CN117937032A - 风冷储能电池*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风冷储能电池***,用于解决现有风冷储能电池舱不能对单一电池包的精准灭火的问题。本发明的风冷储能电池***包括电池预制舱和消防***,电池预制舱包括若干电池包,消防***包括若干子监测装置、控制装置和气体消防***;子监测装置与电池包一一对应,用于获取对应电池包的监测数据并传送至控制装置;气体消防***包括灭火执行装置以及与电池包一一对应的子管路;控制装置根据对应电池包的监测数据控制灭火执行装置以及对应子管路向电池包内部释放灭火药剂。本发明的风冷储能电池***通过设置与电池包一一对应地子监测装置以及子管路,实现对单一电池包进行火情监测以及火情控制,实现电池包级消防控制,精准灭火。
Description
技术领域
本发明涉及储能装备技术领域,特别地涉及一种风冷储能电池***。
背景技术
近年来,储能作为实现构建新型电力***的重要手段,发展迅猛。其中,储能集成舱作为当前主要的储能***结构形式被广泛使用,风冷储能电池舱以其技术成熟、安装维修便利和制造成本低等优点被广泛应用于各类低倍率、中小容量储能***。电池舱通常由若干个电池簇汇流而成,每个电池簇由若干个电池包串联组成。安全是储能领域关注的首要技术问题,电池舱消防是影响储能***安全的重要因素。目前的风冷电池舱通常在舱顶四周布置管路和喷嘴,实现对整个舱室内火情控制,这种形式的消防***不论火情大小,均采用整舱级灭火,整舱灭火时不能根据不同区域火情大小进行灭火,不能实现对单一电池包的精准灭火;另外,目前的风冷电池舱通常采用七氟丙烷气体灭火***,灭火气体一次喷完,不能实现多次喷灭抑制复燃,后续只能采用水消防控制火情。
发明内容
本发明提供一种风冷储能电池***,用于解决现有风冷储能电池舱不能对单一电池包的精准灭火的问题。
本发明提供一种风冷储能电池***,包括电池预制舱,所述电池预制舱包括若干电池包,还包括消防***,所述消防***包括监测***、控制装置和气体消防***;所述监测***包括若干子监测装置,所述子监测装置与所述电池包一一对应,所述子监测装置用于获取对应电池包的监测数据并传送至所述控制装置;所述气体消防***包括灭火执行装置以及与所述灭火执行装置相连通的气体消防管路,所述气体消防管路上设置有若干子管路,所述子管路与所述电池包一一对应,所述子管路一端连接所述灭火执行装置,另一端与对应的电池包内部相连通;所述控制装置与所述监测***以及所述气体消防***相连接,所述控制装置构造为根据对应电池包的监测数据控制所述灭火执行装置以及对应子管路向所述电池包内部释放灭火药剂。
在一个实施方式中,所述灭火执行装置包括灭火药剂储存装置和可控电磁阀;所述灭火药剂储存装置用于存储灭火药剂,所述灭火药剂储存装置通过所述可控电磁阀连接所述子管路;所述可控电磁阀与所述控制装置连接,所述控制装置构造为根据电池包的监测数据控制所述可控电磁阀开闭。
在一个实施方式中,所述子管路包括控制阀和喷嘴,所述喷嘴的喷射口设置在对应电池包的内部,所述喷嘴通过连接管连接所述控制阀,所述控制阀连接所述灭火执行装置;所述控制阀与所述控制装置连接,所述控制装置构造为根据所述电池包的监测数据控制对应控制阀开闭。
在一个实施方式中,多个电池包串联组成电池簇,对单个电池簇进行热仿真获得所述电池簇内部电芯温度分布,以最高温度电芯所在电池包为高温区域,其余电池包为普通区域,位于高温区域内的电池包对应的子管路的连接管的管径以及喷嘴喷射口的横截面积大于位于普通区域内的电池包对应的子管路管径以及喷嘴喷射口的横截面积。
在一个实施方式中,所述监测数据包括温度、烟雾浓度、CO浓度、VOC浓度中的一项或多项。
在一个实施方式中,监测数据满足以下三项条件中的至少一项时,达到一级报警:
条件一:CO浓度≥400ppm;
条件二:烟雾浓度≥0.5dB/m;
条件三:温度≥65℃;
