抽水蓄能電站典型場景超前期火災監測方法探討

張德浩 趙浩 王利濤 魏冬陽 何李

摘要：

本文主要介紹了抽水蓄能電站的火災特點，闡述了抽水蓄能電站的常見火災風險和防火措施，探討了抽水蓄能電站典型場景超前期火災監測方法的有效應用，強調了火災自動報警系統的優化設計，旨在加強抽水蓄能電站的火災監測能力。筆者建議采用先進的科學手段來規避抽水蓄能電站應用中的火災風險，以便及時發現抽水蓄能電站火災問題，并實施針對性措施加以解決，保障抽水蓄能電站安全運行。

關鍵詞：

抽水蓄能；電站；典型場景；超前期；火災監測

近年來，隨著我國社會經濟的高速發展，人們的生活水平逐步提升，抽水蓄能電站工程項目數量逐漸增加，規模不斷擴大。通過抽水蓄能電站項目，在提供清潔能源的同時，對電網實施削峰填谷措施，滿足人們的用電需求。抽水蓄能電站可通過地形來轉化能量，大部分的核心電力設備均設置在地下洞體中，封閉環境下的電力設備運行有著更高的安全要求，必須做好防火管理工作。為加強抽水蓄能電站的火災防治工作，必須根據抽水蓄能電站火災特點，在常規防火措施的基礎上，實施典型場景超前期火災監測方法，提高抽水蓄能電站的防火水平，避免抽水蓄能電站發生火災，切實降低火災損失。

一、抽水蓄能電站火災特點

抽水蓄能電站中包含了多個項目，其中發電系統處于地下廠房中。發電系統中的控制柜、主變壓器、發電機組等設備均集中于封閉環境之中，容易引發電力火災。抽水蓄能電站的火災特點主要體現在以下幾個方面。

（一）較強的隱蔽性

由于電站廠房主要位于地下，而且承載著高電壓、大負荷，屬于相關人員的監控盲區，很難及時發現火災的發生。

（二）煙霧濃度高

抽水蓄能電站一旦發生火災，容易產生濃度較大的煙霧。因為地下廠房的通風性相對較差，主要處于封閉環境中，只有部分通道和外界相連，這就導致火災發生后內部空氣流通較慢，火災阻燃時間相對較長，早期的時候容易形成微小煙霧顆粒，煙霧濃度上升速度非?？靃1]。

（三）撲救困難

抽水蓄能電站的地下廠房若發生火災，其內部溫度會迅速增高，煙霧濃度快速上升，人員難以進入到其中進行救援，容易導致人員缺氧和中毒，造成較大的傷亡。

（四）損失較為嚴重

抽水蓄能電站發生火災后，人員疏散難度較大，而且由于在地下車輛也難以進入，救援難度非常大，再加上煙霧擴散的方向和人員逃生通道的方向相同，設備燒毀速度非?？欤苋菀自斐蓢乐睾蠊?。

二、抽水蓄能電站常見火災風險和防火措施

（一）抽水蓄能電站常見火災風險

抽水蓄能電站常見火災風險主要是主變壓器室火災風險。該部分的火災風險包含了多個方面，比如變壓器自身出現故障或異常發熱，引發火災；配套電纜、控制柜火災。主變壓器在實際運行過程中會產生大量熱能，需要向外散發熱量，使自身溫度維持在標準范圍內。其中的繞組、鐵芯均會在運行過程中升高溫度，產生大量熱能，就容易引發短路問題，致使絕緣層老化，存在一定的火災隱患，甚至有可能發生爆炸。主變壓器配套電纜和控制柜火災風險主要由于設備老化、電阻增加，出現異常發熱狀況，產生電火花[2]。主變壓器配套電纜的類型較為復雜，數量也比較多，如電纜接頭制作存在問題或電纜長期超負荷運行，均容易損傷絕緣層，引發火災問題。電纜發生火災之后，第一時間難以發現，火勢會逐步變大。而相關政策對火災危險性作出了明確規定，如油浸式變壓器室火災屬于丙類火災，電纜廊道火災屬于丁類火災等。抽水蓄能電站中的高低壓開關柜也容易引發火災，當柜內導體出現接觸不良問題時，電阻會隨之增大，設備會異常過熱，就可能會熔化接頭材料，損壞絕緣層，引發柜內火災。

