變電站水消防設(shè)計方案探究

李 真

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心，廣西 南寧 530000）

變電站在電網(wǎng)系統(tǒng)中可以變換、集中和分配電能的電流、電壓，將不同電壓等級的電網(wǎng)串起來，發(fā)揮著“心臟”的功能。實(shí)現(xiàn)升高電壓以便長距離運(yùn)輸，降低高電壓以供居民和生產(chǎn)用電；可以控制電壓、電流和功率的流向及分布。變電站是電力系統(tǒng)中極其重要的一個環(huán)節(jié)，它的安全運(yùn)行決定著整個電網(wǎng)的命脈，是人民正常生活、生產(chǎn)中的重要保障。隨著經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，對電網(wǎng)運(yùn)行的可靠度提出了越來越高的要求，而作為對變電站安全威脅極大的“火災(zāi)”，成為研究重點(diǎn)。

1 變電站防火概述

1.1 變電站火災(zāi)危害

變電站火災(zāi)主要發(fā)生在建筑物和電氣設(shè)備上，建筑物火災(zāi)主要是家具家電等生活辦公設(shè)施的火災(zāi)，概率和破壞力相對較小；電氣設(shè)備中危險性最大的是主變壓器，比如一個220kV 電壓等級的變壓器，其內(nèi)部充有約50 噸以上的絕緣油，主變內(nèi)部絕緣油在火災(zāi)情況下會分解和膨脹，導(dǎo)致變壓器內(nèi)部壓力急劇增大，甚至引起外殼被炸破裂，內(nèi)部絕緣油噴出燃燒，火場溫度很高[1]，難以靠近，滅火時間長，難度大，導(dǎo)致進(jìn)一步擴(kuò)大火災(zāi)范圍和危害程度。根據(jù)新聞媒體和國家能源局網(wǎng)站相關(guān)板塊查詢，近些年，變電站火災(zāi)事故頻發(fā)且造成較大損失。

2016 年，國家電網(wǎng)東部某公司兩個共址建設(shè)的變電站（330kV 和110kV 變電站）發(fā)生變壓器燒損，并導(dǎo)致供電區(qū)域停電。事故直接造成3 臺變壓器燒損，部分電氣設(shè)備報廢。該330kV 變電站全停，附近8 座110kV 變電站失壓，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定統(tǒng)計，造成直接經(jīng)濟(jì)損失378.2 萬元人民幣。

2018 年國網(wǎng)某±800kV 換流站換流變突發(fā)故障，引發(fā)設(shè)備著火，造成換流站全面停運(yùn)，給當(dāng)?shù)氐碾娏?yīng)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了極大的負(fù)面影響。

2019 年國網(wǎng)某交流特高壓變電站B 相主變?nèi)粘＿\(yùn)行過程中由于變壓器高壓套管電容芯體存在質(zhì)量缺陷引發(fā)爆燃，事故造成B 相變壓器燒損和人員傷亡。

上述火災(zāi)事故多集中在主變壓器，對電網(wǎng)正常運(yùn)行帶來了很大傷害，給居民生活、工業(yè)生產(chǎn)帶來了很大不便。

1.2 變電站消防措施

變電站的防火措施首先是物理距離上的隔絕，建（構(gòu)）筑物火災(zāi)危險性根據(jù)生產(chǎn)或產(chǎn)生的物資性質(zhì)和數(shù)量等因素確定，規(guī)范[2]規(guī)定了其火災(zāi)危險性分類和耐火等級，進(jìn)而確定了各建（構(gòu)）筑物之間的防火間距、構(gòu)件的燃燒性能、消防道路、門窗洞口距離等，距離上實(shí)現(xiàn)避免被引燃的目的。其次是從建（構(gòu)）筑物自身的安全疏散和建筑構(gòu)造來實(shí)現(xiàn)防火的目的。如通過防火墻和防火門窗的設(shè)置實(shí)現(xiàn)減小防火間距的目的、提高主控室頂棚和墻面裝飾材料至A 級防止火災(zāi)對主控室的破壞等措施。最后，根據(jù)建筑物的火災(zāi)危險性分類、建筑體積、高度等因素決定是否采用室內(nèi)外消火栓的方式采取消防措施。