当达到一级报警时,所述监测***增加采样频率,所述控制装置记录报警信息,无外部信号输出;
当监测数据满足以下两项条件中的至少一项时,达到二级报警:
条件一:烟雾浓度≥0.5dB/m且温度≥65℃;
条件二:CO浓度≥800ppm且烟雾浓度≥0.9dB/m;
当达到二级报警时,确定安全隐患具体发生位置,发出预警,电池***限功率运行,断开直流侧接触器,实现电池预制舱的电气隔离;
当监测数据满足以下两项条件中的至少一项时,达到三级报警:
条件一:烟雾浓度≥0.9dB/m、CO浓度≥800ppm且持续10s;
条件二:且烟雾浓度≥0.5dB/m、CO浓度≥800ppm且温度≥85℃;
当达到三级报警时,判定电池包发生热失控火灾,对应子管路向所述电池包内部释放灭火药剂。
在一个实施方式中,所述子监测装置包括感烟探测器、感温探测器、复合探测器中的一种或多种,所述复合探测器构造为可监测CO浓度和VOC浓度。
在一个实施方式中,所述灭火药剂为全氟己酮灭火剂。
在一个实施方式中,所述消防***还包括水喷淋消防***和水浸没消防***;所述水浸没消防***包括设置在所述电池预制舱上的水浸没消防水接口;所述水喷淋消防***包括设置在所述电池预制舱上水喷淋消防接口以及设置在所述电池预制舱内的水喷淋管网,所述水喷淋消防接口与所述水喷淋管网相连通。
在一个实施方式中,所述电池预制舱还包括电池簇和热管理***,所述电池簇包括至少一个电池包,所述热管理***包括空调和风道,每个簇电池均配置有空调,所述空调安装于所述电池预制舱的舱门上,所述空调的出风口与所述风道相连,所述风道的出风口设置在所述电池簇的顶部,以使冷风从所述电池簇的顶部进入电池簇。
在一个实施方式中,所述热管理***还包括分别设置在所述电池预制舱两端的防爆进风***以及防爆排风风机。
在一个实施方式中,所述电池预制舱外墙上设置泄压窗口,所述泄压窗口外部设置防雨罩。
在一个实施方式中,所述消防***还包括紧急启停按钮、声光报警器和气体喷洒指示灯;所述紧急启停按钮用于在发生火灾时或误报警时的紧急启动或停止所述气体消防***;所述声光报警器用于在电池包处于热失控状态时进行报警;所述气体喷洒指示灯用于指示所述气体消防***是否启动。
与现有技术相比,本发明的优点在于,通过设置与电池包一一对应地子监测装置以及子管路,实现对单一电池包进行火情监测以及火情控制,实现电池包级消防控制,精准灭火。通过采用全氟己酮灭火剂,配合气体消防管路、控制阀实现对单一电池包/多电池包的消防控制;采用全氟己酮灭火剂可实现多次喷灭。通过依据热仿真结果,温度较高的电池包设置较大规格的喷嘴及连接管,针对性加强灭火效果。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。
图1是本发明一实施例中风冷储能电池***的结构示意图;
图2是本发明一实施例中空调、风道、气体消防管路以及电池簇的结构示意图;
图3是本发明一实施例中消防***的结构示意图;
图4是本发明一实施例中气体消防***的结构示意图;
图5是本发明一实施例中电池包的结构示意图;
图6是本发明一实施例中刺破阀的结构示意图;
图7是本发明一实施例中风冷储能电池***的灭火流程图。
附图标记:
1、电池预制舱;2、消防***;3、热管理***;4、空调;5、风道;6、气体消防管路;7、电池簇;8、水消防管路;9、电池包;10、子监测装置;11、灭火执行装置;12、灭火药剂储存装置;13、可控电磁阀;14、控制装置;15、主管路;16、支管路;17、子管路;18、喷嘴;19、防水结构箱;20、备用电源。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图5所示,本发明提供一种风冷储能电池***包括电池预制舱1和消防***2。电池预制舱1内设置有若干电池簇7,每个电池簇7包括若干电池包9。
消防***2包括监测***、控制装置14和气体消防***。
