孤山航電樞紐工程消防系統設計研究

柳健 劉朝華 謝方祥

摘要：

孤山航電樞紐工程具有航運、發電等綜合效益，是重要的基礎設施。為保證工程消防安全，根據工程特點，從總體布置、建筑防火、消防給水及滅火設施、防排煙系統和消防電氣等方面開展了消防系統設計方案研究，提出了安全、可靠、經濟的消防系統設計方案。孤山航電樞紐工程消防系統設計方案已通過消防審查，對其他電站消防設計具有一定的參考意義。

關鍵詞：

消防工程； 建筑防火； 消防設備； 火災自動報警； 孤山航電樞紐工程

中圖法分類號：TU892

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.S1.006

文章編號：1006-0081（2023）S1-0017-05

0 引 言

水利水電工程是重要的基礎設施，工程的消防安全十分重要，一旦發生火災，不僅樞紐工程本身經濟損失巨大，也嚴重影響其服務區域的工業生產及人民生活［1-2］。因此可靠的消防系統是保證水利水電工程安全的基礎之一［3］。

水利水電工程一般地處偏遠，滅火主要依靠自身的消防體系［4］，由于工程所在地域、規模、工程布置、水源條件、管理要求不同，消防系統方案也存在差異。只有根據工程的特點，因地制宜采取合理的設計方案，才能保證消防系統的可靠性、適用性、經濟性［5］。本文以孤山航電樞紐消防系統設計為例，詳細介紹其消防系統設計方案，可為今后類似航電樞紐工程的消防設計提供參考。

1 工程概況

孤山航電樞紐工程位于漢江上游湖北十堰市鄖西縣及鄖縣境內，是漢江梯級開發中集發電、航運于一體的綜合性樞紐工程。工程樞紐建筑物主要由泄水建筑物、電站廠房、通航建筑物和擋水建筑物等組成。泄水建筑物主要有左區泄水閘和右區泄水閘，采用開敞式平底閘，共布置18個孔口；電站廠房為非地面廠房，安裝4臺單機容量為45 MW的燈泡貫流式水輪發電機組；通航建筑物為單線一級船閘，船閘級別為Ⅳ級，通航能力為500 t級；擋水建筑物為混凝土閘壩，主要有左、右岸重力壩以及船閘壩段，壩頂高程為188 m。

2 工程總體消防設計

2.1 火災分析和滅火方案

（1） 水電站廠房機電設備失火時，一般為B類或E類火災，不易撲滅，且對生產設備危害性較大。

（2） 船閘啟閉機房內液壓油及電纜量較少，失火時，為小型B類或E類火災，比較容易撲滅，危害性相對較小。

（3） 該工程船閘不通過油輪（駁）及危險化學品船只，船閘內船只失火時，一般為A類或E類火災，比較容易撲滅，危害性相對較小。

（4） 樞紐生產管理和生活區內失火時，一般為A類火災，比較容易撲滅，危害性相對較小。

故本航電樞紐總體滅火方案是：① 電站廠房滅火以消火栓、移動式滅火器為主；② 部分不適宜采用水滅火的地方，采用氣體滅火系統、移動式滅火器滅火；③ 水輪發電機組、主變壓器等重要的生產用機電設備采用水噴霧滅火系統滅火；④ 船閘、泄洪閘、大壩、生產管理和生活區等部位以消火栓和移動式滅火器滅火為主，輔以消防車機動滅火。

2.2 消防車及消防車道

GB 50987《水利工程設計防火規范》第4.2.4條規定：水力發電廠總裝機容量為1 500～3 500 MW，宜配備1輛消防車。該樞紐工程電站廠房總裝機容量為180 MW，遠小于1 500 MW，故不配備消防車。為確保消防安全，配置2臺牽引機動消防泵（1用1備）。

水利水電工程及航電工程消防車道一般依托樞紐內交通道路設置，該樞紐工程現狀交通道路由孤山漢江橋、壩頂公路及左、右岸上壩公路構成環路，環路直達船閘及泄水閘，且道路寬為5～7 m。利用現有環路作為消防車道，另從環狀消防車道新修消防車道至電站廠房及業主營地，同時在大壩兩端頭和電站廠房廠前區等處設有回車場，以方便消防車輛進出。

3 建筑物防火設計

電站及船閘建筑物為一組特殊形式的建筑，防火設計除遵循GB 50987-2014《水利工程設計防火規范》，局部還遵照GB 50016《建筑設計防火規范》、GB 50222《建筑內部裝修設計防火規范》等。

3.1 火災危險性分類和耐火等級

根據生產場所的重要程度、火災危險性類別，將電站廠房各建筑物、構筑物及船閘各部位的火災危險性類別分成3類，其耐火等級、各生產場所的火災類別及危險等級見表1。該工程永久建筑物各建筑構件的燃燒性能和耐火極限均符合有關防火規范規定。

