應(yīng) 捷，王 暉，張佳慶，汪 偉，楊若松，劉 睿

(1.中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 西安710075；2.國網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司，北京102209；3.國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥230601；4.電力火災(zāi)與安全防護(hù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥230022；5.國家電網(wǎng)公司輸變電設(shè)施火災(zāi)防護(hù)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥230022)

由于建設(shè)規(guī)模、站址條件的不同，330kV及以下電壓等級(jí)變電站在消防設(shè)計(jì)技術(shù)上存在一定的差異。而隨著消防系統(tǒng)對(duì)變電站安全運(yùn)行的重要性不斷提高，部分投運(yùn)較早的變電站在消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)上存在缺陷，已不滿足國家頒布的《火力發(fā)電廠及變電站消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50229-2019)的要求。本文調(diào)研了330kV及以下電壓等級(jí)的變電站消防設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析不滿足現(xiàn)有消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的共性問題，為今后消防提升提供參考意見。

1 330kV變電站消防設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，330kV變電站消防設(shè)計(jì)主要差異體現(xiàn)在主變消防方式及消防系統(tǒng)控制。330kV變電站主變固定消防系統(tǒng)大致可分為：水噴霧滅火系統(tǒng)消防、泡沫噴霧滅火系統(tǒng)消防、排油注氮滅火系統(tǒng)消防等方式。由于電壓等級(jí)較低，部分變電站投運(yùn)時(shí)間較早，消防設(shè)計(jì)已無法滿足現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 水噴霧滅火系統(tǒng)

采用水噴霧滅火系統(tǒng)的330kV變電站，大多在水源充足地區(qū)。較早投運(yùn)的此類變電站，站內(nèi)一般設(shè)有消火栓系統(tǒng)，但消火栓管網(wǎng)呈支狀布置，部分管道與綠化澆灑合用；部分變電站還存在生活、消防管道合用的情況。

以西安地區(qū)某330kV戶外變電站為例，該站于1989年4月投運(yùn)。3臺(tái)主變壓器均已安裝主變固定水噴霧滅火系統(tǒng)，型號(hào)均為NCA型智能火災(zāi)報(bào)警控制器和水噴霧滅火系統(tǒng)裝置，生產(chǎn)廠家為美國NOTIFIER公司，消防系統(tǒng)于1996年5月8日投入運(yùn)行。

因該消防系統(tǒng)建成較早，水噴霧系統(tǒng)控制閥為電磁閥，響應(yīng)時(shí)間超過60s?，F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(GB50219-2014)表3.1.2規(guī)定：“油浸變壓器水噴霧滅火系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)大于60s”；第4.0.3條：“響應(yīng)時(shí)間不大于120s的系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)置雨淋報(bào)警閥組?！惫矢鶕?jù)現(xiàn)行規(guī)范要求，消防系統(tǒng)控制閥及響應(yīng)時(shí)間均無法滿足要求[1]。

另外，通過對(duì)國內(nèi)變壓器火災(zāi)案例進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)變壓器起火后，最易從絕緣套管部位開裂[2]?，F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(GB50219-2014)第3.2.5條：“當(dāng)保護(hù)對(duì)象為油浸式電力變壓器時(shí)，水霧噴頭的布置應(yīng)符合下列要求：變壓器絕緣子升高座孔口、油枕、散熱器、集油坑應(yīng)設(shè)水霧噴頭保護(hù)?！币虼?，進(jìn)出線絕緣套管升高座孔口設(shè)置單獨(dú)的噴頭保護(hù)有利于滅火可靠性。而本工程水霧噴頭保護(hù)范圍未覆蓋絕緣子升高座孔口，不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。圖1為水噴霧消防系統(tǒng)工作流程圖。

圖1 水噴霧消防系統(tǒng)工作流程圖

同時(shí)，由于規(guī)范調(diào)整，所有投運(yùn)較早的變電站事故油池有效容積基本按照儲(chǔ)存油量最大單臺(tái)設(shè)備的60%設(shè)計(jì)，不滿足貯存100%油量的要求。