监测***包括若干子监测装置10,子监测装置10与电池包9一一对应,有多少个电池包9则对应设置多少个子监测装置10,子监测装置10用于获取对应电池包9的监测数据并传送至控制装置14。监测数据包括温度、烟雾浓度、CO浓度、VOC(volatile organiccompounds挥发性有机化合物)浓度等数据中的一项或多项,对应地,子监测装置10包括感烟探测器、感温探测器、复合探测器等中的一种或多种;其中,复合探测器用于监测电池包9的CO浓度和VOC浓度,感烟探测器用于监测电池包9的VOC浓度,感温探测器用于监测电池包9的温度。控制装置14根据来自子监测装置10的监测数据来判断对应电池包9是否处于热失控状。当控制装置14判断对应电池包9处于热失控状态时,控制装置14控制气体消防***向对应电池包9内部释放灭火药剂。控制装置14安装在防水结构箱19内,防水结构箱19内还设置有备用电源20,备用电源20可向控制装置14提供24V电源。
气体消防***包括灭火执行装置11以及与灭火执行装置11相连通的气体消防管路6。灭火执行装置11包括灭火药剂储存装置12和可控电磁阀13。灭火药剂储存装置12设置在电池预制舱1的内部,用于存储灭火药剂。灭火药剂储存装置12通过可控电磁阀13连接气体消防管路6。可控电磁阀13与控制装置14连接,控制装置14可根据电池包9的监测数据控制可控电磁阀13开闭,从而控制灭火药剂储存装置12与气体消防管路6之间的通断。
气体消防管路6用于将灭火药剂储存装置12内的灭火药剂输送至电池包9内。气体消防管路6包括主管路15、支管路16和子管路17。主管路15通过可控电磁阀13连接灭火药剂储存装置12。
主管路15上设置若干支管路16,支管路16与电池预制舱1内电池簇7一一对应,有多少个电池簇7就对应设置多少条支管路16,主管路15内的灭火药剂通过支管路16输送到对应电池簇7。
支管路16上设置有若干子管路17,对应支管路16上的子管路17与对应电池簇7内的电池包9一一对应,有多少个电池包9就对应设置多少条子管路17,如图4所示的电池簇内包括8个电池包,则该电池簇的支管路16上设置有8条子管路17,通过这8条子管路17分别向这8个电池包9输送灭火药剂。每条子管路17均包括一控制阀和一喷嘴18。喷嘴18用于向电池包9内部释放灭火药剂,喷嘴18安装在对应的电池包9上,喷嘴18的接口安装在电池包9的外侧,喷嘴18的喷射口朝向电池包9的内部,以保证了电池包9整体空间的密闭性。控制阀安装在支管路16上,控制阀通过连接管快接到位于电池包9外侧的喷嘴18接口上,连接管优选采用软管;通过控制阀的通断来控制喷嘴18与支管路16之间的通断。控制阀与控制装置14连接,控制装置14可根据单个电池包9的监测数据控制对应子管路17的控制阀的开闭,实现对单个电池包9火情控制。控制阀优选采用刺破阀,刺破阀可进行远程操控。
子监测装置10对电池包9进行检测并将监测数据发送到控制装置14,控制装置14根据监测数据判断电池包9是否处于热失控状态。当电池包9发生火情,电池包9处于热失控状态时,控制装置14控制气体消防***启动,电池包9内部导风风扇停止工作,开启可控电磁阀13以及该电池包9对应的子管路17的控制阀,灭火药剂储存装置12内的灭火药剂经由可控电磁阀13进入主管路15和支管路16,灭火药剂从支管路16进到电池簇7,支管路16内的灭火剂经由对应子管路17上开启的控制阀进入软管和喷嘴18,通过喷嘴18将灭火药剂释放到该电池包9的内部进行灭火。
灭火药剂优选采用全氟己酮灭火剂,灭火药剂储存装置12为全氟己酮瓶组,全氟己酮灭火剂可多次释放,多次释放灭火剂能抑制多个电池包9火灾或复燃。在其他实施方式中,可以采用其他可实现多次喷灭的气体灭火药剂。
监测***采用外置式复合探测器监测温度、烟雾浓度、CO浓度以及VOC浓度。
参见图7,风冷储能电池***Pack控制逻辑如下:
(1)当监测数据满足以下三项条件中的至少一项时,外置式复合探测器达到一级报警:
条件一:CO浓度≥400ppm;
条件二:烟雾浓度≥0.5dB/m;
