾害使生产安全、电网运转受到严重影响，职工利益受到侵害，电网安全无法保障。那么以此为契机设计并实现预防火灾的报警器就显得格外重要了，气体、烟雾报警器的研制是电力企业做出快速反应机制的基础，而且加大了防火的保护力度，可有效的降低火灾发生的几率，保障换流站安全稳定运行。本设计就是采用555定时器做的气体、烟雾报警器。当报警器采集到烟雾信号时，555定时器输出信号，相应的外围电路实行现场或远程报警，从而实现报警功能，成为火灾预防的电子眼，换流站的守护者。
1.2火灾报警器的分类
1.2.1感烟探测器
因为烟雾探测器的组成的元件用的不一样，所以就有光电感烟、离子感烟、激光感烟、这几种探测器，在日常工作的使用中，用的最多的就是离子感烟和光电感烟这俩种探测器。离子型感烟探测器的外电离室和里电离室里面都有放射性化学物质，正离子和负离子的出现是因为电力的原因，因为有电场力，所以正离子和负离子向着正电极和负电级流走，在通常情况下，内电室和外电室中的电流是不变的、电压也是不变的、出现烟雾时，当外电路中飘进了烟雾，带电的离子的运动就被破坏了，平衡被打破。报警的信号也就随之发出来了。一个发光的元件和一个感应的光敏元件这两个就可以组成一个光感应的探测器，有光的元件发出光，然后透镜到了光敏元件上，这时，电路就是正常的，如果有烟雾，烟雾就会让光敏元件的光变得不太亮了，光敏元件发光作用让光强度变成电的变化，报警信号就发出来了。
1.2.2 感温探测器
因为感温探测器的原理不一样，就可以分为三种，一种是，金属的热胀冷缩，还有就是温度不同形成温差，最后一种就是温差了，在平时是断开的电路就是用了热胀冷缩原理的电路，金属在受的热的同时就会变胀，电路就被接通了，报警信号就发出来了。
1.2.3光辐射探测器
红外光辐射探测和紫外光辐射的探测器，是包括在光辐射的探测器中的，在燃烧物质的时候，会产生红外光辐射，是因为化学反应，紫外光是在燃烧有机的化合物时产生的，用紫外光来激发出离子。通过紫外光的光敏元件，让报警信号发出去。
1.3对烟雾报警器的要求
（1）在火灾发生的同时要求他可以做到在最短的时间里把报警装置接通，而且还可以检测出来具体在什么地方发生了火灾。
（2）由于烟雾感应系统本身就可以进行故障的检测工作，就像系统中的欠电压报警功能它就需要确保其自动报警的功能不出现错误。
（3）烟雾报警器的抗干扰的能力要很高，是为了防止有误报警发生。
2 研究分析我国换流站火灾报警器使用情况
2.1电力企业、变电站、换流站火灾报警器使用情况
根据调查显示，火灾报警器在我国各个电力企业、变电站、换流站中的使用已经普及。但是火灾的发生依旧不可避免，这主要有两个原因：一是因为现在国内几家生产的气体传感器，一般在灵敏度上可做到较好，但选择性不太好而问题最大的是寿命，二是因为国家的相关部门对火灾报警器的宣传没有到位，使人们对报警器的重要性认识的不够全面，没有让人们意识到火灾报警器的重要性。
2.2.选定设计方向
综上所述，此次设计的气体、烟雾报警器就是根据伊敏换流站实际生产情况及现场设备情况来设计的气体、烟雾报警器。大多数换流站火灾多发的原因是因为电力电缆失火、电气短路，所引起的。针对于这几种原因就产生了能够灵敏的发现空气中的可燃气体和烟雾的报警器，尽可能的做到以早期预防为目的，做到人员伤亡案件的杜绝，经济直接损失的避免，另又要求气体、烟雾报警器能够安装操作方便，容易保养，设计尽可能的简单，易操作。
因为近年来，由电气引起的火灾增多，频率越来越高的换流站火灾案件屡次发生。类似于扑救不及时，火灾现场人员的惊慌失措，还有灭火器材的缺乏，以及逃生迟缓等不好的原因，都是在发生火灾时造成重大的生命和财产损失结果的原因。烧损电缆和设备，导致直接停电，修复时间较长，延误生产，对电力企业的生产进度、效率和经济效益产生严重的影响，严重时造成人员伤亡。这就是预防换流站火灾较为重要的原因，所以说达到可以减少火灾的损失就是烟雾报警器应该完成的任务。为了预防换流站火灾事故造成人员、电网和设备的损失，我们就要进一步强化电气火灾治理。
电源电路、触发电路和报警音响电路共同组成了能够用声音和光一起发出报警的烟雾报警器，就是这个报警器，它的传感器使用的是半导体的气敏元件，可以完成”气—电”的变换。能对气敏元件加热灯丝进行稳压的是7805三端集成稳压器，因为触发电路和报警音响电路构成的555时基电路要求气敏元件需要工作在稳定一些的加热电压之下，这就能使报警器稳定的工作在180~260V内。除了省电，可靠性高也是这个报警器的优点。