在消防系統(tǒng)控制方面，投運(yùn)較早的變電站通常采用1套感溫電纜布置在330kV主變本體上，與《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50116-2013)中第7.2.10條：“裝有聯(lián)動(dòng)裝置、自動(dòng)滅火系統(tǒng)以及用單一探測器不能有效確認(rèn)火災(zāi)的場合，宜采用感煙探測器、感溫探測器、火焰探測器(同類型或不同類型)的組合。”不符，應(yīng)采用兩路不同型號(hào)的纜式線型感溫火災(zāi)探測器[3]。

同時(shí)，絕大多數(shù)投運(yùn)較早的站內(nèi)水消防系統(tǒng)無滅火系統(tǒng)電源指示、裝置啟動(dòng)指示、消防水泵狀態(tài)、雨淋報(bào)警閥狀態(tài)、消防蓄水池液位狀態(tài)、電動(dòng)控制閥狀態(tài)、主備電源狀態(tài)、檢修鎖定等信號(hào)，需要設(shè)備升級(jí)后接入變電站監(jiān)控系統(tǒng)。

對(duì)于水噴霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還應(yīng)注意在雨淋閥下游管道最低處設(shè)置放空點(diǎn)，以免管道積水造成嚴(yán)重腐蝕。為防止雨淋閥組因堵塞造成的誤動(dòng)作，在閥組入口處應(yīng)設(shè)置Y型過濾器，降低閥組誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)[4]。

1.2 泡沫噴霧滅火系統(tǒng)

采用泡沫噴霧滅火系統(tǒng)的330kV變電站，普遍在水源較為缺乏的地區(qū)。此類變電站消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為簡單，采用由壓縮氮?dú)怛?qū)動(dòng)儲(chǔ)罐內(nèi)的泡沫預(yù)混液經(jīng)泡沫噴霧噴頭噴灑泡沫到防護(hù)區(qū)，大多不設(shè)置泡沫消火栓，也無水消防管網(wǎng)，站區(qū)其他區(qū)域的消防主要依靠化學(xué)滅火器及其他移動(dòng)消防設(shè)施。

以陜西榆林某330kV變電站為例，該站處于缺水地區(qū)，采用泡沫噴霧滅火系統(tǒng)，較為經(jīng)濟(jì)合理。每臺(tái)變壓器的噴頭布置方面，泡沫霧噴頭的布置覆蓋了變壓器絕緣子升高座孔口、油枕、散熱器、集油坑等。在高壓套管升高座位置增加布置ZSTW16/60(90)噴頭量，增強(qiáng)了滅火能力。圖2為泡沫噴霧滅火系統(tǒng)原理圖。

圖2 泡沫噴霧滅火系統(tǒng)原理圖

但是，較早投運(yùn)的此類變電站也存在變壓器高壓套管升高座缺乏泡沫噴霧噴頭保護(hù)的問題。大多數(shù)變電站泡沫噴頭僅布置在變壓器的兩側(cè)上方，根據(jù)現(xiàn)行《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50151-2010)，缺少對(duì)閥側(cè)套管、網(wǎng)側(cè)套管升高座孔口的保護(hù)，存在安全隱患?，F(xiàn)有的站區(qū)變壓器泡沫噴霧滅火裝置按照工程設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)行的規(guī)范執(zhí)行，對(duì)泡沫罐容量的計(jì)算參數(shù)較小，因此泡沫罐容量偏小。

在消防系統(tǒng)控制方面，部分采用泡沫噴霧消防的變壓器高壓套管根部無感溫電纜保護(hù)。還有部分變電站泡沫噴霧消防系統(tǒng)僅采用遠(yuǎn)方、就地手動(dòng)控制方式。根據(jù)《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50116-2013)，正常情況下，變壓器固定自動(dòng)滅火系統(tǒng)應(yīng)投入在“自動(dòng)狀態(tài)”。

根據(jù)調(diào)研，在工程實(shí)際中，預(yù)混式泡沫噴霧滅火系統(tǒng)消防效果并不理想，存在噴射強(qiáng)度和保護(hù)范圍沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求的情況。而該滅火方式在《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》(GB50229-2019)第11.5.4條：“單臺(tái)容量為125MV·A及以上的油浸變壓器、200Mvar及以上的油浸電抗器應(yīng)設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)或其他固定式滅火裝置?！敝形闯霈F(xiàn)，條文說明也未提及，使用時(shí)需承擔(dān)滅火失敗的風(fēng)險(xiǎn)。

