變電站設計防火標準中部分條文探討

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

變電站的發展趨勢是無人化、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》中有關建(構)筑物火災危險性分類及消防給水等方面的規定，標準對這種趨勢針對性不足。

GB 50229—2006《火力發電廠與變電站設計防火規范》[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”。《2019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”。提高設計標準的適用電壓等級是技術進步的必然。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整，相關條文卻沒有適應性修改，在工程應用中給小型和終端變電站設計帶來了一定的困擾，部分條文執行困難。

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

1 同一房間內布置不同電氣設備時建筑物火災危險性分類問題

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》分別規定了這些建筑物的火災危險性分類，11.1.2條還規定了同一建筑物或建筑物的任一防火分區布置有不同火災危險性的房間時建筑物或防火分區內的火災危險性類別。

在實際工程中，存在不同電氣設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變電站站用電設計技術規程》[3]的7.2.1條：“當站用變壓器采用屋內布置時，油浸變壓器應安裝在單獨的小間內。干式變壓器可以布置在站用配電屏室內。”GB 50053—2013《20 kV及以下變電所設計規范》[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，可設置在同一房間內。”5.3.1條：“高壓電容器裝置宜設置在單獨的房間內，當采用非可燃介質的電容器且電容器組容量較小時，可設置在高壓配電室內。低壓電容器裝置可設置在低壓配電室內，當電容器總容量較大時，宜設置在單獨的房間內。”這些規定都說明一定條件下不同功能的電氣設備布置在一起是允許的。

《2019版防火標準》根據布置的設備用途來命名不同的建筑物，并對建筑物進行火災危險性分類。當同一房間內布置不同的設備時，其建筑物火災危險性如何分類則沒有規定。像站用變壓器、電容器或繼電保護設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，則建筑物火災危險性分類至少為丁類。

為避免標準執行出現不統一的情況，建議增加電氣設備火災危險性分類規定，以及室內布置不同火災危險性分類的電氣設備時建筑物火災危險性分類規定：單獨布置某設備的建筑物，火災危險性分類與設備火災危險性分類一致；同一房間布置不同火災危險性分類的設備時，按火災危險性較大的設備確定建筑物火災危險性分類等級。

2 主控制樓和繼電器室火災危險性分類問題

主控制樓和繼電器室火災危險性分類，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備屬無油設備，可燃物大大減少，火災危險性降低，因此建筑火災危險性分類確定為丁類。主控制樓的火災危險性為戊類，是按照電纜采取了防止火災蔓延的措施確定的，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。”相同的條文說明，對應兩個版本的正文內容卻不一致。

《2006版防火標準》已經實施了十多年，這期間，750 kV及以上的特高壓工程陸續建成，并無資料顯示變電站主控通信樓、繼電器室火災危險性分類為戊類不恰當。實際上，變電站內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計消防給水問題，本文后面還會談到。除極少數電壓等級較低的簡易變電站和20 kV、10 kV終端變電站外，每個變電站內均設有主控制樓或繼電器室，如果建筑物火災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范的要求。在對工程進行改擴建時，設計人員無所適從，不知道是否應該對原有消防設施進行改造完善。

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，建議對其火災危險性分類按照電壓等級、是否有人值班等予以區分，見表1所列。

表1 主控制樓和繼電器室火災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。國家電網公司和南方電網公司的220 kV及以下變電站(公用站)已大規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作為火災危險性分類丁類與戊類的分界點。

3 電容器室火災危險性分類問題

《2019版防火標準》表11.1.1，電容器室火災危險性分類有兩種：電容器室(有可燃介質)為丙類，干式電容器室為丁類。10～66 kV并聯電容器組結構形式分為充油集合式和框架式，小容量10 kV并聯電容器、1 kV及以下低壓并聯電容器多采用柜式。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+膜絕緣介質，本質上還是屬于有可燃介質的電容器。

按《2019版防火標準》，只要電容器布置在室內，其所在的建筑物火災危險性分類屬于丙類(有可燃介質)或丁類(干式)，與電容器組電壓、容量無關。因此，有必要將電容器室火災危險性分類細化，根據是否有可燃介質、可燃介質性質，并結合電容器組容量、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危險性分類及耐火等級見表2所列。

表2 電容器室火災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，電容器室火災危險性等級改為戊類后，與配電裝置樓(室)火災危險性等級一致，將此類電容器與配電屏柜布置在一起，符合有關規范要求。