条件三:温度≥65℃。
当外置式复合探测器达到一级报警时,探测器增加采样频率,控制装置记录报警信息,无外部信号输出。
(2)当监测数据满足以下两项条件中的至少一项时,外置式复合探测器达到二级报警:
条件一:烟雾浓度≥0.5dB/m且温度≥65℃;
条件二:CO浓度≥800ppm且烟雾浓度≥0.9dB/m。
当外置式复合探测器达到二级报警时,则此时认为风冷储能电池***有安全隐患,确定安全隐患具体发生位置,火灾报警控制装置发出预警,并将数据传送到BMS***,通过BMS再传给EMS***,EMS控制PCS***限功率运行,工作人员对此电池簇进行安全检查。消防联动控制单元控制警报***声光报警器急促蜂鸣和灯闪,启动排风***。同时本地控制装置断开电池预制舱内总配电开关;EMS控制PCS停机,断开直流侧接触器,实现电池预制舱的电气隔离。
(3)当监测数据满足以下两项条件中的至少一项时,外置式复合探测器达到三级报警:
条件一:烟雾浓度≥0.9dB/m、CO浓度≥800ppm且持续10s;
条件二:且烟雾浓度≥0.5dB/m、CO浓度≥800ppm且温度≥85℃。
当外置式复合探测器达到三级报警时,此时认为储能电站空间内有发生热失控火灾(有明火产生),储能电站用火灾报警控制装置联动关闭排风***,同时打开包级刺破阀,倒计时0~30s(可调)按照包级抑制介质(如全氟己酮)喷放策略进行灭火剂喷放。
包级抑制介质喷放策略如下:
当一个包级外置式复合探测器发生三级报警,按照以下三个阶段喷放:
第一阶段:执行装置启动喷射,喷出990g抑制介质,迅速抑制包内热失控电池单体或扑灭包内火情并在包内建立灭火浓度。为了建立抑制***的浓度、可能存在抑制介质从泄压阀排出、三个电池包同时起火的可能,所以将抑制介质用量增加至所需用量的4.5倍。
第二阶段:在后续30分钟内,每分钟喷放约220g,共喷射30次。考虑电池包中余留的抑制介质以及每分钟喷射出不低于80g的抑制介质,电池包中抑制介质含量在30分钟内保持220g以上。灭火***在30分钟内以每分钟1次的频率向电池包内持续喷射抑制介质,保证包内灭火浓度并在30min内抑制复燃。
第三阶段:第二阶段结束后,电池包内情况基本趋于稳定,后续30分钟内降低喷射剂量,每两分钟喷放220g药剂,继续保持电池包内220g的抑制介质含量。灭火执行装置启动后1小时内将所有抑制介质喷射完,最大程度保证电池包整体安全。
当两个包级外置式复合探测器发生三级报警,按照以上三个阶段喷放,所有喷放持续时间翻两倍。
当三个包级外置式复合探测器发生三级报警,按照以上三个阶段喷放,所有喷放持续时间翻三倍。
当四个及四个以上的包级外置式复合探测器发生三级报警,开始舱级电磁阀进行全淹没灭火。
在一些实施方式中,消防***2还包括水喷淋消防***和水浸没消防***。水浸没消防***包括设置在电池预制舱1上的水浸没消防水接口;水喷淋消防***包括设置在电池预制舱1上水喷淋消防接口以及设置在电池预制舱1内的水消防管路8(即水喷淋管网),水喷淋消防接口与水消防管路8相连通。
在一些实施方式中,消防***2还包括紧急启停按钮、声光报警器和气体喷洒指示灯。紧急启停按钮用于在发生火灾时或误报警时的紧急启动或停止气体消防***;当控制装置14判断电池包9处于热失控状态时,声光报警器进行报警;在气体消防***启动时气体喷洒指示灯亮起。
在一些实施方式中,电池预制舱1还包括热管理***3,热管理***3包括空调4和风道5。空调4安装于电池预制舱1的舱门上,每个电池簇7均配置有至少一台空调4,实现一簇一管理,例如一个配置两台空调4供冷风。空调4的出风口与风道5相连,风道5的出风口设置在电池簇7的顶部,从而使空调4提供的冷风从电池簇7的顶部进入电池簇7,经电池包9正面风扇吸风完成冷流的循环。电池预制舱1的端部设置防爆排风风机,防爆排风风机带电动百叶;在电池预制舱1的另一端设置防爆进风***,防爆进风***带电动百叶,用于消防动作前对预制舱内部进行充分排气。