值得注意的是，目前已有新型泵組式(現(xiàn)混)泡沫噴霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)應(yīng)用于330kV電壓等級(jí)的變電站，作為示范性項(xiàng)目案例已經(jīng)投入運(yùn)行[5]，其效果有待驗(yàn)證。

1.3 排油注氮滅火系統(tǒng)

采用排油注氮滅火系統(tǒng)的330kV變電站，消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)最為簡單，在缺水、寒冷、風(fēng)沙大的地區(qū)使用較為普遍[5]。該系統(tǒng)投資造價(jià)最低，年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用適中。在《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》(GB50229-2019)第11.5.4條文說明中指出：“其他固定滅火系統(tǒng)”主要是指排油注氮滅火裝置，其在變電站中的應(yīng)用也較多，當(dāng)啟動(dòng)方式可靠時(shí)可作為變壓器中的消防滅火措施。但排油注氮滅火系統(tǒng)的滅火方式為一次性滅火，在初期未成功滅火的情況下，無后續(xù)保障力量[6]。圖3為排油注氮滅火系統(tǒng)原理圖。

圖3 排油注氮滅火系統(tǒng)原理圖

投運(yùn)較早的330kV變電站在采用排油注氮滅火系統(tǒng)作為主變消防方式時(shí)，也存在一些問題。以陜西咸陽某330KV變電站為例，該站于2006年4月投運(yùn)，主變固定式排油充氮滅火系統(tǒng)在“手動(dòng)控制”位置運(yùn)行，主變探測器配置不符合《電力設(shè)備典型消防規(guī)程》(DL5027-2015)表13.7.4中“油浸式變壓器(單臺(tái)容量125MV·A及以上)火災(zāi)探測器類型：纜式線型感溫+纜式線型感溫或纜式線型感溫+火焰探測器組合”要求；同時(shí)存在注氮閥與排油閥間未設(shè)機(jī)械聯(lián)鎖閥門；信號(hào)接入不全等問題。

發(fā)生火災(zāi)時(shí)，滅火系統(tǒng)未在“自動(dòng)控制”位置運(yùn)行，火災(zāi)發(fā)生時(shí)不能快速可靠動(dòng)作；因信號(hào)不全，導(dǎo)致消防系統(tǒng)隨主變局放不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)火警。為消除消防隱患，今后消防提升工作中，火災(zāi)信號(hào)應(yīng)該具有實(shí)時(shí)監(jiān)測功能和“自動(dòng)控制”功能，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，主變固定式排油充氮滅火系統(tǒng)能快速可靠動(dòng)作，確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

同時(shí)，該裝置許多設(shè)計(jì)參數(shù)采用的是各生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)[7-8]，與《油浸變壓器排油注氮裝置技術(shù)規(guī)程》(CECS187-2005)、《油浸變壓器排油注氮消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范》(DB43T4)、《油浸變壓器排油注氮滅火裝置》(GA835-2009)等規(guī)范要求不一致，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 其他滅火設(shè)施

經(jīng)調(diào)研，大部分早期330kV變電站電纜溝內(nèi)未加裝感溫光纖。發(fā)生火災(zāi)時(shí)無法及時(shí)滅火，易引發(fā)電氣火災(zāi)事故。為消除消防隱患，確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行，需對(duì)變電站內(nèi)電纜溝加裝感溫光纖；電纜溝內(nèi)電纜密集處、轉(zhuǎn)彎處安裝固定式滅火設(shè)施(如超細(xì)干粉滅火裝置)。

超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)啟動(dòng)方式為電引發(fā)啟動(dòng)，啟動(dòng)條件為手動(dòng)啟動(dòng)和自動(dòng)啟動(dòng)。其工作流程圖如圖4所示。

圖4 超細(xì)干粉自動(dòng)滅火裝置工作流程圖

依據(jù)國網(wǎng)設(shè)備部編制的《變電站(換流站)消防設(shè)備設(shè)施等完善化改造原則》第4.2.4.9條：“220kV及以上變電站的電纜夾層及電纜豎井內(nèi)應(yīng)安裝線型感溫、感煙或吸氣式感煙探測器，纜式線型感溫火災(zāi)探測器在電纜表面以“S型”纏繞方式敷設(shè)?！钡?.2.4.10條：“變電站電纜半層、電纜豎井內(nèi)應(yīng)設(shè)置固定式滅火設(shè)施；電纜溝內(nèi)電纜密集處、轉(zhuǎn)彎處等重點(diǎn)部位可設(shè)置固定式自動(dòng)滅火設(shè)施；固定式自動(dòng)滅火設(shè)施宜采用懸掛式干粉自動(dòng)滅火器?！?/p>