3.2 防火分區

該工程廠房為非地面廠房，副廠房局部在地面以上，地面以下廠房不經常有人停留。地面副廠房每層建筑面積不超過800 m2，且每層同時值班人數不超過15人。根據GB 50872《水電工程設計防火規范》第5.1.4條規定、條文說明及電站廠房實際情況，一共設置7個防火分區，主廠房各層合為一個防火分區，面積不限；副廠房除157.90 m層分為兩個防火分區外，其他各層各設一個防火分區，確保各防火分區面積均在規范要求的2 000 m2內。

為了確保防火安全，對各防火分區內易失火的重點場所及有特殊要求的部位，如廠內油庫、油處理室、電纜吊架等，設置防火隔墻、防火門窗、防火閥等進行防火分隔。

3.3 安全疏散

電站地面副廠房每層建筑面積680 m2，小于800 m2，且值班人數約為8人，小于15人。非地面副廠房每層建筑面積約為46 m2，小于500 m2，無人員值班，每次巡檢人數約為3人，小于10人。根據GB 50872《水電工程設計防火規范》5.2.6條規定，設置一個安全出口，副廠房設置2部疏散樓梯連接各層，滿足疏散要求。安全疏散通道的位置及寬度滿足正常使用及緊急情況下對外安全疏散出口數量及寬度要求。消防控制室設置在一樓大廳內，設有直通室外的安全出口。

3.4 其他防火措施

（1） 船閘控制樓、電站廠房內部各部位裝修材料均采用不燃材料，各房間的門窗均為防火門、防火窗。

（2） 電纜采用干式阻燃電纜，其氧指數應大于30。消防電源回路的電纜采用耐火電纜，對進出各房間的電纜孔洞進行防火封堵；電纜通道每隔120 m左右設1個防火分隔物。

（3） 透平油庫與油處理室之間用防火墻、甲級防火門分隔；在透平油庫下部設事故油池，在油庫門口內側設40 cm高擋油檻。

（4） 每臺變壓器底部設集油坑，在尾水平臺設公共事故集油池。

4 消防給水及滅火設施

孤山航電樞紐工程左岸有高山，為保證消防供水的可靠性，采用高位消防水池供水的常高壓供水系統。

4.1 消防水源及水量

在樞紐左壩肩附近高程248 m處設400 m3高位消防水池作為樞紐消防水源。由高位水池附近市政管網引2根DN100水管至消防水池，為消防水池補水。

根據GB 50872《水電工程設計防火規范》第11.1.3條規定，航電樞紐工程同一時間內的火災次數為1次，消防用水量為機電設備最大消防用水量與建筑物最大消防用水量中較大者。孤山航電樞紐工程各部位消防用水量見表2。

由表2可知，孤山航電樞紐工程一次滅火的最大消防用水量為280.8 m3，為保證滅火的有效性，高位消防水池的有效容積取400 m3。

4.2 消防水池及管網布置

為保證供水可靠性，從400 m3高位消防水池敷設2根DN300水管沿公路，經左岸船閘、大壩、電站廠房至安裝場壩段相連，形成航電樞紐消防供水環網。在船閘左、右兩側從DN300消防環管各引1根DN100水管至船閘下閘首，為船閘閘墻室外消火栓及船閘控制樓消火栓供水。在電站廠房左、右兩側從消防環網各引1根DN200水管至電站廠房，為電站廠房的水噴霧系統、消火栓系統等供水。

4.3 船閘消防設計

該工程船閘為不通過油輪（駁）、危險化學品船只的單級船閘，根據GB 50872《水電工程設計防火規范》中第6.3.1條規定，在船閘上閘首、閘室段及下閘首左右兩側各設1套室外消火栓，共6個，室外消火栓間距約50 m。

船閘主體段由上、下閘首和閘室組成，閘室有效尺寸為120.0 m×23.0 m×3.0 m，內設有變電所（16 m×5 m）、集控樓（兩層，6.5 m×10 m）等，控制樓及變電所各房間均配置合適數量的移動式滅火器，船閘控制室內設置5套防毒面具，船閘室外消火栓亦可用于船閘控制樓滅火。在船閘電纜通道的出入口處均配置推車式、手提式干粉滅火器和防毒面具等。

4.4 電站廠房消防設計

4.4.1 主、副廠房消防

電站廠房沿壩軸線總長122.3 m，其中機組段長85.8 m，安裝場長36.5 m。電站廠房垂直分隔為主廠房和副廠房。主廠房為地下一層，副廠房為地下5層，地面3層。主廠房下面為水輪機，副廠房下面有廊道通往水輪機。