關(guān)于電氣設(shè)備消防措施，主要是變電站大型帶油設(shè)備，常用的固定滅火方式主要有水噴霧滅火系統(tǒng)[3-4]、排油注氮系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)等；非固定的可采用移動式推車滅火器等。油浸變壓器和電抗器根據(jù)容量對應(yīng)不小于125MV·A、200Mvar 應(yīng)優(yōu)先采用水噴霧滅火系統(tǒng)，或其他固定式滅火裝置。

電纜可通過選用A 級阻燃材料，并進(jìn)行涂抹防火涂料、防火隔板等[5]方式防止火災(zāi)和發(fā)生和蔓延。

2 建筑物和主變壓器水消防要求

根據(jù)《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》GB50229-2019（以下簡稱“變電站防火標(biāo)準(zhǔn)”）規(guī)定，依據(jù)建筑物類別、耐火等級、建筑高度、建筑體積、火災(zāi)危險性的劃分，部分建筑物需要設(shè)置室外、室內(nèi)消火栓系統(tǒng)。

除了室內(nèi)外消火栓，建筑物為保持系統(tǒng)投入滅火初期10min的用水量，可采用臨時高壓消防給水系統(tǒng)[6]，但當(dāng)設(shè)置高位消防水箱比較困難，且采用了安全可靠的消防給水形式（如設(shè)置穩(wěn)壓泵）時，可不設(shè)高位消防水箱。

主變壓器水噴霧系統(tǒng)設(shè)計強(qiáng)度：本體部分20L/m2，油坑部分6L/m2,噴淋時間根據(jù)南方電網(wǎng)公司“辦生技〔2019〕22 號（關(guān)于印發(fā)《變電站電氣火災(zāi)防控技術(shù)要求（試行）》）”的通知，依據(jù)《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB50084-2017 規(guī)定，自動噴水滅火系統(tǒng)持續(xù)噴水時間不小于1h，參照明確新建工程變壓器水噴霧滅火系統(tǒng)持續(xù)工作時間統(tǒng)一為1h。

變電站消防給水量應(yīng)按火災(zāi)時一次最大室內(nèi)、室外消防用水量之和[7]。

3 35kV 變電站典型水消防設(shè)計

3.1 戶外AIS 布置

電氣總平面布置按電壓等級分成兩列配電裝置，站區(qū)依次布置有35kV 配電裝置及容量為10MV·A 的主變壓器、配電綜合樓。

35kV 電氣設(shè)備采用戶外敞開式設(shè)備，其中35kV 站用變壓器采用油浸式變壓器，戶外布置于35kV 配電裝置區(qū)域，置于35kV 和10kV 配電裝置之間。10kV 電氣設(shè)備采用移開式開關(guān)柜，戶內(nèi)雙列布置，10kV 接地變采用干式接地變成套設(shè)備，布置在配電綜合樓內(nèi)；繼電保護(hù)設(shè)備采用集中布置，與380V 站用交流配電屏、通信屏集中布置于樓內(nèi)。該建筑物為單層建筑，建筑面積為372m2,建筑體積1672m3。10kV 電容器組采用框架式電容器組成套裝置，戶外布置于35kV 配電裝置旁，干式空心串聯(lián)電抗器平放布置。

根據(jù)上述配電綜合樓的功能判斷，火災(zāi)危險性分類為丁類，需要設(shè)置室外消火栓系統(tǒng)，各建站內(nèi)最大一次火災(zāi)滅火用水量為15L/s，火災(zāi)延續(xù)時間為2h，消防水池供水量為108m3；主變壓器容量小于125MV·A，不需要采取水消防。

