劉 明

(四川勁拓工程咨詢有限公司，四川 成都 610101)

0 引言

GB 50229—2019《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火標準》[1](以下簡稱《2019版防火標準》)已于2019年8月1日起實施，它是電力工程設(shè)計行業(yè)的一項重要標準，對保證火力發(fā)電廠與變電站消防安全、預(yù)防和減少火災(zāi)危害、保障人身及財產(chǎn)安全具有重大意義。火力發(fā)電廠與變電站防火標準1996年首次發(fā)布，2006年第一次修編，2019年版為第二次修編。《2019版防火標準》總結(jié)了十年來我國火力發(fā)電廠與變電站防火設(shè)計的實踐經(jīng)驗，反映了消防方面的技術(shù)發(fā)展和最新科研成果。

變電站的發(fā)展趨勢是無人化、無油化、小型化、模塊化、智能化。隨著變電站深入負荷中心，公用變電站的建設(shè)密度不斷增大，變電站的用地緊張問題非常突出。對照《2019版防火標準》中有關(guān)建(構(gòu))筑物火災(zāi)危險性分類及消防給水等方面的規(guī)定，標準對這種趨勢針對性不足。

GB 50229—2006《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火規(guī)范》[2](以下簡稱《2006版防火標準》)對變電站的適用范圍是“電壓為35～500 kV、單臺變壓器容量5 000 kVA及以上的變電站”?！?019版防火標準》對變電站的適用范圍是“電壓為1 000 kV級及以下的變電站、換流站”。提高設(shè)計標準的適用電壓等級是技術(shù)進步的必然。取消電壓等級下限和單臺變壓器容量下限的規(guī)定，則使標準覆蓋了所有35 kV級變電站和20 kV、10 kV終端變電站。防火標準對其適用電壓范圍和變壓器容量作了調(diào)整，相關(guān)條文卻沒有適應(yīng)性修改，在工程應(yīng)用中給小型和終端變電站設(shè)計帶來了一定的困擾，部分條文執(zhí)行困難。

針對《2019版防火標準》變電站內(nèi)容(第11章)未細化或不明確的部分條文具體應(yīng)用問題探討如下。

1 同一房間內(nèi)布置不同電氣設(shè)備時建筑物火災(zāi)危險性分類問題

變電站常見建筑物有主控制樓、繼電器室、配電裝置樓(室)、變壓器室、電容器室、電抗器室等，《2019版防火標準》分別規(guī)定了這些建筑物的火災(zāi)危險性分類，11.1.2條還規(guī)定了同一建筑物或建筑物的任一防火分區(qū)布置有不同火災(zāi)危險性的房間時建筑物或防火分區(qū)內(nèi)的火災(zāi)危險性類別。

在實際工程中，存在不同電氣設(shè)備布置在同一房間的情況，如站用變壓器、低壓電容器與供配電柜同室布置等。DL/T 5155—2016《220 kV～1 000 kV變電站站用電設(shè)計技術(shù)規(guī)程》[3]的7.2.1條：“當(dāng)站用變壓器采用屋內(nèi)布置時，油浸變壓器應(yīng)安裝在單獨的小間內(nèi)。干式變壓器可以布置在站用配電屏室內(nèi)?！盙B 50053—2013《20 kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范》[4]的4.1.2條：“非充油的高、低壓配電裝置和非油浸型的電力變壓器，可設(shè)置在同一房間內(nèi)。”5.3.1條：“高壓電容器裝置宜設(shè)置在單獨的房間內(nèi)，當(dāng)采用非可燃介質(zhì)的電容器且電容器組容量較小時，可設(shè)置在高壓配電室內(nèi)。低壓電容器裝置可設(shè)置在低壓配電室內(nèi)，當(dāng)電容器總?cè)萘枯^大時，宜設(shè)置在單獨的房間內(nèi)?！边@些規(guī)定都說明一定條件下不同功能的電氣設(shè)備布置在一起是允許的。

《2019版防火標準》根據(jù)布置的設(shè)備用途來命名不同的建筑物，并對建筑物進行火災(zāi)危險性分類。當(dāng)同一房間內(nèi)布置不同的設(shè)備時，其建筑物火災(zāi)危險性如何分類則沒有規(guī)定。像站用變壓器、電容器或繼電保護設(shè)備等與配電裝置屏柜同室布置，如果按配電裝置室標準，則建筑物火災(zāi)危險性分類為戊類；如果按變壓器室、電容器室或繼電器室標準，則建筑物火災(zāi)危險性分類至少為丁類。

