（中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司 乌鲁木齐 830000）
摘要：针对变电站的特点，对变电站的常规设置的消防系统进行了分析，结合相关规范指出了消防的设计思路，总结了变电站消防设计的主要消防设施。
关键词：变电站；变压器水喷雾灭火；变压器排油注氮灭火：消防给水及消火栓；灭火器配置；事故排油。
1前言
每座变电站都有一套完整的消防系统设计，而消防则是变电站重要的消防设施之一。不论110KV变电站还是220KV变电站消防设施都是不可缺失的，但变电站的消防设计却始终都离不开几本重要的规程规范，因此对相关的规范深入学习也显得非常重要。另外由于目前一些变电站的设置位置较偏远，水源条件较差或根本无水源且无人值守，因此还需根据变电站厂址的外部条件设置相应的消防设施。室外变电站常规的消防主要包括变压器消防、建筑物消防给水及消火栓系统、灭火器的配置、事故排油及事故油池，这些消防设施都是有水工工艺专业来完成。以下将对各消防系统进一步论述。
2 变压器消防设计
2.1 变压器水喷雾灭火系统设计
2.1.1 设置条件
根据《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)8.3.8条“下列场所应设置自动灭火系统，并宜采用水喷雾灭火系统：……,1单台容量在125MW.A及以上的独立变电站油浸变压器” ，《火力发电厂与变电所设计防火规范》(GB50229-2006) 11.5.4条“单台容量为125MW.A及以上的主变压器应设置水喷雾、合成型泡沫喷雾系统或其他灭火装置”，因此变压器单台容量是否满足规范要求是设置自动灭火系统先决条件，而自动灭火系统较常见的系统是水喷雾系统、合成型泡沫喷雾系统和排油注氮灭火装置系统。当变电站离水源较近、供水条件较好或变电站设置有单独消防给水系统时，可优先考虑水喷雾消防灭火系统。
2.1.2设计基本参数
根据《水喷雾灭火系统设计规范》GB50219-2014，设计基本参数:
1)设计供给强度为：油浸变压器本体为20L/(min.m2)；集油坑为6L/(min.m2)；2)持续供给时间为0.4h；3)响应时间不应大于60s；4)水雾喷头的工作压力不应小于0.35MPa；5)保护面积除应按扣除底面面积以外的变压器油箱外表面面积确定外，尚应包括散热器的外表面积和油枕及集油坑的投影面积。
2.1.3 喷头与管道布置要求
1)保护对象所需水雾喷头的数量应根据设计供给强度、保护面积和水雾喷头的流量特性经计算确定；喷头的布置应使水雾直接喷向并覆盖保护对象，当不能满足要求时，应增设水喷雾喷头。
2)水雾喷头、管道与电气设备带电(裸露)部分的安全净距应符合国家现行标准《高压配电装置设计技术规程》DL/T5352的规定。
水雾喷头及管道与高压电气设备带电裸露部分最小安全净距mm
注：110J,220J,330J,500J系指中性点有效接地系统。
3)水雾喷头与保护对象之间的距离不得大于水雾喷头的有效射程。
4)水雾喷头的平面布置方式可为矩形或菱形。矩形布置时水雾喷头之间距离不大于1.4倍水雾喷头的水雾锥底圆半径；菱形布置时水雾喷头之间距离不大于1.7倍水雾喷头的水雾锥底圆半径。
5)当保护对象为油浸式电力变压器时，水雾喷头布置应符合下列规定：
a.变压器绝缘子升高座孔口、油枕、散热器、集油坑应设水雾喷头保护；
b.水雾喷头之间的水平距离与垂直距离应满足水雾锥相交的要求；
2.1.4系统组件
1)系统所采用的产品及组件应符合国家现行相关标准的规定。依法实行强制认证的产品及组件应具有符合市场准入制度要求的有效证明文件。
2)水雾喷头的选型应符合下列要求：a.扑救电气火灾应选用离心雾化型水雾喷头；b.室内粉尘场所设置的水雾喷头应带防尘帽，室外设置的水雾喷头宜带防尘帽；c.离心雾化型水雾喷头应带柱状过滤网。
3)响应时间不大于120s的系统，应设雨淋报警阀组，雨淋报警阀组的功能及配置应符合下列要求：a.接收电控信号的雨淋阀组应能电动开启，接收传动管信号的雨淋阀组应能液动或气动开启；b.应具有远程手动控制和现场应急机械启动功能；c.在控制盘上应能显示雨淋报警阀开、闭状态；d.宜驱动水力警铃报警；e.雨淋报警阀进出口应设置压力表；
4)当系统供水控制阀采用电动控制阀或气动控制阀时，应符合下列规定：a.应能显示阀门的开、闭状态；b.应具备接收控制信号开、闭阀门的功能；c.阀门的开启时间不宜大于45s；d.应能在阀门故障时报警，并显示故障原因；e.应具备现场应急机械启动功能；f.当阀门安装在阀门井内时，宜将阀门的阀杆加长，并宜使电动执行器高于井顶；g.气动阀宜设置储备气罐，气罐的容积可按与气罐连接的所有气动阀启闭3次所需气量计算。