3.2 戶內(nèi)GIS 布置（主變室掀頂）

主變壓器呈“一”字型緊鄰配電裝置樓戶外布置，之間設(shè)防火墻隔開。其余配電裝置均布置在綜合樓內(nèi)。主變壓器、10kV 配電裝置、電容器組、接地裝置布置在±0.00m 層；35kVGIS 配電裝置、繼電器及通信室、蓄電池室布置在+5.00m 層；建筑面積為882m2，建筑體積4713m3。

由于主變室掀頂，且容量小于125MV·A，不需要采取水消防，采取推車式移動干粉滅火器即可。配電裝置樓需設(shè)置室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)，電容器室采用七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)，各建筑房間配置合適數(shù)量和型號的手提式滅火器。

消防用水：綜合配電樓采用變壓器戶內(nèi)布置，建筑體積小于5000m3，建筑物火災(zāi)危險性為丙類，根據(jù)變電站防火標(biāo)準(zhǔn)，需設(shè)置室內(nèi)外消火栓給水系統(tǒng)，站內(nèi)室外消防用水為20L/s，室內(nèi)消防用水10L/s，火災(zāi)延續(xù)時間為3h。消防水池有效容積為324m3。

3.3 預(yù)制艙布置

電氣總平面按“一列式”布置，站區(qū)由西至東依次布置有主變壓器預(yù)置艙、35kV、10kV 立體組合艙和電容器艙。

預(yù)制艙是各設(shè)備艙體視為設(shè)備，不參照建筑物相關(guān)防火規(guī)定。總平滿足防火間距，采取常規(guī)移動式消防設(shè)施即可。

4 110kV 變電站典型水消防設(shè)計

4.1 戶外AIS 布置

根據(jù)電壓等級，電氣總平面布置分成兩列配電裝置，站區(qū)依次布置有110kV 配電裝置、主變壓器及配電裝置樓。

配電裝置樓為兩層建筑，建筑面積為828m2,建筑體積4183m3，火災(zāi)危險性分類為丁類。

±0.0m 層布置10kV 配電裝置（10kV 開關(guān)柜）、絕緣工具間、備品備件間。+5.3m 層布置二次設(shè)備室、蓄電池室、接地變成套裝置室。10kV 并聯(lián)電容器組采用框架式電容器成套裝置（配干式空心串聯(lián)電抗器），戶外布置在變電站的西側(cè)。

站區(qū)設(shè)室外消火栓系統(tǒng)，用于保護(hù)配電樓和主變壓器。主變壓器容量小于125MV·A，無須設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)。各建筑物配置手提式滅火器；主變壓器、電容器室設(shè)消防小室。

站內(nèi)同一時間火災(zāi)次數(shù)按一次考慮，室外消火栓消防用水量15L/s，火災(zāi)延續(xù)時間2h，消防用水量108m3。

4.2 戶內(nèi)GIS 布置（主變室掀頂）

變電站設(shè)一幢地下一層地上二層的配電裝置樓，主變戶外布置。

±0.00m 層布置主變壓器(沒有屋頂)、水泵房、警傳室。+1.50m 層布置10kV 配電裝置（10kV 開關(guān)柜、10kV 電容器組、10kV 接地變及小電阻成套裝置）、氣瓶間、常用工具間。+6.50m 層布置110kV 配電裝置、二次設(shè)備室、蓄電池室、絕緣工具間。-4.60m 層布置消防水池，層高4.6m。-1.50m 層布置電纜間，層高3.0m。

建筑面積為2192m2,建筑體積10115m3，火災(zāi)危險性分類為丙類。

站內(nèi)同一時間只考慮一次火災(zāi)次數(shù)，最大一次火災(zāi)滅火用水量為主控樓室內(nèi)外消火栓滅火用水量之和，站內(nèi)室外消防用水為20L/s，室內(nèi)消防用水25L/s，火災(zāi)延續(xù)時間為3h。消防水池有效容積為486m3。