為避免標準執(zhí)行出現(xiàn)不統(tǒng)一的情況，建議增加電氣設(shè)備火災(zāi)危險性分類規(guī)定，以及室內(nèi)布置不同火災(zāi)危險性分類的電氣設(shè)備時建筑物火災(zāi)危險性分類規(guī)定：單獨布置某設(shè)備的建筑物，火災(zāi)危險性分類與設(shè)備火災(zāi)危險性分類一致；同一房間布置不同火災(zāi)危險性分類的設(shè)備時，按火災(zāi)危險性較大的設(shè)備確定建筑物火災(zāi)危險性分類等級。

2 主控制樓和繼電器室火災(zāi)危險性分類問題

主控制樓和繼電器室火災(zāi)危險性分類，在《2006版防火標準》表11.1.1中為戊類，在《2019版防火標準》中修改為丁類。

《2006版防火標準》和《2019版防火標準》相應(yīng)條文說明都是這樣：“氣體式或干式變壓器、干式電容器、干式電抗器等電氣設(shè)備屬無油設(shè)備，可燃物大大減少，火災(zāi)危險性降低，因此建筑火災(zāi)危險性分類確定為丁類。主控制樓的火災(zāi)危險性為戊類，是按照電纜采取了防止火災(zāi)蔓延的措施確定的，可以采用下列措施：用防火堵料封堵電纜孔洞，采用防火隔板分隔，電纜局部涂防火涂料，局部用防火帶包扎等?！毕嗤臈l文說明，對應(yīng)兩個版本的正文內(nèi)容卻不一致。

《2006版防火標準》已經(jīng)實施了十多年，這期間，750 kV及以上的特高壓工程陸續(xù)建成，并無資料顯示變電站主控通信樓、繼電器室火災(zāi)危險性分類為戊類不恰當(dāng)。實際上，變電站內(nèi)電纜采取防火阻燃措施是最基本的要求，因此，這類建筑物火災(zāi)危險性分類確定為戊類更具普遍性。

主控制樓和繼電器室火災(zāi)危險性分類是丁類還是戊類非常重要，這涉及到變電站是否設(shè)計消防給水問題，本文后面還會談到。除極少數(shù)電壓等級較低的簡易變電站和20 kV、10 kV終端變電站外，每個變電站內(nèi)均設(shè)有主控制樓或繼電器室，如果建筑物火災(zāi)危險性分類由戊類提高到丁類，意味著運行中的變電站很多不符合新規(guī)范的要求。在對工程進行改擴建時，設(shè)計人員無所適從，不知道是否應(yīng)該對原有消防設(shè)施進行改造完善。

考慮到不同電壓等級變電站主控制樓和繼電器室重要性是不一樣的，建議對其火災(zāi)危險性分類按照電壓等級、是否有人值班等予以區(qū)分，見表1所列。

表1 主控制樓和繼電器室火災(zāi)危險性分類及耐火等級

220 kV級屬于中型變電站，110 kV及以下屬于小型變電站。國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司的220 kV及以下變電站(公用站)已大規(guī)模推行無人值班模式，而用戶變電站(專用站)最高電壓等級通常不超過220 kV，所以表1以220 kV作為火災(zāi)危險性分類丁類與戊類的分界點。

3 電容器室火災(zāi)危險性分類問題

《2019版防火標準》表11.1.1，電容器室火災(zāi)危險性分類有兩種：電容器室(有可燃介質(zhì))為丙類，干式電容器室為丁類。10～66 kV并聯(lián)電容器組結(jié)構(gòu)形式分為充油集合式和框架式，小容量10 kV并聯(lián)電容器、1 kV及以下低壓并聯(lián)電容器多采用柜式。充油集合式是將若干電容器單元集裝于一個充滿絕緣油的大箱殼中；框架式雖然也有絕緣油，但只作為浸漬劑，無滴流油。除了低壓的BDMJ(氮氣)型和BKMJ(空氣)型屬于真正的干式電容器，其余大量用的是浸漬油絕緣介質(zhì)+膜絕緣介質(zhì)，本質(zhì)上還是屬于有可燃介質(zhì)的電容器。

按《2019版防火標準》，只要電容器布置在室內(nèi)，其所在的建筑物火災(zāi)危險性分類屬于丙類(有可燃介質(zhì))或丁類(干式)，與電容器組電壓、容量無關(guān)。因此，有必要將電容器室火災(zāi)危險性分類細化，根據(jù)是否有可燃介質(zhì)、可燃介質(zhì)性質(zhì)，并結(jié)合電容器組容量、安裝方式進行劃分。

