黃登水電站水輪發電機IG541混合氣體滅火系統設計

姚建國

（中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650051）

1 前言

黃登水電站位于云南省怒江州蘭坪縣境內，工程以發電為主，總裝機容量1 900 MW。電站按“無人值班（少人值守）”原則設計。

黃登水電站廠房為地下式，廠內裝設4臺單機容量475 MW大型水輪發電機組。作為水電站最關鍵的核心設備，確保水輪發電機的安全是電站消防設計的核心工作。根據《水電工程設計防火規范》GB 50872-2014第8.0.1條規定：“額定容量為25 MW及以上的水輪發電機組（含抽水蓄能機組）應設置自動滅火系統”[1]。

2 發電機滅火方式選擇

目前水輪發電機的滅火方式主要有兩種。第一種是采用水滅火方式，在發電機定子上、下兩端設置消防環管及水霧噴頭，利用雨淋閥開啟水噴霧滅火，可快速地在發電機上覆蓋水霧滅火、降溫，水霧可同時隔絕火焰，具有很好的滅火效果；缺點是系統啟動后對發電機破壞較大，繞組、線圈等需干燥、絕緣處理，生產恢復工作量大、投資大，對電廠造成的損失大。另一種是采用氣體滅火方式，將氣體滅火劑通過管路噴放到發電機機坑的密閉空間內，形成一定的氣體濃度并保持到規定的浸漬時間，進而撲滅發電機火災，其優點是對發電機破壞小，滅火完成后只需將發電機機坑內的氣體排至廠外，機組即可重新啟動，停機時間短，對電廠造成的損失較小；缺點是系統復雜，造價和運行維護費用高。

經綜合分析比較，黃登水電站水輪發電機采用氣體滅火方式。

3 氣體滅火介質選擇

目前，在氣體滅火技術上比較成熟、性能指標符合我國現行防火規范和其它相關法規要求，具有實際推廣應用價值的氣體滅火材料主要有FM-200（七氟丙烷）、IG541（煙烙盡）、CO2（二氧化碳）和氣溶膠4種產品，其性能指標及經濟性綜合對比[2]見表1。

從技術、經濟、安全性及空間布置等因素綜合考慮，選用IG541混合氣體作為黃登水電站水輪發電機氣體滅火系統的滅火介質。IG541氣體滅火劑由大氣中的氮氣(N2)、氬氣(Ar)、二氧化碳(CO2)3種氣體以52%、40%、8%的比例混合而成[2]，其滅火機理屬于物理滅火方式，具有保護環境、保護生命安全、保護財產安全、保護距離長、使用維護方便等特點。

4 氣體滅火系統設計

4.1 氣體滅火系統形式及設備選擇

IG541混合氣體滅火系統有組合分配式和單元獨立式兩種形式。經分析比較，黃登水電站4臺水輪發電機采用1套IG541全淹沒組合分配式氣體滅火系統[3,4]，該氣體滅火系統同時覆蓋左端副廠房1 487.00 m高程的地下控制室。4臺水輪發電機各為1個獨立防護區，地下控制室為1個獨立防護區，共5個獨立防護區。

滅火劑設計用量按組合分配系統中最大一個保護區計算，最大一個防火分區（每臺發電機風罩內）的有效容積約為1 800 m3。根據GB 50370-2005《氣體滅火系統設計規范》進行計算，滅火劑設計用量見表2，滅火系統設備配置見表3。

4.2 氣體滅火系統布置

氣體滅火劑儲瓶和啟動氣體儲瓶布置在水輪機層左端頭的氣體消防設備室，高程為1 470.00 m，通過選擇分配閥及管網分別引至4臺水輪發電機機坑和左端副廠房地下控制室。發電機氣體滅火供氣管管徑DN125 mm，地下控制室氣體滅火供氣管管徑DN80 mm。管網采用不銹鋼無縫鋼管，與分配閥連接處采用高壓法蘭連接，與消防噴嘴采用絲扣連接。圖1為IG541氣體滅火系統管網透視圖。

