变电站消防系统设计

中图分类号：TU2

摘要：

随着国民经济的发展，电网改造的进程也在加快。在电网改造建设过程中,变电站的建设数量呈现不断上升的趋势。为了节省用地、减少建筑面积、控制工程造价和与城建规划相协调，许多变电站都设计为综合自动化无人值班的变电站，采用全户内或半户内布置方案。在此种情况下，消防系统的正常运行对于变电站的安全生产显得更为重要。本文着重介绍变电站的各种消防技术措施及其工作原理和相应的设计方法。

关键词：变电站消防系统、水喷雾灭火系统、气体灭火系统、火灾自动报警系统

Abstract:With the development of national economy, the power grids oftheprocess is also accelerating. In the process of construction of power grids, the number of substation construction is showing a growing trend. To save space, reduce the building area, and control project cost , many substations are designed for unattended substation integrated automation, full indoor or semi indoor layout. In such cases, the normal operation of the fire protection system for substation safety in production is more important. This paper introduces a variety of technical measures and its working principle and the corresponding design method.

Keywords: substation fire protection system, water spray extinguishing systems, gas fire extinguishing system, automatic fire alarm system

变电站消防系统的设计可分为：总平面布置及建筑防火、消防灭火设备系统、通风空调防排烟、消防电气、电缆敷设及防火阻燃等几部分内容，以下对各个系统的设计原则一一作简略介绍。

一、总平面布置及建筑防火

变电站总平面布置消防设计主要依据《建筑设计防火规范》GB50016及《火力发电厂与变电站设计防火规范》GB50229。

变电站内火灾危险性为丙类且建筑面积超过3000m3的生产建筑周围宜设置环形消防通道。主变压器场地、高压电抗器场地周围应设置环形消防通道，当设置环形消防车道有困难时，可沿长边设置尽端式消防车道，并应设置丁字形回车道或回车场。消防车道的宽度不应小于4m，转弯半径不宜小于9m，道路上架空障碍物净高不应小于4m，可以满足消防车通道、运行、检修、安装等要求。以确保消防通道畅通无阻,在每一建(构)筑物发生火灾时,消防车可直达出事地点。

变电站内的建(构)筑物与变电站外的民用建(构)筑物，变电站内各建(构)筑物及设备间防火间距必须严格遵循《建筑设计防火规范》GB50016及《火力发电厂与变电站设计防火规范》GB50229的规定,以防止某一部位发生火灾后殃及相邻部位的建(构)筑物,从而阻止火势漫燃至全站。

二、灭火系统

变电站内的灭火系统有消火栓灭火系统、水喷雾与细水雾灭火系统、泡沫灭火系统、气体灭火系统、干粉灭火系统等多种形式。

1.消火栓灭火系统

变电站消火栓灭火系统主要用于保护综合楼、配电装置楼等。消火栓灭火系统的灭火机里主要是冷却：将可燃物冷却到燃点以下，燃烧反应终止。用水扑灭固体物质的火灾时，水吸收大量热量，使燃烧物的温度迅速降低，火焰熄灭。变电站消火栓灭火系统室内外消火栓用水量是依据《火力发电厂与变电站设计防火规范》GB50229和建筑物耐火等级、火灾危险性类别、建筑物体积、建筑物高度、建筑物层数等选取相应的设计用水量。由于相当一部分变电站地处偏僻乡郊或山区，市政供水不能到达或距离较远，多采用深井取水以满足变电站生活和消防用水。故变电站室内外消火栓灭火系统给水方式多采用设置消防贮水池、消防水泵和稳压设施等组成的统一临时高压消火栓给水系统。

2.水喷雾与细水雾灭火系统

变电站水喷雾与细水雾灭火系统主要用于保护油浸变压器、高压电抗器、电容器、电缆隧道、电缆夹层等。其灭火机理主要是通过高压产生细小的水雾滴直接喷射到正在燃烧的物质表面产生表面冷却、窒息、乳化、稀释等作用。从水雾喷头喷出的雾状水滴，粒径细小，表面积很大，遇火后迅速汽化，带走大量的热量，使燃烧表面温度迅速降到燃点以下，使燃烧体达到冷却目的；当雾状水喷射到燃烧区遇热汽化后，形成比原体积大1700倍的水蒸汽，包围和覆盖在火焰周围，因燃烧体周围的氧浓度降低，使燃烧因缺氧而熄灭；对于不溶于水的可燃液体，雾状水冲击到液体表面并与其混合，形成不燃性的乳状液体层，从而使燃烧中断；对于水溶性液体火灾，由于雾状水能与水溶性液体很好溶合，使可燃烧性浓度降低，降低燃烧速度而熄灭。水喷雾与细水雾灭火系统设计喷雾强度以及持续喷雾时间依据国家标准《水喷雾灭火系统设计规范》GB50219和相关行业标准有关规定选取相应的设计数据。由于水喷雾灭火系统保护设备都是高压带电设备，所以喷头与带电设备的最小距离应根据带电设备额定电压等级选取相应的最小布置距离。油浸变压器的保护面积除应按扣除底面面积以外的变压器外表面面积确定外，尚应包括油枕、冷却器的外表面面积和集油坑的投影面积。以下为某110kV变电站主变压器细水雾灭火系统，如图1所示。

