蔣從偉,曹 飛,馮飛波,楊曉艷,劉同同,何春華,袁守軍

(1.國網(wǎng)安徽省電力有限公司蚌埠供電公司,安徽 蚌埠 233000;2.合肥工業(yè)大學(xué),合肥 230009)

110 k V 變電站數(shù)量較多,分布廣泛,在保障工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與提高城鄉(xiāng)居民生活水平等方面起著重要作用。110 k V 變電站大多分布于人口稠密的城鎮(zhèn)及近郊,其消防安全保障格外重要。我國最新版變電站消防設(shè)計防火規(guī)范未對110 k V 變電站的自動消防能力提出要求。在無人值守條件下,一旦出現(xiàn)火情(警),該類變電站缺乏必要的迅速響應(yīng)機制和自救能力[1-2]。因此,開展110 k V變電站消防策略研究,對保障及提高變電站消防安全顯得尤為迫切。

1 110 kV變電站消防設(shè)施現(xiàn)狀及問題

1.1 消防設(shè)施現(xiàn)狀

目前運行的110 k V 變電站主要包括戶外變電站(簡稱“戶外站”)110-A1-2和戶內(nèi)變電站(簡稱“戶內(nèi)站”)110-A2-6兩種設(shè)計方案。

110 k V戶內(nèi)站的配電裝置室屬丙類廠房,其耐火等級為一級,體積超過5 000 m3,根據(jù)GB 50229—2019《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火規(guī)范》和GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定,110 k V戶內(nèi)變電站設(shè)置了室內(nèi)、外消火栓系統(tǒng)。110 k V戶外站內(nèi)建筑物屬戊類廠房,其耐火等級為二級,且體積不超過3 000 m3,根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》第8.1.2條“耐火等級不低于二級且建筑體積不大于3 000 m3的戊類廠房,居住區(qū)人數(shù)不超過500人且建筑層數(shù)不超過兩層的居住區(qū),可不設(shè)室外消火栓系統(tǒng)”,且戶外變電站主變壓器容量不超過50 MVA,可不設(shè)固定滅火設(shè)施,故安徽省內(nèi)運行的110 k V 戶外站均未設(shè)置水消防系統(tǒng)。

戶內(nèi)站和戶外站的二次設(shè)備室、配電裝置室及其他公共場所均配備了足量的5 kg手提式干粉滅火器;戶內(nèi)站的主變壓器室內(nèi)還設(shè)置了2臺50 kg推車式干粉滅火器,戶外站在主變壓器附近配置消防棚一座,棚內(nèi)配備50 kg推車式干粉滅火器、消防鏟、消防桶(25 L)及消防斧等消防設(shè)施,且每座主變壓器配一座消防砂池。

1.2 消防設(shè)施存在的問題

當(dāng)前,安徽省內(nèi)110 k V 變電站的主變壓器均未配備自動滅火設(shè)施,僅在附近配置了建筑滅火器和消防砂池。自2008 年安徽省開展智能站建設(shè)以來,現(xiàn)有的110 k V 變電站均為無人值守站。該情況下,未配備自動滅火系統(tǒng)的變電站消防自救能力薄弱,一旦出現(xiàn)火情(警),待區(qū)域中心接到報警信號,人工核實后向當(dāng)?shù)叵啦块T報警,往往會錯過最佳的滅火時間,易導(dǎo)致火災(zāi)失控。

此外,變電站的電纜溝和開關(guān)柜僅配置了感溫電纜或感煙電纜,未設(shè)自動滅火設(shè)施。一旦電纜溝或開關(guān)柜著火,雖然遠程控制中心能收到著火信號,但因缺少自動滅火系統(tǒng),只能被動等待維修人員更換電纜或開關(guān)柜。

2 110 kV變電站消防策略

110 k V變電站大多建于人口稠密的市區(qū)及近郊,其消防安全不容忽視。現(xiàn)有消防標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范僅要求110 k V變電站配備移動式消防器具,如手持式或推車式滅火器等。隨著變電站全面進入智能化無人值守發(fā)展階段,該類滅火方式無法滿足迅速、高效的滅火需求[3]。近年來,在部分經(jīng)濟相對發(fā)達的省份和地區(qū),110 k V的變電站陸續(xù)配備了固定式自動滅火系統(tǒng),顯著提高了消防安全保障能力[4]。隨著經(jīng)濟水平的進一步發(fā)展,在變電站內(nèi)主變壓器室(區(qū))、開關(guān)柜和電纜溝等敏感區(qū)域配備合適的自動滅火系統(tǒng),提高其消防自救能力,將是安徽省內(nèi)110 k V 變電站消防設(shè)施發(fā)展的必然趨勢。

2.1 主變壓器室(區(qū))