由于單組容量5 Mvar電容器普遍用于110 kV級變電站，單組容量1 Mvar電容器通常用于35 kV級變電站，建議的電容器室火災(zāi)危險性分類及耐火等級見表2所列。

表2 電容器室火災(zāi)危險性分類及耐火等級

對容量1 Mvar及以下油浸漬柜式電容器，或容量1 Mvar及以下的干式電容器，電容器室火災(zāi)危險性等級改為戊類后，與配電裝置樓(室)火災(zāi)危險性等級一致，將此類電容器與配電屏柜布置在一起，符合有關(guān)規(guī)范要求。

4 其他設(shè)備室火災(zāi)危險性分類問題

《2019版防火標準》適用范圍擴大到35 kV以下，同時取消了單臺變壓器容量5 000 kVA的限制，但在確定建(構(gòu))筑物火災(zāi)危險危險性分類時，沿用的仍是之前的條文，部分分類沒有全范圍覆蓋。

參照該標準中表11.1.1已有規(guī)定，結(jié)合工程實踐，建議對變電站部分其他設(shè)備室火災(zāi)危險性分類調(diào)整見表3所列。

表3 部分其他設(shè)備室火災(zāi)危險性分類及耐火等級

變壓器、電抗器在原理及結(jié)構(gòu)上與配電裝置的電流互感器、電壓互感器是類似的。將油浸變壓器室和油浸電抗器室按油量60 kg作為分界點，與配電裝置樓(室)設(shè)備油量劃分一致。

氣體或干式變壓器按容量劃分，是為了區(qū)別對待主變壓器和站用變壓器。110 kV變電站站用變壓器容量一般不超過250 kVA，35 kV及以下變電站站用變壓器容量一般不超過50 kVA，故以250 kVA為分界點。

干式電抗器容量劃分是參考干式變壓器容量。對5 Mvar電容器組，按5%配置串聯(lián)電抗器，電抗器三相容量250 kvar。

中小型變電站一般不配置柴油發(fā)電機。30 kW柴油發(fā)電機能滿足110 kV變電站應(yīng)急電源需求，其每小時耗油量約6.3 kg，10 h耗油量約63 kg，因此取儲油量60 kg作為柴油發(fā)電機房火災(zāi)危險性分類分界點。

5 戶外獨立金屬箱體是否屬于建筑物問題

有的設(shè)備戶外布置時，出于防雨或小型化、集約化需要，會配置獨立金屬箱體(外殼)，如干式接地變及消弧線圈成套裝置，組合式變壓器(制造標準JB/T 10217，類似美式箱變)，高壓/低壓預(yù)裝式變電站(制造標準GB/T 17467，類似歐式箱變)，以及近年來大力推廣的裝配式變電站、配電化變電站等。

這類金屬箱體不是設(shè)備的必需組件，主要代替建筑物起到防雨、防風(fēng)沙等作用。在防火設(shè)計中，戶外獨立金屬箱體是否按建筑物來確定防火間距存在分歧。

國家電網(wǎng)公司發(fā)布的通用設(shè)計方案，所有預(yù)制艙均不計建筑面積，按設(shè)備對待。

GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的5.2.3條及條文說明，10 kV及以下的預(yù)裝式變電站與臨近建筑的防火間距，“比照一、二級耐火等級建筑間的防火間距減少一半，確定為3 m?！闭f明預(yù)裝式變電站可不列入一般廠房建筑物。建議對帶獨立金屬外殼、由生產(chǎn)商工廠預(yù)制、整體或分段運輸?shù)浆F(xiàn)場拼裝、體積不超過1 000 m3(面積不超過250 m2、高度不超過4 m計算得到)的裝置，當(dāng)作單一設(shè)備，執(zhí)行設(shè)備防火標準；否則按生產(chǎn)建筑對待。

6 變電站消防給水問題

《2019版防火標準》11.5.1條：“變電站的規(guī)劃和設(shè)計，應(yīng)同時設(shè)計消防給水系統(tǒng)。消防水源應(yīng)有可靠的保證?！蓖瑫r該條備注：“變電站內(nèi)建筑物滿足耐火等級不低于二級，體積不超過3 000 m3且火災(zāi)危險性為戊類時，可不設(shè)消防給水?！?/p>