电池预制舱1的外墙上还设置有泄压窗口,泄压窗口用于平衡气体消防***2启动时站内外压差。泄压窗口外部设置防雨罩,用于阻挡雨水进入电池预制舱1内。
对风道-电池簇热热仿真,可根据风道-电池簇热仿真结果针对性地设计风道5的结构和气体消防管路的结构。
仿真假设:
1)所有部件装配良好,相互紧密配合;
2)忽略部件结构细节对流场及温度场的影响;
3)忽略材料参数随温度的变化影响;
仿真边界条件:
1)环境温度:25℃;
2)空调***:
出风口温度:20℃;
风量:700m3/h(根据风扇规格设定)
工况为0.5C充电2h,静置0.5h,0.5c放电2h,电芯参数及环境温度、风扇P-Q曲线与电池包相同,考虑稳态工况,得到10h后电池簇内部电芯温度分布,以最高温度电芯所在电池包为高温区域,对相应电池包的消防喷嘴和管路单独设计。
输入:电芯性能参数,风扇性能参数,电池簇模型;
计算条件:环境温度等边界条件,计算工况;
输出:电池簇电芯温度分布;
改善措施:根据电芯温度分布,得到最高温度电芯位置,所在电池包为高温区域,对应消防管路尺寸增大。
普通位置处电池包支管路、连接管和喷嘴尺寸:φ12-φ8-φ8;
高温位置处电池包支管路、连接管和喷嘴尺寸:φ12-φ12-φ8。
根据热仿真计算结果,对高温区域的电池包9加大喷嘴18及连接管规格,如增大连接管的管径以及喷嘴18喷射口的横截面,从而积增大气体喷射流量,针对性地加强喷灭效果。
在一些实施方式中,电池簇每个电池包的温度Ti,电池簇电池包的最高温度Tmax,电池包支管管路直径φ0,连接管软管管路直径φi,消防软管不同规格直径差值△d,不同位置电池包软管直径φi为:
如果Ti=Tmax,则φi=φ0;
若Ti≠Tmax,则φi=φ0-△d。
喷灭气体体积差异:
其中,设计喷气时间to;设计喷气速率S;考虑气体粘性和管路阻力对气体流速的影响,取定的有效系数η,实际流速=S×η。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述,但在不脱离本发明的范围的情况下,可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是,只要不存在结构冲突,各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例,而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (13)
1.一种风冷储能电池***,包括电池预制舱,所述电池预制舱包括若干电池包,其特征在于,还包括消防***,所述消防***包括监测***、控制装置和气体消防***;所述监测***包括若干子监测装置,所述子监测装置与所述电池包一一对应,所述子监测装置用于获取对应电池包的监测数据并传送至所述控制装置;所述气体消防***包括灭火执行装置以及与所述灭火执行装置相连通的气体消防管路,所述气体消防管路上设置有若干子管路,所述子管路与所述电池包一一对应,所述子管路一端连接所述灭火执行装置,另一端与对应的电池包内部相连通;所述控制装置与所述监测***以及所述气体消防***相连接,所述控制装置构造为根据对应电池包的监测数据控制所述灭火执行装置以及对应子管路向所述电池包内部释放灭火药剂。
2.根据权利要求1所述的风冷储能电池***,其特征在于,所述灭火执行装置包括灭火药剂储存装置和可控电磁阀;所述灭火药剂储存装置用于存储灭火药剂,所述灭火药剂储存装置通过所述可控电磁阀连接所述子管路;所述可控电磁阀与所述控制装置连接,所述控制装置构造为根据电池包的监测数据控制所述可控电磁阀开闭。
3.根据权利要求1所述的风冷储能电池***,其特征在于,所述子管路包括控制阀和喷嘴,所述喷嘴的喷射口设置在对应电池包的内部,所述喷嘴通过连接管连接所述控制阀,所述控制阀连接所述灭火执行装置;所述控制阀与所述控制装置连接,所述控制装置构造为根据所述电池包的监测数据控制对应控制阀开闭。