5)雨淋阀前的管道应设可冲洗的过滤器，过滤器滤网应采用耐腐蚀金属材料，其网孔基本尺寸应为0.600mm~0.710mm。
6)给水管道应符合下列要求：a. 过滤器与雨淋阀之间及雨淋阀后的管道，应采用内外热浸镀锌钢管、不锈钢管或铜管；需要进行弯管加工的管道应采用无缝钢管；b.管道工作压力不应大于1.6MPa；c.系统管道采用镀锌钢管时，公称直径不应小于25mm;采用不锈钢钢管或铜管时，公称直径不小于20mm；d.系统管道应采用沟槽式管接件（卡箍）、法兰或丝扣连接，普通钢管可采用焊接；e.沟槽式管接件（卡箍）,其外壳的材料应采用牌号不低于QT450-12的球墨铸铁；f.防护区内的沟槽式管接件（卡箍）密封圈、非金属法兰垫片应通过本规范附录A规定的干烧试验；g.应在管道的低处设置放水阀或排污口。
2.1.5操作与控制
1)系统应具有自动控制、手动控制和应急机械启动三种控制方式。
2)水喷雾灭火系统的控制设备应具有下列功能：a.监控消防水泵的启、停状态 ；b. 监控雨淋报警阀的开启状态，监视雨淋报警阀的关闭状态；c.监控电动或气动控制阀的开、闭状态；d.监视主、备用设备电源的自动切换状态。
3)水喷雾灭火系统供水泵的动力电源应具备下列条件之一： a.一级电力负荷的电源；b.二级电力负荷的电源，同时设置作备用动力的柴油机；c.主、备动力源全部采用柴油机。
2.1.6水力计算
根据《水喷雾灭火系统设计规范》GB50219-2014“7水力计算”要求进行计算。
2.1.7设计注意事项
1)水喷雾灭火系统的响应时间不应大于60s，雨淋阀的位置不能离主变太远；2)雨淋阀组前管道上应设置过滤器；3)在管道最低点一定要设放空阀；4)水喷雾管道设计要考虑变压器检修；5)水喷雾管道及喷头布置一定要满足带电最小安全净距要求,且与主接地网相连；
2.2变压器排油注氮灭火系统
当变电站的位置较偏远，离水源较远或根本无水源且无人值守，应优先考虑变压器排油注氮灭火系统。目前多数比方偏远地区室外变电站采用变压器排油注氮灭火系统。排油注氮灭火设备应通过国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心型式检验以及国家电网公司自动化设备电磁兼容实验室检验。
变压器排油注氮灭火系统通常与变压器生产厂家配套,因此变电站的变压器排油注氮灭火系统主要由电气专业负责。以下仅对其进行简单的介绍：
2.2.1基本组成和灭火机理
排油注氮灭火系统是由控制系统、消防柜、断流阀、排油管路、注氮管路等的组成，用于油浸变压器的防爆、防火和灭火功能的装置。排油管路连接在变压器上部，通过排油阀控制系统排油泄压的，主要包括排油管道、排油阀、检修阀、伸缩接头等，排油阀的开启杠杆配有重锤并由一个电磁阀控制，电磁阀由控制系统控制开启。注氮管路连接高压氮气瓶及变压器，通过氮气释放控制阀控制向变压器底部注入氮气，主要包括注氮管路、氮气释放阀、油气隔离组件、流量调节阀等。
灭火机理：当变压器内部发生火灾或爆炸危险，控制系统启动重锤的电磁铁，重锤带动排油阀打开，开始排油，同时断流阀自动关闭，切断油枕向变压器本体供油，变压器油箱油位降低，油压减轻，防止变压器爆炸。经过数秒延时（3s-20s），控制系统再启动氮气释放阀，高压氮气瓶内的氮气通过注氮管路进入变压器油箱底部，充入变压器本体，充分搅拌本体内的变压器油，使油温降至燃点以下，避免火灾危险。断流阀的作用是排油注氮装置进行事故快速排油时，自动切断油枕与本体油箱之间的油流，防止火上浇油。
基本组成详见下图：
2.2.2主要参数、操作与控制
详见厂家相关技术资料，在此不再累述。
3 建筑物消防设计
3.1建筑物消防给水及消火栓系统
3.1.1 设置条件及要求
户外变电站建筑物的火灾危险性分类和等级可根据《火力发电厂与变电站设计防火规范》11.1.1确定，由于多数中小型变电站较偏远，水源条件差，通常将建筑物按火灾危险性为戊类设计，以避免供水困难问题。
1)户外变电站建筑物的体积一般都控制在3000m3以内。根据《火力发电厂与变电站设计防火规范》“变电站内建筑物满足耐火等级不低于二级，体积不超过3000m3，且火灾危险性为戊类，可不设消防给水”。如果主变采用排油注氮灭火系统时,变电站可不设消防给水系统；如果主变采用水喷雾灭火系统时,变电站要设消防给水系统。