2.1.1 戶外站110-A1-2方案

戶外站110-A1-2主變壓器布置在戶外,其消防設(shè)施的選擇須充分考慮天氣條件的影響。適合戶外主變壓器的消防設(shè)施主要有水噴霧自動滅火系統(tǒng)、排油注氮自動滅火系統(tǒng)、泡沫噴霧自動滅火系統(tǒng),其中,排油注氮自動滅火系統(tǒng)由于誤動頻繁且無法撲滅變壓器外部的火災(zāi),目前國內(nèi)的主變壓器逐步淘汰該滅火設(shè)施[5]。水噴霧自動滅火系統(tǒng)技術(shù)成熟,滅火可靠,有條件的戶外變電站可優(yōu)先選用該類滅火設(shè)施[6];但水噴霧系統(tǒng)需水量較大,且消防水池和消防泵房的占地面積較大,對于相對缺水地區(qū)(如皖北)或征地較為困難的情況(老舊站改造升級、用地緊張的市區(qū)等),水噴霧滅火系統(tǒng)的劣勢明顯。

荷電泡沫噴霧系統(tǒng)對于變壓器的帶電火災(zāi)有可靠的滅火效果,無需水源,管道、噴頭以及設(shè)備可產(chǎn)品化成套供應(yīng),對于安徽省內(nèi)缺水地區(qū)或消防升級改造的變電站,荷電泡沫噴霧系統(tǒng)是最理想的自動滅火設(shè)施。110-A1-2方案主變壓器荷電泡沫噴霧自動滅火系統(tǒng)中,站內(nèi)需增設(shè)一座占地約18 m2的一體化泡沫罐室,內(nèi)含泡沫罐的有效容積為5 500 L;泡沫混合液的供給強度不應(yīng)小于8 L/(min·m2),泡沫混合液的連續(xù)供給時間不應(yīng)小于15 min。噴頭的布置應(yīng)使泡沫覆蓋變壓器油箱頂面,且噴頭及管道與高壓電氣設(shè)備帶電裸露部分的間距不得小于1.0 m。一般,噴頭的間距為1.5～2.0 m,具體可根據(jù)變壓器的安全帶電距離適當(dāng)調(diào)整。另外,每個變壓器進出線絕緣套管升高座孔口設(shè)置單獨的噴頭保護。主變壓器荷電泡沫噴霧滅火系統(tǒng)布置如圖1所示。

圖1 110 k V 戶外站主變壓器荷電泡沫噴霧滅火系統(tǒng)布置

2.1.2 戶內(nèi)站110-A2-6方案

戶內(nèi)站110-A2-6 主變壓器、電容器、接地變以及蓄電池均布置在室內(nèi),不易受自然天氣的影響。該類變電站主變壓器室的滅火系統(tǒng)選擇范圍廣,如高壓細(xì)水霧自動滅火系統(tǒng)、氣體自動滅火系統(tǒng)、水噴霧自動滅火系統(tǒng)以及荷電泡沫噴霧自動滅火系統(tǒng)均適用于110-A2-6 方案。相對于水噴霧自動滅火系統(tǒng),高壓細(xì)水霧自動滅火系統(tǒng)需水量小(低于水噴霧系統(tǒng)用水量的10%),且滅火介質(zhì)比合成型泡沫更環(huán)保,對主變壓器不會產(chǎn)生任何損壞[7];同時,相對于氣體滅火系統(tǒng),高壓細(xì)水霧對人體不會產(chǎn)生缺氧窒息的危險[8]。因而,戶內(nèi)站110-A2-6方案中主變壓器室推薦使用高壓細(xì)水霧自動滅火系統(tǒng)。

高壓細(xì)水霧自動滅火系統(tǒng)的箱泵一體化設(shè)備布置緊湊,可布置于配電裝置室屋頂上,不增加變電站用地。高壓細(xì)水霧自動滅火系統(tǒng)保護區(qū)域為變壓器主體、油枕和集油坑。其噴霧強度不得小于1.2 L/(min·m2),其持續(xù)噴霧時間20 min。主變壓器及油池采用K=0.5的開式噴頭,q=5 L/min,油枕采用K=1.2 的開式噴頭,q=12 L/min。根據(jù)主變壓器的外形尺寸均應(yīng)布置噴頭,并根據(jù)變壓器的安全帶電距離適當(dāng)調(diào)整,噴頭布置間距為1.5～3.0 m。高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)平面布置如圖2所示。

2.2 開關(guān)柜

110 k V 變電站的開關(guān)柜主要分布于配電裝置室,二次屏柜分布于二次設(shè)備室。因空氣凝露、局部發(fā)熱、電線電纜接頭不牢等原因,開關(guān)柜存在火災(zāi)隱患[9]。目前,開關(guān)柜和二次屏柜的消防設(shè)計常見的有氣體自動滅火系統(tǒng)、干粉自動滅火系統(tǒng)和探火管自動滅火系統(tǒng)(CO2)。