（二）抽水蓄能電站常規防火措施

抽水蓄能電站常規防火措施包含多個方面，如設計完善的火災自動報警系統、在洞外設置消防中心、按照消防規定設置滅火裝置、建立健全消防控制系統、設計科學的排煙系統、做好防雷工作等。在常規防火工作中應當堅持以預防為主，根據實際情況合理規劃地下廠房的防火方案，充分利用先進科學技術來識別火災，及時發現火情，并采取有效措施進行滅火救援，將火災傷害降到最低?？稍诔樗钅茈娬镜幕馂膱缶到y中，合理安排探測器，其中使用最多的是點型感煙火災探測器。該探測器的基礎原理是光散射，能夠識別一定濃度的煙霧，但火災超前期釋放的不可見熱解離子難以被探測到[3]。要注意的是，大部分常規防火措施屬于事后措施，未能在事前做好火災預防工作。

主變壓器室的常規消防措施主要包含了以下幾種：第一，吸氣式煙感探測器。該探測器類似于常規煙感探測器的運行原理，能夠有效識別一定濃度的煙霧，主要是通過分析煙霧對光線的遮擋，來判斷是否存在火災風險，但無法識別不可見熱解離子。第二，設置圖像型火焰探測器。該探測器以模式識別技術為基礎，可科學識別火焰產生時的各項視覺特征，如顏色、亮度等，但在其發出報警時，火災已經發生。第三，設置水噴霧滅火系統。該系統能夠在火災發生時，通過水滴霧化方式來滅火，起到快速降溫的作用，可將氧氣進行隔離。電纜的防火措施則主要采用測溫光纖法，在電纜中纏繞測溫光纖，其能夠進行有效的溫度測量，但無法探測到不能接觸的區域。

三、抽水蓄能電站典型超前期火災監測方法的有效應用

（一）熱解離子探測法

抽水蓄能電站設備在運行過程中，如出現過熱情況，并且達到了耐熱極限時，便會產生不可見的熱解離子。當電流異常時，會產生瞬間電弧，空氣被電離之后便會產生大量熱解離子，其濃度會高出正常范圍，但不會被常規的探測器檢測到?；诖耍趯嵤┏捌诨馂谋O測工作時，可以使用熱解離子探測法來精確識別不可見的熱解離子，以便于及時發現抽水蓄能電站的火災問題。該探測法根據水凝結特性，對熱離子進行處理，通過增加濕度、壓力再降壓的方式，統一熱解離子的直徑大小，使之成為大直徑霧狀水滴，基于光散射原理后便能夠分析其遮光、透光率，從而識別空氣中的熱解離子濃度，發出正確警報。要注意的是，云霧室空間內，增加氣體壓力、濕度額時，壓強也會增大，內部的溫度會隨之升高，當溫度達到臨界點之后，水便會氣化，壓強驟降之后，溫度也會隨之降低，水蒸氣會被霧化。水霧可使空氣中不可見的熱解離子成為霧狀水滴，直徑大小相同，一般在二十微米左右，這有利于對熱解離子實施光學分析[4]。

熱解離子探測法在抽水蓄能電站火災防范中的應用有著較好的效果，可通過抽氣泵來抽取空氣樣品，進行分析和監測，該方法的優勢在于較快的響應速度，識別精確度相對比較高，適合超前期火災風險識別工作。

（二）抽水蓄能電站超前期火災監測流程

首先，要進行高效的空氣采樣工作。電力設備若出現超前期火災風險，那么需要采集設備運行現場的空氣樣品，并對其進行分析。在分析過程中，要綜合考慮現場的空間結構和環境特點，應當科學設計采樣管網，合理布設空間，確保氣流的通暢性。可使用管網吸氣方式來監測發生火險的區域，以便促進空氣采集效率的提升，從而快速開展數據分析工作。其次，要利用熱解離子探測識別火災信息[5]。相較于常規的探測器來說，熱解離子探測的效率更高，靈敏度更強，識別準確率更高，而且有著較為廣泛的探測范圍。最后，要基于所采集的數據進行科學分析，綜合考慮引發抽水蓄能電站火災的各項因素，正確實施熱解離子監測工作，合理布設空氣采樣管網，科學測定現場環境下的熱解離子背景值。前端設備的監測數據會不斷更新、儲存，可根據所采集的數據繪制監測曲線圖，基于背景值來進行數據變化分析，從變化范圍和維持時間等方面著手，了解火災風險情況。當數據曲線圖持續升高，則表明抽水蓄能電站中的熱解離子在不斷增加，火災風險較高，反之則表明火災風險較低。

除此之外，若火災風險是人為因素造成，那么監測數據變化可能較大，無法將其作為常規的預警信息來處理，需要基于現場施工實況、日常管理計劃來篩選數據信息，同時發布火災預警信息[6]。