該條規(guī)定在110 kV及以下變電站設(shè)計中爭議最多，實施最困難，主要體現(xiàn)在以下幾點：

1) 有主控制室是否就必須設(shè)計消防給水

由于主控制樓和繼電器室火災(zāi)危險性分類在《2019版防火標準》中為丁類，雖然這些建筑物體積可能遠遠小于3 000 m3，按11.5.1規(guī)定，無論電壓等級多低，所有帶主控制樓、繼電器室或主控制室的變電站都必須設(shè)計消防給水。

為了規(guī)避這一要求，有設(shè)計人員把電氣二次設(shè)備及通信設(shè)備與35 kV、20 kV或10 kV戶內(nèi)開關(guān)柜布置在同一個房間，并將房間稱為配電裝置室。因為無含油電氣設(shè)備的配電裝置樓(室)的火災(zāi)危險性分類為戊類，這樣就可以不設(shè)計消防給水。顯然，這種做法違背了標準規(guī)定的初衷。

2) 二次設(shè)備室采用預(yù)制艙，是否設(shè)計消防給水

預(yù)制艙的應(yīng)用是當(dāng)前智能化變電站標準化設(shè)計、工廠化加工、模塊化建設(shè)、機械化施工的重要支撐。把繼電器室和主控制室布置在一個二次設(shè)備預(yù)制艙內(nèi)，全站無其他任何建筑物，如果預(yù)制艙被當(dāng)作火災(zāi)危險性分類為丁類的建筑物，則需設(shè)計消防給水；如果預(yù)制艙被當(dāng)作不含油的電氣設(shè)備，則無需設(shè)計消防給水。

3) 是否因為干式變壓器、有可燃介質(zhì)電容器、干式電容器、干式電抗器布置在室內(nèi)而設(shè)計消防給水

《2019版防火標準》表11.1.1中，電容器室(有可燃介質(zhì))火災(zāi)危險性分類為丙類，氣體或干式變壓器室、干式電容器室、干式電抗器室火災(zāi)危險性分類為丁類。當(dāng)這些設(shè)備與對應(yīng)的配電屏柜布置在同一室內(nèi)，即使容量很小，如果按配電裝置樓(室)火災(zāi)危險性分類，可不設(shè)計消防給水；按變壓器室、電容器室火災(zāi)危險性分類，則應(yīng)設(shè)計消防給水。

GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[5]的3.4.8條：“當(dāng)室外油浸變壓器單臺功率小于300 MVA，且周圍無其他建筑物和生活給水時，可不設(shè)置室外消火栓?！?其條文說明中提到，變壓器滅火主要依靠水噴霧系統(tǒng)(若有)，消火栓只是輔助。調(diào)查表明，變電站發(fā)生火災(zāi)的主要部位是在變壓器等處，而其他設(shè)備(包括站用變壓器)都可實現(xiàn)無油化，因此重點做好主變壓器等含油設(shè)備的消防是合理的。

110 kV及以下無人值班變電站總平面布置緊湊，無生活建筑，除110 kV全戶內(nèi)站外，站內(nèi)生產(chǎn)建筑面積在幾十平方米到幾百平方米之間。這類變電站分布廣泛，數(shù)量眾多，而且很多地方取水困難，或者因為寒冷、風(fēng)沙等原因，水量、水質(zhì)無法保證，其消防設(shè)計應(yīng)以預(yù)防為主，化學(xué)消防為輔，包括主變壓器也盡量采用化學(xué)消防。建議對變電站設(shè)計消防給水的標準調(diào)整為：變電站內(nèi)建筑物滿足耐火等級不低于二級，體積不超過3 000 m3且火災(zāi)危險性為戊類(對110 kV及以下變電站火災(zāi)危險性為丁類或戊類)時，可不設(shè)消防給水。

7 可燃介質(zhì)電容器(棚)、油浸變壓器等與變電站內(nèi)建(構(gòu))筑物防火間距問題

《2019版防火標準》表11.1.5中，可燃介質(zhì)電容器(棚)與生產(chǎn)建筑和其他設(shè)備的防火間距都是10 m，這種不區(qū)分電容器組容量大小的規(guī)定不盡合理，對電壓等級低的變電站，大大增加了場地面積。建議修改為：火災(zāi)危險性分類丙類的可燃介質(zhì)電容器(棚)與生產(chǎn)建筑和其他設(shè)備的防火間距10 m，火災(zāi)危險性分類丁類或戊類的可燃介質(zhì)電容器(棚)與生產(chǎn)建筑和其他設(shè)備的防火間距減少一半，為5 m。