圖2 110 k V 戶內(nèi)站主變壓器高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)布置

氣體自動滅火系統(tǒng)用于開關(guān)柜的滅火時,需要將整個配電裝置室作為一個防火保護區(qū),并要求整個保護區(qū)內(nèi)達到設(shè)計滅火強度,由于氣體蔓延的滯后性,該滅火系統(tǒng)對開關(guān)柜內(nèi)的火災(zāi)滅火效果較差,且存在不必要的浪費,故不推薦采用該自動滅火系統(tǒng)[8]。干粉自動滅火系統(tǒng)可直接敷設(shè)在開關(guān)柜內(nèi),可根據(jù)各開關(guān)柜內(nèi)的探測結(jié)果,自動噴發(fā)干粉滅火,但干粉本身對配電裝置室內(nèi)的空氣環(huán)境有巨大影響,不利于人體健康,故也不推薦采用[10]。

探火管滅火裝置采用柔性可彎曲的細(xì)管——探火管作為火災(zāi)的探測報警部件,同時這種探火管還可以兼作滅火劑的輸送及噴放管道[11]。因而,在推薦探火管作為開關(guān)柜的滅火裝置,該裝置可方便地布置(預(yù)制)到柜體每一個潛在的著火源的最近處,一旦發(fā)生火災(zāi),探火管受熱破裂,立即釋放滅火劑(二氧化碳)滅火。110 k V變電站內(nèi),推薦的開關(guān)柜滅火裝置為5 kg掛式探火管滅火裝置,每套裝置可用于5只開關(guān)柜的火災(zāi)預(yù)警及滅火工作。

2.3 電纜溝

變電站的電纜溝均包含一次電纜溝和二次電纜溝。戶外站110-A1-2 方案的電纜溝總長度約110 m,戶內(nèi)站110-A2-6 方案電纜溝長度約210 m。目前,適用于電纜溝的常見消防設(shè)施有氣體滅火系統(tǒng)和超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)。氣體滅火系統(tǒng)的滅火效果好,但電纜溝分布于站內(nèi)的室內(nèi)外,布置相對分散,且電纜溝內(nèi)以防火分隔為單元的防火保護區(qū)較多,若全站電纜溝均采用氣體滅火系統(tǒng),則氣體管道分布較廣,氣體的保護防護區(qū)較多,整個氣體滅火系統(tǒng)將會很龐大,從而導(dǎo)致不必要的浪費。

超細(xì)干粉滅火技術(shù)是當(dāng)今最高效的滅火技術(shù),由于滅火時間通常小于5 s,而且對應(yīng)用場所的密封性無要求,因此非常適用于電纜溝這種全封閉空間;該滅火系統(tǒng)簡單、成本低、滅火劑用量小、滅火費用低[12]。因而,在安徽省110 k V 變電站電纜溝內(nèi)的自動滅火系統(tǒng)推薦采用超細(xì)干粉自動滅火系統(tǒng)。在電纜溝每隔2.5 m 及拐彎處,交錯布置0.8 kg臥式超細(xì)干粉滅火裝置1只(見圖3)。一旦電纜溝內(nèi)火災(zāi)發(fā)生,滅火裝置自發(fā)啟動,噴射干粉,撲滅火災(zāi)。該系統(tǒng)無需外部消防報警設(shè)備,造價相對較低,且可實現(xiàn)自動滅火,適用于無人值守變電站。

圖3 電纜溝中超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)布置(單位:mm)

3 應(yīng)用效果分析

自2018年國網(wǎng)安徽省電力有限公司開展變電站消防隱患排查工作以來,預(yù)警能力差、誤報率高的排油注氮自動滅火裝置已逐步被泡沫噴霧、水噴霧、高壓細(xì)水霧等更為安全、可靠的自動滅火系統(tǒng)所替代,消防設(shè)施的運行與管理方式也由手動(遠程手動)的方式轉(zhuǎn)為更加適合無人值守智能變電站的自動控制方式,變電站的消防自救能力得到了顯著提升。

另外,GB 50229-2019《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火規(guī)范》未對110 k V 變電站主變壓器的消防設(shè)施做出明確要求。隨著經(jīng)濟技術(shù)水平的進一步提升,各地相關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)的頒布及成功運行案例的不斷推出,110 k V 變電站在消防方案設(shè)計以及老舊變電站消防設(shè)施改造等方面將有望向著更規(guī)范、安全、合理的方向邁進。

4 結(jié)束語

在無人值守條件下,110 k V 變電站內(nèi)普遍配備的建筑滅火器無法滿足迅速、高效、自動的滅火需求。隨著經(jīng)濟水平的進一步發(fā)展,安徽省內(nèi)110 k V 變電站配備自動滅火設(shè)施是提升變電站消防自救能力的有效措施。隨著信息技術(shù)及智能變電站的不斷發(fā)展,未來變電站的消防系統(tǒng)必將向更智能的方向發(fā)展。