2.2.1提出实施方案
方案一 二级远程报警电路设计
采用二级远程报警电路设计为该设计的办法，气敏开关电路是第一级，看是不是有烟雾。如果有，向远处的接受装置发出信号报警。接受报警的电路是第二级，是收到从第一级发出的信号，在远处发出警报。
图1 二级远程报警电路设计
方案二 狭域报警电路
气体烟雾报警器的设计是作用在一个区域里的。（1）稳定电压的电路（2）触动发出报警的电路（3）电源供电的电路（4）气敏传感电路。
电流变化
图2 狭域报警电路
方案三 单片机报警电路设计
这个系统的核心是单片机，这个系统和外电路配合可以完成浓度的显示，时间的显示，按键的输入，故障自检，信号的采集，状态的显示的这些工作，工作的方式是巡检，设定了两个等级的报警值，然后发生不同的光信号和声信号。要求（1）工作稳定（2）测量精度高（3）通用性强（4）功耗低的标准是该系统采用的高性能的单片机。
2.2.2 方案的选择
二级远程报警是一种适合于大型的企业比如商场，商厦，或者特别大型的图书馆，人流量特别多，容易有火灾隐患并且需要指定专业的人进行监控的范围特别广的地方。能够监控很广阔的范围是方案一的设计思路的优点，能够进行远程报警，方便了监控人员，设计线路繁多，设计结构复杂，资金消耗巨大是从实际生产看来第一种方案的缺点。单片机能够对设计进行仿真，是设计的效果更为直观，容易操作，是单片机的特点。但是基于换流站人员并不密集，但是设备繁多容易发生火灾的死角比较广泛，所以我选择的是第二种报警方案的设计，一定区域内产生气体烟雾的设计适合于狭域报警电路，狭域报警电路是一种针对于范围小的区域进行监控的报警器，比如在换流站内的阀厅、备品库、以及蓄电池室这样设备集中范围较为固定但是相对重要的区域一旦发生火情就会对换流站的生产、效益以及人员安危带来不可逆的影响。狭域报警器感受到了烟雾就会产生报警。提醒运维、检修人员尽快采取灭火措施，把人员伤亡，财产损失减到最小的范围。
3 气体烟雾报警器的组成及其原理
3.1设计原理图
图3 设计接线原理图
这个设计的主要思路就是把图中的电容C4、电阻R3和R4作为振荡器的定时元件 输出来长方形波形的正负脉冲，并且决定着它们的宽度。定时器的触发输入端2脚还有阈值输入端6脚它俩一起相连接于电容上。集电极开路输出端7脚接在电阻R1和R2的连线上，它还能控制电容器的充放电，5脚是被外界控制的输入端，它的接地电容是0.01uF。该设计的首先把220V交流电流通过变压器变成9V的直流电流，负责对后面的电路提供电源。7805元件是用来对气敏元件灯丝进行稳压的。7805是一种三端集成的稳压器，它能够在一百八十伏到二百二十伏之间稳定的工作。
由555时基电路组成自激多谐振荡器是触发电路模块，利用它的复位端（4脚）进行触发的构思是非常巧妙地，这样可节省元件。
如果有可燃气体出现的时候，气敏元件就会感应到，对应的反应就是气敏器件的阻值降低了，这个时候555时基电路的复位端4脚点位就会上升，当它上升到三分之一工作电压的时候就会驱动振荡器震荡，然后扬声器就发出了报警信号，它的特点是灵敏度特别的高。
图4 多谐振荡器工作波形图
4 结论
烟雾报警器是由电源能通过的电路、能发生报警的电路、能发出音响的电路、能够进行触发的电路组成的。它有发声和发光同时报警的功能，为了实现从气体到电的变使了气敏元件半导体当成传感器的报警元件，触发的电路好报警的电路是用555时基电路弄成的，电压相比之下稳定是气敏元件工作所必需的，所以要用7805三端的集成的稳压器来稳定电压，能让报警器在电压为180-260V中稳定工作，省电和可靠性是这个报警器的好处。
参考文献：
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[2]刘振亚.全球能源互联网[M].中国电力出版社.2015
[3]康华光.电子技术基础[M].高等教育出版社.2006
作者简介：
齐悦（1993.3-），女（满族），内蒙古呼伦贝尔市，蒙东公司检修分公司伊敏换流站，职称：助理工程师；研究方向：继电保护工作
论文作者:齐悦
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：报警器论文; 电路论文; 烟雾论文; 火灾论文; 元件论文; 气体论文; 探测器论文; 《电力设备》2018年第34期论文;