4 其他設備室火災危險性分類問題

《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)筑物火災危險危險性分類時，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已有規定，結合工程實踐，建議對變電站部分其他設備室火災危險性分類調整見表3所列。

表3 部分其他設備室火災危險性分類及耐火等級

變壓器、電抗器在原理及結構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)設備油量劃分一致。

氣體或干式變壓器按容量劃分，是為了區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電機。30 kW柴油發電機能滿足110 kV變電站應急電源需求，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作為柴油發電機房火災危險性分類分界點。

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備的必需組件，主要代替建筑物起到防雨、防風沙等作用。在防火設計中，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。

國家電網公司發布的通用設計方案，所有預制艙均不計建筑面積，按設備對待。

GB 50016—2014《建筑設計防火規范》的5.2.3條及條文說明，10 kV及以下的預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。”說明預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、由生產商工廠預制、整體或分段運輸到現場拼裝、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，當作單一設備，執行設備防火標準；否則按生產建筑對待。

6 變電站消防給水問題

《2019版防火標準》11.5.1條：“變電站的規劃和設計，應同時設計消防給水系統。消防水源應有可靠的保證。”同時該條備注：“變電站內建筑物滿足耐火等級不低于二級，體積不超過3 000 m3且火災危險性為戊類時，可不設消防給水。”

該條規定在110 kV及以下變電站設計中爭議最多，實施最困難，主要體現在以下幾點：

1) 有主控制室是否就必須設計消防給水

由于主控制樓和繼電器室火災危險性分類在《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計消防給水。

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

2) 二次設備室采用預制艙，是否設計消防給水

預制艙的應用是當前智能化變電站標準化設計、工廠化加工、模塊化建設、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備預制艙內，全站無其他任何建筑物，如果預制艙被當作火災危險性分類為丁類的建筑物，則需設計消防給水；如果預制艙被當作不含油的電氣設備，則無需設計消防給水。

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

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

GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統技術規范》[5]的3.4.8條：“當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(若有)，消火栓只是輔助。調查表明，變電站發生火災的主要部位是在變壓器等處，而其他設備(包括站用變壓器)都可實現無油化，因此重點做好主變壓器等含油設備的消防是合理的。

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全戶內站外，站內生產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，數量眾多，而且很多地方取水困難，或者因為寒冷、風沙等原因，水量、水質無法保證，其消防設計應以預防為主，化學消防為輔，包括主變壓器也盡量采用化學消防。建議對變電站設計消防給水的標準調整為：變電站內建筑物滿足耐火等級不低于二級，體積不超過3 000 m3且火災危險性為戊類(對110 kV及以下變電站火災危險性為丁類或戊類)時，可不設消防給水。

7 可燃介質電容器(棚)、油浸變壓器等與變電站內建(構)筑物防火間距問題

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

《2019版防火標準》只規定了單臺設備油量大于等于5 t的油浸變壓器、油浸電抗器與建(構)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定，但對油量在2 500 kg以下的設備沒有規定。

GB 50053—2013的4.2.2條，對20 kV及以下變壓器，規定“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小于5 m。”

建議將此內容補充到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小于5 m(GB 50229—2019與GB 50053—2013規定不統一，取前者給出的數據)。

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條規定，“防火墻的高度應高于變壓器油枕，其長度超出變壓器的貯油池兩側不應小于l m。”當兩臺變壓器尺寸一致或相當時，執行這條規定沒有異議。但當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，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。”因此，對不同大小變壓器相鄰布置情況，建議按照火焰輻射影響范圍來設計防火墻，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過防火墻后其對外廓尺寸小的變壓器兩側(若有貯油池則對貯油池兩側)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，節約了投資。

10 結語

《火力發電廠與變電站設計防火標準》是火力發電廠與變電站設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定后，相關條文未細化或不明確，導致工程應用中部分條文難以實施。本文就110 kV及以下變電站設計在執行《2019版防火標準》時遇到的具體問題進行了分析。針對變電站的發展趨勢，為使標準更具適應性與可操作性，同時在保證安全的前提下兼顧經濟性，建議在標準中增加電氣設備的火災危險性分類規定，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危險性分類調整或細分，戶外獨立金屬箱體在一定條件下當作單一設備執行防火標準。110 kV及以下變電站是否設計消防給水影響很大，有關條文可進一步完善。此外，對部分設施防火間距、不同大小變壓器之間防火墻設計規定提出了修改建議。