3. “SP”合成型泡沫喷雾灭火系统

合成型泡沫喷雾灭火系统是采用合成泡沫灭火剂，通过气压式喷雾达到灭火的目的。该系统作用原理是结合水雾灭火和泡沫灭火的特点，借助水雾和泡沫的冷却、窒息、乳化和隔离等综合作用来达到迅速灭火的目的，具有良好的灭火效果，且不易复燃。系统的启动方式是采用储存在钢瓶内的氮气作为动力源，直接驱动储液罐内的灭火剂混合液，经管道和水雾喷头喷出。故不需设置庞大的消防水池，同时由于灭火剂以高压氮气作动力源，也不需设消防水泵等装置。整个系统结构简单，布置紧凑，控制容易，维护方便。对户外独立变电站的油浸变压器特别是缺水或寒冷地区的变压器，可采用“SP”合成型泡沫喷雾灭火系统取代传统的水喷雾灭火系统。“SP”合成型泡沫喷雾灭火系统设计喷雾强度以及持续喷雾时间依据国家标准《泡沫灭火系统规范》GB50151和相关行业标准有关规定选取相应的设计数据。油浸变压器的保护面积是按保护对象的水平投影面积且四周外延1米计算,与水喷雾灭火系统计算保护面积有所不同。以下为某220kV变电站主变压器“SP”合成型泡沫喷雾灭火系统，如图2所示。

4. 排油注氮灭火系统

排油注氮灭火系统的灭火机理是：当变压器因内部故障发生火灾，火灾自动报警系统同时接到火灾探测器和瓦斯继电器动作信号后，立即打开快速排油阀，降低变压器油箱油位，减轻油箱本体油压，防止变压器爆炸；同时关闭控流阀，切断油枕向本体供油。经数秒延时，氮气从变压器底部充入本体，并充分搅拌，使油温降至燃点以下而迅速灭火。全部充氮时间在十分钟以上，可使变压器油充分冷却，防止复燃。整个系统结构简单，运行维护方便。

5.气体灭火系统

随着卤代烷灭火剂在内的氯氟烃类物质在大气中的排放，导致对地球大气臭氧层的破坏，危害人类的生存环境。变电站气体灭火系统已多采用七氟丙烷气体（HFC-227ea）灭火系统、混合惰性气体（IG-541）灭火系统、二氧化碳灭火系统等洁净气体灭火系统。其灭火机里有冷却、窒息、隔离和化学抑制等。变电站气体灭火系统多用于封闭空间的油浸变压器室、高压电容器室、高压电抗器室等的保护。气体灭火系统主要依据防护区净容积和国家标准《气体灭火系统设计规范》GB50370选取灭火设计浓度等以设计计算。以下为某110kV变电站电容器室七氟丙烷灭火系统，如图3所示。

6.建筑灭火消防器材

变电站各室外场地和室内各设备间按《建筑灭火器配置设计规范》GB50140和《电力设备典型消防规程》DL5027设置推车式和手提式干粉灭火器、消防砂池、消防斧、消防铲、消防铅桶、活动式喷雾水枪等建筑灭火消防器材。

三、通风、空调及防排烟

变电站建筑通风、排烟应尽量采用开窗自然通风和自然排烟方式。不具备自然排烟条件的配电装置室及地下变电站则应设置机械排烟设施。变电站通风和空调系统应与消防系统联锁，配合消防系统进行防火隔断和排烟。火灾时，应按火灾自动报警系统设定的程序联锁自动关闭通风和空调电源。

变电站GIS室内的六氟化硫气体和气体灭火防护区域放出的洁净气体均为比空气重的气体，故应设置机械排风装置，排风口宜设置在防护区的下部并应直通室外。

四、消防电气

1.消防供电

消防控制室、消防水泵、防烟排烟设施、火灾自动报警系统、灭火系统、疏散应急照明和电动的防火门、窗、卷帘、阀门等消防用电，应按现行的国家标准《火灾自动报警系统设计规范》GB50116和《供配电系统设计规范》GB50052的规定进行设计。

2.火灾应急照明及疏散标志

变电站主控制室、通信室、配电装置室、继电器室、变压器室、电容器室、电抗器室、消防水泵房、建筑疏散通道和楼梯间等场所，设置火灾事故应急照明以及发光疏散指示标志。

3.火灾自动报警系统

变电站应根据《火灾自动报警系统设计规范》GB50116和《火力发电厂与变电站设计防火规范》GB50229的要求，设置火灾报警及控制系统。火灾报警控制器的容量、性能要求以及相应接口均应按照远期规模考虑，火灾探测报警区域包括主控楼及主变压器等。根据安装部位的不同，采用不同类型和原理的探测器。火灾探测报警系统由感烟、感温探头、感温电缆、手动报警盒、警铃、火灾报警控制器等组成。

火灾报警控制器应设在变电站的主控室内，以便于集中控制和管理火灾报警信息，并可通过通信接口将信息送至变电站的计算机监控系统，一旦火灾发生，工作站操作员可即时推出相应的报警画面，供运行人员监视。

五、电缆敷设及防火阻燃

为了防止电缆火灾事故，电缆从室外进入室内的入口处、电缆竖井的出入口处、电缆接头处、主控制室与电缆夹层之间以及长度超过100米的电缆沟或电缆隧道，均应采取防止电缆火灾蔓延的阻燃或分隔措施，并应根据变电站的规模及重要性采取一种或数种的防火阻燃措施。

总之，随着国民经济的发展，消防标准的进一步提高。同时各种新型灭火系统在变电站消防上的广泛应用，必将带来良好的社会效益和经济效益。

参考文献

[1] 建筑设计防火规范 GB50016-2006中国计划出版社 2006年

[2] 火力发电厂与变电所设计防火规范 GB50229-2006中国计划出版社 2007年

[3] 水喷雾灭火系统设计规范 GB50219-95中国计划出版社 1995年

[4] 气体灭火系统设计规范 GB50370-2005中国计划出版社 2006年

[5] 火灾自动报警系统设计规范 GB50116-98中国计划出版社1999年

[6] 建筑灭火器配置设计规范 GB50140-2005 中国计划出版社 2005年

[7] 泡沫灭火系统规范 GB50151-2010 中国计划出版社 2011年

甘海燕

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。