4.3 防護區泄壓設計

當氣體滅火系統投入時，氣體滅火劑高速噴入防護區內，由于防護區為密閉空間，防護區的內壓會顯著增加，如果沒有可靠的泄壓措施，防護區的圍護結構和防護區內設備將可能承受不住增長的壓力而遭到破壞[5,6]。

表2 氣體消防滅火劑用量計算表

表3 滅火系統設備配置表

根據GB 50370-2005《氣體滅火系統設計規范》計算，每臺發電機機坑防護區泄壓口面積不應小于0.57 m2，左端副廠房地下控制室泄壓口面積不應小于0.26 m2。在每臺發電機機坑壁上設置兩個700 mm×500 mm泄壓口，左端副廠房地下控制室外墻上設置一個700 mm×500 mm泄壓口。泄壓口處裝設自動泄壓閥，在防護區內壓力達到1 050 Pa時泄壓閥自動開啟泄壓。

圖1 IG541氣體滅火系統管網透視圖

4.4 系統控制方式

IG541氣體滅火系統設有自動控制、手動控制和應急機械手動控制3種方式。自動控制和手動控制可通過專用的自動/手動選擇開關切換[2]，在無人值班時采用自動聯動控制方式，有人工作或值班時采用手動操作控制方式，火災自動報警系統故障時可采用現場應急[3]機械手動控制方式。

裝設在發電機機坑內的空氣采樣管、光纖感溫探測器和裝設于機坑外壁的空氣采樣感煙探測裝置、裝設于機旁盤區域報警控制柜內的光纖測溫報警裝置承擔著氣體滅火區域的火情監視和自動報警任務，信號傳遞給電站火災自動報警及消防控制系統和機組氣體滅火控制系統，并聯動與氣體滅火有關的風機、風閥等設備，同時獲取氣體滅火動作的狀態反饋信號。氣體滅火系統的自動控制應在接到兩個獨立的火警信號后才能啟動，并能將滅火控制系統正常、故障及滅火等信息發送到電站火災自動報警及消防控制系統。每個防護區的出入口外側均設有1套釋放滅火劑的緊急啟動/停止按鈕、聲光報警器和放氣指示燈[4]。

4.5 滅火后通風設計

水輪發電機機坑不具備自然通風條件，氣體滅火后的機坑應進行通風換氣。按換氣次數5次/h計算事故通風量，選用一臺排風量不小于12 230 m3/h的離心風機，布置在左端副廠房1 501.50 m高程的排風機室。每臺發電機機坑下游墻上引出一根900 mm×500 mm排風管并設置自動復位防火閥，接到主廠房中間層下游墻邊的900 mm×500 mm排風總管，排風總管從中間層引至左端副廠房下游側排風夾墻內，并向上引至1 501.50 m層排風機室的發電機機坑消防排風機，排風機排風管引至主廠房排風洞。

發電機滅火后開啟相應機組段排風管上的自動復位防火閥，啟動離心風機排風，通過排風機排到主廠房排風洞，再通過地面主排風樓的離心風機排出室外。

5 結束語

IG541混合氣體滅火劑取自于大自然，滅火時只是將這些天然氣體放回大氣，該滅火系統具有優良的技術性能、環保性能和安全性能。

經綜合分析比較，黃登水電站水輪發電機采用IG541混合氣體作為氣體滅火系統的滅火介質，并粘度、穩定性好，膠凝時間可控，結石率高，結石體滲透系數能達到10-6～10-9cm/s，防滲效果佳等。采用粘土固化劑灌漿，水泥的用量小，對粘土料的質量要求低，可就地取材，運距短，成本低、施工簡便，施工基本不受天氣影響。

總之，粘土固化劑防滲灌漿技術已成為水利工程防滲中一種比較成熟的新防滲技術，施工簡單，經濟實用，低碳環境，應大力推廣。

金鉤水庫大壩經過粘土固化劑漿液灌漿處理，工程運行4年來，大壩右壩肩繞壩滲漏已消失，說明防滲效果好，達到了防滲的目的。粘土固化劑漿液防滲灌漿技術在金鉤水庫大壩壩基防滲處理中成功的設計和施工經驗，供類似工程的防滲設計與施工時借鑒和參考。