4.根据权利要求3所述的风冷储能电池***,其特征在于,多个电池包串联组成电池簇,对单个电池簇进行热仿真获得所述电池簇内部电芯温度分布,以最高温度电芯所在电池包为高温区域,其余电池包为普通区域,位于高温区域内的电池包对应的子管路的连接管的管径以及喷嘴喷射口的横截面积大于位于普通区域内的电池包对应的子管路管径以及喷嘴喷射口的横截面积。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的风冷储能电池***,其特征在于,所述监测数据包括温度、烟雾浓度、CO浓度、VOC浓度中的一项或多项。
6.根据权利要求5所述的风冷储能电池***,其特征在于,监测数据满足以下三项条件中的至少一项时,达到一级报警:
条件一:CO浓度≥400ppm;
条件二:烟雾浓度≥0.5dB/m;
条件三:温度≥65℃;
当达到一级报警时,所述监测***增加采样频率,所述控制装置记录报警信息,无外部信号输出;
当监测数据满足以下两项条件中的至少一项时,达到二级报警:
条件一:烟雾浓度≥0.5dB/m且温度≥65℃;
条件二:CO浓度≥800ppm且烟雾浓度≥0.9dB/m;
当达到二级报警时,确定安全隐患具体发生位置,发出预警,电池***限功率运行,断开直流侧接触器,实现电池预制舱的电气隔离;
当监测数据满足以下两项条件中的至少一项时,达到三级报警:
条件一:烟雾浓度≥0.9dB/m、CO浓度≥800ppm且持续10s;
条件二:且烟雾浓度≥0.5dB/m、CO浓度≥800ppm且温度≥85℃;
当达到三级报警时,判定电池包发生热失控火灾,对应子管路向所述电池包内部释放灭火药剂。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的风冷储能电池***,其特征在于,所述子监测装置包括感烟探测器、感温探测器、复合探测器中的一种或多种,所述复合探测器构造为可监测CO浓度和VOC浓度。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的风冷储能电池***,其特征在于,所述灭火药剂为全氟己酮灭火剂。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的风冷储能电池***,其特征在于,所述消防***还包括水喷淋消防***和水浸没消防***;所述水浸没消防***包括设置在所述电池预制舱上的水浸没消防水接口;所述水喷淋消防***包括设置在所述电池预制舱上水喷淋消防接口以及设置在所述电池预制舱内的水喷淋管网,所述水喷淋消防接口与所述水喷淋管网相连通。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的风冷储能电池***,其特征在于,所述电池预制舱还包括电池簇和热管理***,所述电池簇包括至少一个电池包,所述热管理***包括空调和风道,每个簇电池均配置有空调,所述空调安装于所述电池预制舱的舱门上,所述空调的出风口与所述风道相连,所述风道的出风口设置在所述电池簇的顶部,以使冷风从所述电池簇的顶部进入电池簇。
11.根据权利要求10所述的风冷储能电池***,其特征在于,所述热管理***还包括分别设置在所述电池预制舱两端的防爆进风***以及防爆排风风机。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的风冷储能电池***,其特征在于,所述电池预制舱外墙上设置泄压窗口,所述泄压窗口外部设置防雨罩。
13.根据权利要求1-4中任一项所述的风冷储能电池***,其特征在于,所述消防***还包括紧急启停按钮、声光报警器和气体喷洒指示灯;所述紧急启停按钮用于在发生火灾时或误报警时的紧急启动或停止所述气体消防***;所述声光报警器用于在电池包处于热失控状态时进行报警;所述气体喷洒指示灯用于指示所述气体消防***是否启动。
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