主廠房發電機層除調速系統回油箱和壓力油罐內有透平油以外，無其他可燃物，但考慮到安裝場有時裝卸、臨時堆放物品，機組檢修時要使用一些器材，可能帶進一些可燃物。在發電機層和水輪機層配備有移動式泡沫滅火器和磷酸銨鹽干粉滅火器，同時在主廠房發電機層安裝場段、4個機組段及水輪機層4個機組段的下游側各布置1個SNW65型室內消火栓，并保證主廠房橋機以下部分所有設備起火時均有兩股充實水柱同時滅火。

在副廠房6層各機電設備間入口附近均設置1個SNW65型室內消火栓，共計23個。

廠內橋式起重機布置在廠房的上部，可能發生電氣火災，根據橋機火災性質和橋機行走的特點，在橋機上配有手提式干粉滅火器和二氧化碳滅火器。

水輪機層以下主要是各種廊道，設備布置較少，失火的可能性較小。為防萬一，在各種廊道進口處均配備有手提式磷酸銨鹽干粉滅火器。

4.4.2 水輪發電機組消防

目前，國內外大型水輪發電機滅火主要采用CO2和水噴霧滅火兩種方式。

（1） CO2滅火。具有滅火效能高、不沾污設備、發電機修復時間短等優點，但需設CO2氣瓶、減壓裝置和可靠的自動操作系統以及相應的元件，而且，為防止滅火時CO2泄漏至主廠房危及人身安全，對發電機的上下擋風板氣密性要求較高；另外還需設置將平時泄漏的與滅火后的CO2從機坑排至廠外的專用風機和風道。

（2） 水噴霧滅火。在國內外水電站中已廣泛應用，優點在于造價低，使用方便，對發電機蓋板的氣密性無特殊要求；但若發電機失火，水噴霧滅火后，修復發電機難度大，周期長。

經比較，孤山航電樞紐工程水輪發電機組滅火方式采用水噴霧方式。水噴霧設計濃度采用15 L/（min·m），上、下游環管均各設置合適數量的噴霧頭。

水輪機機坑和發電機機坑內的設備均為鋼鐵結構，發生火災的可能性很小，但機坑內的導葉接力器、軸承油箱及漏油箱內有少量的潤滑油，機組檢修時也有可能帶進一些可燃性材料，因此在機坑交通廊道配置適量的手提式磷酸銨鹽干粉滅火器。

4.4.3 主變壓器消防

孤山航電樞紐工程共設有2臺100 MVA主變壓器，每臺變壓器用油量約為33 t，主變壓器布置在高程186.00 m的2，3號機組段區域尾水平臺，采用敞開式布置。

主變壓器采用水噴霧滅火，每臺主變壓器配置50個噴頭（噴霧水量為100 L/min，有效射程為2.5 m）。1臺主變壓器的消防水量約為300 m3/h。

在每臺變壓器附近設1處1 m3沙池，每個沙池配備3只消防桶、3個消防鏟等。

4.4.4 中央控制室、計算機房消防

電站中央控制室和計算機房內均為精密機電設備，產生熱量少，火災危險性較小，但中控室和計算機房是發電廠的指揮調度中心，屬于關鍵部位，一旦發生火災事故，后果嚴重，因此消防問題應引起高度重視。

電站中央控制室布置在安裝場段高程186.0 m下游副廠房內，建筑面積約206 m2，根據GB 50016《建筑設計防火規范》8.3.9條規定，中央控制室采用七氟丙烷自動氣體滅火系統，其控制設備和貯氣瓶組布置在中控室下層高程179.6 m的專用消防設備室內。中央控制室一旦失火，可自動或手動打開相應部位的閥門，經延時后實現氣體滅火。另外，中央控制室配備一定數量的手提式磷酸銨鹽干粉滅火器。

計算機房布置在安裝場段高程179.6 m下游副廠房內，建筑面積約91 m2，面積較小，未配備自動氣體滅火系統，只配備一定數量的手提式磷酸銨鹽干粉滅火器。

中央控制室和計算機房均設乙級防火門，進出房間及電氣柜的電纜洞均進行防火封堵。

4.4.5 蓄電池室、配電裝置室等機電設備房間消防

電站副廠房蓄電池室、配電裝置室、通信機房及GIS室等電氣設備房間可能發生電氣火災。根據GB 50140《建筑滅火器配置設計規范》有關要求，配置合適數量的手提式干粉滅火器。另外，蓄電池室還設置有事故排風系統。上述所有機電設備房間均設置防火門，進出房間及電氣柜的電纜洞均進行防火封堵。