4.3 戶內(nèi)GIS 布置（主變室不掀頂）

變電站設(shè)一幢地下一層地上三層的配電裝置樓。主變戶內(nèi)布置。

±0.0m 層布置主變壓器。+1.50m 層布置10kV 配電裝置室（10kV 開關(guān)柜、站用變壓器）接地變成套裝置室、電容器室、常用工具間、絕緣工具間。+6.50m層布置110kV 配電裝置室、電容器室、消防氣瓶間。+11.00m 層布置二次設(shè)備室、蓄電池室、資料室。-5.50m 層布置消防水池；-2.50m 層布置水泵房，層高4.0m。-1.50m 層布置電纜間，層高3.0m。

建筑面積為3200m2,建筑體積16400m3，火災(zāi)危險性分類為丙類。

最大一次火災(zāi)滅火用水量為配電裝置樓室內(nèi)外消火栓及主變水噴霧用水量之和，站內(nèi)室外消防用水為20L/s，室內(nèi)消防用水25L/s，火災(zāi)延續(xù)時間為3 小時，主變水噴霧時間為1h，水池有效容積為666m3。

5 220kV 變電站典型水消防設(shè)計

5.1 戶外AIS 布置

根據(jù)電壓等級，電氣總平面布置分成三列配電裝置，站區(qū)依次布置有220kV 配電裝置、主變壓器及35kV 配電裝置、110kV 配電裝置。在220kV 和110kV配電裝置之間設(shè)置主變壓器和35kV 配電裝置，其中35kV 配電裝置室為單層建筑，繼電保護(hù)集中布置在主控通信樓內(nèi)，35kV 并聯(lián)電容器組布置在戶外。

其中主控通信樓建筑面積648m2，體積2333m3，火災(zāi)危險性分類為丁類。

站內(nèi)須設(shè)置消防給水系統(tǒng)，消防給水系統(tǒng)包括室外消火栓系統(tǒng)、主變壓器水噴霧滅火系統(tǒng)。本站建筑物室內(nèi)+室外，和主變水噴霧+主變室外消火栓比較，其中主變水噴霧（100L/s×3600s）+主變室外消火栓(15L/s×3600×2s)=468m3最大。

5.2 戶內(nèi)GIS 布置

根據(jù)建設(shè)規(guī)模，變電站設(shè)一幢地下一層地上四層的配電裝置樓。主變戶內(nèi)布置。其中±0.0m 層布置主變壓器；+1.50m 層布置10kV 配電裝置室（10kV 開關(guān)柜、站用變壓器）接地變成套裝置室、電抗器室、電容器室、消防氣瓶室、工具間等；+6.50m 層布置110kV 配電裝置室、電容器室、消防氣瓶間；+11.50m 層布置二次設(shè)備室、蓄電池室、通信蓄電池室、資料室；16.50m 層布置220kV 配電裝置室；-2.00m 層布置電纜間，層高3.0m。

其中配電裝置樓建筑面積8208m2，體積60020m3，火災(zāi)危險性分類為丙類。

站區(qū)設(shè)室外消火栓系統(tǒng)，用于保護(hù)配電裝置樓和主變壓器；主變壓器容量大于125MVA，設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)；配電裝置樓設(shè)置室內(nèi)消火栓。

主變戶內(nèi)布置，變電站最大一次消防用水量為配電裝置樓（40L/s×3600×3s+30L/s×3600×3s）與主變壓器消防用水量（100L/s×3600s）之和，為1116m3。若主變戶外布置，變電站最大一次消防用水量為配電裝置樓與主變壓器消防用水量之間的較大者，為756m3。[8]

6 結(jié)語

在變電站消防設(shè)計中，應(yīng)重視相關(guān)規(guī)范和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，根據(jù)電壓等級、布置方式、建筑物和設(shè)備情況選擇合適的消防方式。

本文結(jié)合南方電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計與典型造價V3.0中35kV～220kV 范圍模塊中選取一些典型布置方案進(jìn)行水消防設(shè)計的總結(jié)歸納，供設(shè)計師工程中查閱參考。