四、火災自動報警系統的優化設計

為有效應用抽水蓄能電站典型場景超前期火災監測技術，還需要進一步優化火災自動報警系統設計，將兩者進行有效結合應用，才能真正起到防火效果。

（一）科學設計系統總體結構

火災自動報警系統能夠對火災的初期特征進行有效檢測，可通過溫度探測器、煙霧探測器等采集相關數據，對燃燒產生的煙霧、熱量等進行分析，將其變為信號上傳至消防控制中心，以便相關人員及時發現火災問題，在火災還未蔓延之前就被撲滅，保障抽水蓄能電站正常運行。在設計火災自動報警系統時，可采用分層分布式結構，在采集層中安裝各類火災探測器，裝設手動火災報警按鈕；在傳輸層設置火災報警控制器，并在管理層安裝消防控制設備[7]。

（二）做好報警分區工作

為了方便日常的有效管理，可根據抽水蓄能電站實際情況以及典型場景來合理劃分報警區域，尤其要關注地下廠房區域，這一區域不僅包含主廠房和副廠房，還涵蓋主變洞。由于該區域位于地下，較為隱蔽，一旦出現火災，難以被及時發現，因此必須采取有效的報警措施。可進一步劃分該部分的探測區域，遵循相應原則，如可將發電機層、母線層等較大空間區域劃分成四個探測區域；對于副廠房中空間較小的蓄電池室或二次盤柜室等，實施一個樓層一個探測區域，樓梯間則要每兩層設置一個探測區域。與此同時，對于逃生通道、通風支洞等區域，要重點關注，將其劃分為單獨的探測區域，安裝火災探測器，并且要基于防火分隔來劃分電纜部分的探測區域。

（三）合理選擇抽水蓄能電站的火災探測器

在地下廠房控制室、電纜層等位置可設置煙感探測器，發電機層和主變室等位置則可設置紅外光束煙感探測器；發電機風洞、主變壓器室內設置點式感溫探測器；利用光纖測溫裝置來監測電纜。同時，必須靈活運用熱解離子監測法，做好超前期防火監測工作。

（四）實施有效的火災自動報警系統聯動控制工作

一方面，要加強對防火排煙設備和通風設備的控制。火災發生時，火災報警控制器要根據預先編制的控制指令來關閉、停運通風風機和防火調節閥，防止火勢蔓延。另一方面，要控制電梯和卷簾門。在發生火災事故時，要將電梯升降到疏散層，關閉卷簾門，為人們爭取更多的逃生時間[8]。除此之外，還要有效控制消防水泵和氣體滅火系統，實施有效的高壓細水霧滅火措施。

結束語

總之，應當重視抽水蓄能電站典型場景超前期火災監測工作。應基于常規的防火措施，充分利用熱解離子監測方法，不斷優化超前期火災監測流程，提高超前期火災監測效率，保障監測質量，并結合火災報警系統的應用，加強抽水蓄能電站火災防控，盡量避免發生火災，并降低火災帶來的損失。

參考文獻

[1]遠征，曹永闖，劉新航，等.抽水蓄能電站火災自動報警系統設計[J].云南水力發電，2023，39（01）：275-278.

[2]潘鈺，奚日磊.沙河抽水蓄能電站消防系統改造分析及應用[J].水電站機電技術，2022，45（03）：137-139.

[3]李國賓，李世昌，龍福海，等.消防遠程監測系統在抽水蓄能電站的應用研究[J].消防界（電子版），2021，7（02）：54-55.

[4]黎平，劉德祥，王書華，等.洪屏抽水蓄能電站火災自動報警系統設計綜述[A].中國水力發電工程學會電網調峰與抽水蓄能專業委員會.抽水蓄能電站工程建設文集，2018：179-182.

[5]肖海明.清遠抽水蓄能電站火災自動報警系統設計[J].廣東水利水電，2017（02）：44-46+56.

[6]江琦文，林禮清.仙游抽水蓄能電站消防系統綜述[J].福建水力發電，2016（01）：32-35.

[7]梁洋.淺談我國抽水蓄能電站中的防、排煙系統及其電氣控制[J].科技展望，2016，26（09）：123.

[8]李曉春.惠州抽水蓄能電站火災自動報警系統設計綜述[J].廣東水利水電，2008（07）：74-76.

作者簡介：

張德浩（1970- ），男，滿族，遼寧開原人，研究生，高級工程師，研究方向：基建及機電工程；趙浩（1989- ），男，漢族，陜西靖邊人，本科，中級工程師，研究方向：水利水電工程、能源動力、機械制造；王利濤（1984- ），男，漢族，陜西渭南人，本科，中級工程師，研究方向：抽水蓄能電站智能應用；魏冬陽（1993- ），男，漢族，甘肅會寧人，本科，研究方向：水力發電工程技術及建設管理；何李（1991- ），男，漢族，吉林九臺人，本科，工程師，研究方向：機械制造。