針對(duì)此類問題的變電站，在今后消防提升中應(yīng)對(duì)電纜溝溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，能顯示每個(gè)區(qū)域溫度情況、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線?？煞奖悴樵?nèi)我粫r(shí)段歷史數(shù)據(jù)；報(bào)警數(shù)據(jù)可在軟件中設(shè)置，除設(shè)置若干個(gè)溫度值超限報(bào)警外，還具有溫度變化率超限報(bào)警，能夠?qū)鹎榈拇笮。饎?shì)蔓延方向和速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和快速分析[9-10]。在電纜溝安裝懸掛式干粉滅火器，安裝熒光光纖測溫系統(tǒng)，采用絕緣、抗電磁干擾、無源的熒光光纖傳感器，對(duì)重點(diǎn)發(fā)熱部分實(shí)施溫度監(jiān)測，同時(shí)對(duì)懸掛式干粉滅火器實(shí)施控制(兩個(gè)啟動(dòng)條件分別來自于兩路獨(dú)立的測溫光纜溫度信號(hào))，溫度達(dá)到120℃啟動(dòng)滅火器自動(dòng)爆破，達(dá)到滅火的目的。

2 330kV以下電壓等級(jí)的變電站消防設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

330kV以下電壓等級(jí)的變電站，因部分變電站主變?nèi)萘枯^小(單臺(tái)容量小于125MV·A)，根據(jù)規(guī)范可以不設(shè)置固定式滅火裝置，變電站內(nèi)僅采用移動(dòng)式滅火裝置(如滅火器、消防沙箱等)進(jìn)行滅火。對(duì)于半戶內(nèi)變電站，依據(jù)《火力發(fā)電廠與變電站防火設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50229-2019)中主控通信樓及繼電器室的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類提升為丁級(jí)，需要設(shè)置水消防系統(tǒng)。這導(dǎo)致此類變電站的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)已不滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

2.1 220kV及110kV變電站

220kV及110kV電壓等級(jí)的變電站，一般是根據(jù)變電站建筑體積、設(shè)計(jì)耐火等級(jí)及火災(zāi)危險(xiǎn)性確定是否需設(shè)置建筑室內(nèi)、外消火栓及其流量[11]。消防水泵房內(nèi)同330kV變電站，設(shè)置消防水泵組，包括消防水泵、消防穩(wěn)壓水泵和氣壓罐。

主變壓器場地及站內(nèi)各建筑物內(nèi)按照規(guī)范配置了數(shù)量和型號(hào)適宜的移動(dòng)式干粉滅火器。主變壓器還應(yīng)配有消防沙箱，同時(shí)配消防鏟、消防鉛桶、消防斧等作為全站公用滅火設(shè)備。電纜溝采取防火墻、防火隔板及防火封堵等防火措施。防火墻、防火隔板和防火封堵滿足耐火極限不低于1h的耐火完整性、隔熱性要求。

站內(nèi)設(shè)置一套火災(zāi)報(bào)警及控制系統(tǒng)，報(bào)警信號(hào)上傳至地區(qū)監(jiān)控中心及相關(guān)單位。

主變壓器消防由其容量確定是否需要設(shè)置固定式滅火裝置?！痘鹆Πl(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》(GB50229-2019)規(guī)定，單臺(tái)容量在125MV·A以上的油浸變壓器、200Mvar及以上的油浸式電抗器應(yīng)設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)或其他固定式滅火裝置。經(jīng)調(diào)研，某些偏遠(yuǎn)地區(qū)110kV變電站因主變?nèi)萘窟h(yuǎn)小于125MV·A，根據(jù)規(guī)范僅采用移動(dòng)式干粉滅火器。