《2019版防火標準》只規(guī)定了單臺設(shè)備油量大于等于5 t的油浸變壓器、油浸電抗器與建(構(gòu))筑物的防火間距，建議補充油量小于5 t情況。參照GB 50053—2013的4.2.2條，可規(guī)定油量2 500 kg及以上、5 t以下時防火間距為5 m，2 500 kg以下時防火間距為3 m。

8 小型變壓器之間防火間距問題

《2019版防火標準》表11.1.7中，對電壓等級35 kV及以下、單臺油量為 2 500 kg及以上的屋外油浸變壓器之間、屋外油浸電抗器之間的最小間距作了規(guī)定，但對油量在2 500 kg以下的設(shè)備沒有規(guī)定。

GB 50053—2013的4.2.2條，對20 kV及以下變壓器，規(guī)定“油重小于1 000 kg的相鄰油浸變壓器外廓之間的凈距不應(yīng)小于1.5 m；油重1 000 kg～2 500 kg的相鄰油浸變壓器外廓之間的凈距不應(yīng)小于3.0 m；油重大于2 500 kg的相鄰油浸變壓器外廓之間的凈距不應(yīng)小于5 m?！?/p>

建議將此內(nèi)容補充到GB 50229中，以覆蓋小容量變壓器情況。其中油重2 500 kg變壓器外廓之間的凈距按不應(yīng)小于5 m(GB 50229—2019與GB 50053—2013規(guī)定不統(tǒng)一，取前者給出的數(shù)據(jù))。

9 不同大小變壓器之間防火墻尺寸問題

《2019版防火標準》11.1.8條規(guī)定，“防火墻的高度應(yīng)高于變壓器油枕，其長度超出變壓器的貯油池兩側(cè)不應(yīng)小于l m?！碑?dāng)兩臺變壓器尺寸一致或相當(dāng)時，執(zhí)行這條規(guī)定沒有異議。但當(dāng)一臺變壓器尺寸明顯小于相鄰的另一臺變壓器，如油浸站用變壓器與油浸主變壓器布置在一排，若按此要求設(shè)計防火墻，防火墻高、寬尺寸超出站用變壓器外廓遠大于1 m，導(dǎo)致材料增加很多。

《2019版防火標準》6.7.3條條文說明：“從變壓器著火后其四周對人的影響情況來看，當(dāng)其著火后對地面最大輻射強度是在與地面大致成45°的夾角范圍內(nèi)，要避開最大輻射溫度，故考慮變壓器之間的水平間距宜大于變壓器的高度?！币虼耍瑢Σ煌笮∽儔浩飨噜彶贾们闆r，建議按照火焰輻射影響范圍來設(shè)計防火墻，即按外廓尺寸大的變壓器火焰呈45°輻射，防火墻高度不低于另一臺變壓器的高度；水平方向保證火焰輻射路徑經(jīng)過防火墻后其對外廓尺寸小的變壓器兩側(cè)(若有貯油池則對貯油池兩側(cè))的凈距不小于1 m，如圖1、圖2所示。

圖1 不同尺寸變壓器與防火墻布置平面圖

圖2 不同尺寸變壓器與防火墻布置立面圖

這種做法，既保證了防火效果，又減小了防火墻體積，節(jié)約了投資。

10 結(jié)語

《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火標準》是火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計中必須遵循的強制性國家標準，《2019版防火標準》適用范圍擴大到35 kV以下，取消了單臺變壓器容量下限的規(guī)定后，相關(guān)條文未細化或不明確，導(dǎo)致工程應(yīng)用中部分條文難以實施。本文就110 kV及以下變電站設(shè)計在執(zhí)行《2019版防火標準》時遇到的具體問題進行了分析。針對變電站的發(fā)展趨勢，為使標準更具適應(yīng)性與可操作性，同時在保證安全的前提下兼顧經(jīng)濟性，建議在標準中增加電氣設(shè)備的火災(zāi)危險性分類規(guī)定，對主控制樓和繼電器室、變壓器室、電容器室、電抗器室等建筑物火災(zāi)危險性分類調(diào)整或細分，戶外獨立金屬箱體在一定條件下當(dāng)作單一設(shè)備執(zhí)行防火標準。110 kV及以下變電站是否設(shè)計消防給水影響很大，有關(guān)條文可進一步完善。此外，對部分設(shè)施防火間距、不同大小變壓器之間防火墻設(shè)計規(guī)定提出了修改建議。