5 防、排煙系統

電站廠房共有3個樓梯間。在每個樓梯間分別布置2臺風量為32 000 m3/h的防煙風機，平時關閉，火災時開啟，向樓梯間加壓送風，便于人員逃生。

因電站廠房為非地面廠房，根據GB 50872《水電工程設計防火規范》第12.1.3條規定，廠房發電機層及非地面副廠房的疏散走道需設置機械排煙系統。在副廠房安裝場段198.90 m層設有1座排煙機房，排煙機房內布置1臺風量為64 852 m3/h的排煙風機。在主廠房發電機層頂部設置1根1 250 mm×800 mm的排煙風管，貫穿整個主廠房，主廠房失火時，排煙風機開啟，將煙氣通過排煙管排出廠外，并通過上游墻體埋管和地上建筑連通主廠房的孔洞自然補風，便于人員逃生。在副廠房163.90 m層3號樓梯間旁設有1座風機房，內設1臺風量為13 444 m3/h的排風兼排煙風機，平時通風。當副廠房163.90 m層失火時，該排煙風機運行，將163.90 m層內走道煙氣排走，便于人員逃生。

大壩左非和右非壩段的兩座樓梯間分別布置風量為42 000 m3/h和32 000 m3/h的軸流風機各1臺，火災時開啟，向樓梯間加壓送風，便于人員逃生。

船閘啟閉機房、船閘控制樓均為地面建筑，且有大面積外窗，可自然排煙；船閘管理樓僅有2層，樓梯間有外窗，可自然排煙，不需其他防、排煙設施。

6 消防電氣

6.1 火災自動報警系統

孤山航電樞紐工程火災自動報警系統為集中報警系統，由右岸電站廠房、河床泄水閘及左岸船閘3套區域報警系統組成，集中報警器設置在電站廠房消防控制室，消防控制室內設置電站廠房集中報警控制器和消防工作站、消防廣播系統控制柜、防火門監控系統控制柜。泄水閘集控室、船閘集控室內各布置1臺區域火災報警控制器，2臺區域火災報警控制器與集中報警控制器之間采用通訊線連接，完成系統之間的數據通信及報警等功能。

集中報警系統由1臺集中火災報警控制器、1套消防工作站、2臺區域報警控制器、各類火災探測器、手動報警設備、聯動設備、各類連接電纜等設備組成，另外，電站廠房還設有防火門監控系統。

孤山航電樞紐工程火災自動報警系統對通風空調設備、防排煙風機、防火閥、雨淋閥、氣體滅火設備、電梯、機組火災報警系統、圖像監控系統、門禁系統、防火門等進行聯動控制。

6.2 消防供電

孤山航電樞紐工程消防用電設備的電源按二級負荷供電，供電電源采用雙回電源，互為備用，電源取自樞紐電站廠用電系統，電站廠用電系統電源來自電站10.5 kV發電機電壓母線。

電站廠房、船閘控制樓等建筑物室內主要疏散通道、樓梯間、消防電梯、安全出口處和廠房內重要部位，均設置了消防應急照明及疏散指示標志。

消防應急照明及疏散指示標志正常時由0.4 kV系統經EPS直接供電，當0.4 kV系統電源失去后，自動切換到應急電源EPS上，連續供電時間不少于90 min。

局部消防應急照明及疏散指示標志采用自帶蓄電池的消防應急照明燈具和消防應急標志燈具，連續供電時間不少于90 min。

7 結 語

孤山航電樞紐工程的消防設計需結合其位于河床狹窄山谷地區、樞紐布置集中緊湊、無法利用城鎮消防設施及水源充足等工程特點，消防車道、防火間距、安全出口等消防設計應隨整體樞紐布置一起統籌考慮。工程消防應立足自救為主，外援為輔，消防

設施的配置要滿足撲救可能發生的不同類別火災。要充分發揮水消防的優勢；廠房內設備布置比較集中，消防設施布置要因地制宜，以目前國內的設備制造工藝水平為前提，保證重點，兼顧一般。

孤山航電樞紐工程消防設計應從可靠性、先進性、經濟性、方便性進行統籌考慮，消防系統能滿足防火、監測、報警、控制、滅火、排煙、救生等7方面的功能要求。

該工程消防系統已完工，并通過了消防驗收。

參考文獻：

［1］ 戴學新.巖山灣水電站消防安全探討［J］.湖南水利水電，2021（3）：29-31.

［2］ 張鷺，門妮，吳鑫磊.淺析東莊水利樞紐工程地下水電站消防給水設計［J］.陜西水利，2022（2）：130-131，134.

［3］ 余亮志.水利水電設計不合理對工程的影響分析［J］.建材與裝飾，2022，18（26）：117-119.

［4］ 陳平.水利水電工程需要重視的幾個消防問題［J］.貴州水力發電，2009，23（3）：73-74.

［5］ 劉朝華，楊飛.水電站消防供水系統設計探討［J］.人民長江，2009，40（2）：91-92.