而根據(jù)《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》(GB50229-2019)，主控通信樓及繼電器室的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類提升為丁級(jí)，不滿足規(guī)范11.5.1“變電站內(nèi)建筑物滿足耐火等級(jí)不低于二級(jí)，體積不超過3000m3，且火災(zāi)危險(xiǎn)性為戊類時(shí)，可不設(shè)消防給水”的要求?？梢?，大部分未設(shè)置水消防系統(tǒng)的變電站已不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。在后續(xù)消防提升中，應(yīng)補(bǔ)充完善水消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

同時(shí)，變電站的電纜溝未設(shè)置自動(dòng)滅火設(shè)施，一旦發(fā)生火災(zāi)，因缺少自動(dòng)滅火系統(tǒng)，只能被動(dòng)等待檢修人員更換電纜[12]。為消除消防隱患，有條件時(shí)，此類變電站的電纜溝重要處可設(shè)置固定式滅火設(shè)施(如超細(xì)干粉滅火裝置)。

2.2 66kV及35kV變電站

66kV及以下電壓等級(jí)的變電站，一般主變?nèi)萘啃∮?25MV·A，根據(jù)規(guī)范宜配置干粉滅火器。主變壓器配有消防沙箱及50kg推車式磷酸銨鹽干粉滅火器，同時(shí)配消防鏟、消防鉛桶、消防斧等作為全站公用滅火設(shè)備。

35kV變電站內(nèi)預(yù)制艙火災(zāi)危險(xiǎn)性類別為戊類，最低耐火等級(jí)為二級(jí)，體積小于3000m3。可以不設(shè)置消防給水，所以此類變電站基本不設(shè)置建筑室內(nèi)、外消火栓系統(tǒng)。站內(nèi)各建筑物和電力設(shè)備按照《電力設(shè)備典型消防規(guī)程》(DL5027-2015)和《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50140-2005)規(guī)范要求設(shè)置不同類型的移動(dòng)式滅火器。

經(jīng)調(diào)研，由于此類變電站電壓等級(jí)較低，多數(shù)為無人值守站，執(zhí)行消防規(guī)范力度不夠，部分變電站對(duì)于消防器材的配置和維護(hù)未按照國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

3 結(jié)論

通過對(duì)330kV及以下電壓等級(jí)變電站消防設(shè)計(jì)差異化應(yīng)用進(jìn)行調(diào)研分析，今后在消防提升方面應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)根據(jù)《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》(GB50229-2019)，主控通信樓及繼電器室的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類提升為丁級(jí)，需設(shè)置水消防。而大部分未設(shè)置水消防系統(tǒng)的半戶內(nèi)變電站已不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

(2)在主變消防方面，采用水噴霧系統(tǒng)及泡沫噴霧系統(tǒng)的大多數(shù)變電站，噴頭保護(hù)范圍未覆蓋絕緣子升高座孔口，不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。因此，進(jìn)出線絕緣套管升高座孔口設(shè)置單獨(dú)的噴頭保護(hù)有利于滅火可靠性。

(3)在消防控制方面，多數(shù)投運(yùn)較早的變電站采用1套感溫電纜布置在主變本體上，與最新版《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50116-2013)要求不符。同時(shí)，站內(nèi)消防系統(tǒng)監(jiān)控、報(bào)警信號(hào)需要進(jìn)行設(shè)備升級(jí)后接入變電站監(jiān)控系統(tǒng)。

(4)絕大部分220kV-300kV電壓等級(jí)的變電站在電纜溝內(nèi)未加裝感溫光纖。發(fā)生火災(zāi)時(shí)無法及時(shí)滅火，易引發(fā)電氣火災(zāi)事故。為消除消防隱患，確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行，需對(duì)變電站內(nèi)電纜溝加裝感溫光纖；電纜溝內(nèi)電纜密集處、轉(zhuǎn)彎處安裝固定式滅火設(shè)施(如超細(xì)干粉滅火裝置)。

(5)由于規(guī)范調(diào)整，所有投運(yùn)較早的變電站事故油池有效容積基本按照儲(chǔ)存油量最大單臺(tái)設(shè)備的60%設(shè)計(jì)，不滿足貯存最大單臺(tái)設(shè)備100%油量的要求。

(6)66kV及以下電壓等級(jí)的變電站由于電壓等級(jí)較低，執(zhí)行消防規(guī)范力度不夠，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。