2)户外变电站建筑物的体积在3001~5000m3时，需要设置室外消火栓。根据《火力发电厂与变电站设计防火规范》,该建筑物的室外消火栓用水量为10L/s，有市政自来水的地方,水量、水压能满足供水要求时,可直接在自来水管上接消火栓。如果没有自来水,或为间断供水,水量水压不能满足要求时,站内设置生活泵房和消防水池。如果设置消防泵及消防水池,消防管道用生活水充水,设室外消火栓。而根据较新的《消防给水及消火栓系统技术规范》该建筑物的室外消防用水量为15L/s，因此室外消火栓用水量按较新的规范执行。
如设置消防泵及消防水池,根据《消防给水及消火栓系统技术规范》第6.1.7条要求:“独立的室外临时高压给水系统宜采用稳压泵维持系统的充水和压力”。因此,需要增加一套稳压系统。
3)户外变电站建筑物一般不设置室内消火栓。根据《火力发电厂与变电站设计防火规范》“耐火等级为一、二级且可燃物较少的丁戊类建筑物可不设室内消火栓”。
3.1.2水力计算
依据《消防给水及消火栓系统技术规范》“10水力计算”要求进行计算。
3.1.3设计注意事项
1)带电设施附近的室内消火栓应配备喷雾水枪。通常应配能自由切换的直流/喷雾两用水枪。
2)消防水泵应采用自灌式，不能采用潜水消防泵, 因电机长期泡在水里容易出障，发生运行维修人员触电事故。
3)采用临时高压消防给水系统时，应设高位消防水箱，高位消防水箱不应小于12m3。当设高位消防水箱确有困难，采用安全可靠的消防给水形式，可不设高位消防水箱。
4)合理选择消防水泵扬程,消火栓栓口动压大于0.50MPa，消防水枪充实水柱按13m计算，当消火栓栓口处的动压大于0.50MPa时,应设置减压装置。
3.2建筑物灭火器的配置
火灾危险类别和危险等级执行现行的《火力发电厂与变电站设计防火规范》GB50229第11.5.17条。灭火器的设计配置执行现行的《建筑灭火器配置设计规范》GB50140，灭火器的配置按以下程序进行：a确定各灭火器配置场所的火灾种类和危险等级；b划分计算单元，计算各单元的保护面积；c各计算单元的最小需配灭火级别；d各计算单元的灭火器设置点位置和数量；e最小需配灭火级别；f每个设置点灭火器的类型、规格和数量；j每具灭火器的设置方式和要求；h在图中用灭火器图例和文字标明型号、数量与设置位置。
通过以上步骤即可以为建筑物配置灭火器，但是应注意：一个计算单元内配置的灭火器数量不得少于2具；每个设置点的灭火器数量不宜多于5具。通常变电站各建筑配置磷酸铵盐干粉灭火器即可满足要求，如设有电子设备时可配置手提手提二氧化碳灭火器。变电站的建筑灭火器的配置场所多数为E（A）或混合类中危险级,单具灭火器最小配置灭火级别为MF/ABC4;严重危险级的配置场所单具灭火器最小配置灭火级别应为MF/ABC5,轻危险级的配置场所单具灭火器最小配置灭火级别应为MF/ABC3或MF/ABC2 。在工程设计中应注意在不同场所配置相应级别的灭火器。另外如果选用二氧化碳灭火器时, 设计图纸中应说明不得选用装有金属喇叭喷筒的二氧化碳灭火器(因变电站多数为E类带电火灾，避免发生触电)。
3.3事故排油系统的设计
屋外变电站均设有几台变压器，事故排油系统工艺专业是必不可少的设计内容，事故排油系统工艺流程：变压器储油坑→总事故贮油池(最大单台设备油量的100%)→水排入下水道。
3.3.1事故排油系统设计步骤如下：
首先，确定事故油池的有效容积。根据《火力发电厂与变电站设计防火规范》6.6.7条：“屋外单台油量为100kg以上的电气设备，应设置贮油或挡油设施。挡油设施的容积宜按油量的20%设计，并应设置将事故油排至安全处的设施；当不能满足上述要求且变压器未设置水喷雾灭火系统时，应设置能容纳全部油量的贮油设施。当设置有油水分离措施的总事故油池时，其容量宜为最大一个油箱容量的60%确定。” 变电站一般为主变油量最大，厂家给出的油量均以kg表示，计算容积时需换算，油的密度一般在850kg/m3左右，总事故贮油池的有效容积一般按100％的油量确定。
其次，布置排油管道，确定总事故油池的位置。在站区总平面图上连接各主变压器及高压电抗器排油管道，接至总图专业指定的总事故油池的位置。
再次，进一步确定事故排油管径和坡度。变压器无水喷雾系统时，排油管管径宜按20min将事故油排尽选择。变压器有水喷雾系统时，排油管管径应考虑水喷雾水量。事故排油管一般采用球墨铸铁管，在变压器油坑接出管至第1个排水检查井常为焊接钢管。通过对油量及水喷雾水量的计算最后算出总流量，查排水手册确定管径和坡度。
最后，根据管道至事故油池进水管和排水管的管内底标高，结合事故油池的有效容积来确定事故油池的具体设计尺寸，按制图要求绘制事故排油系统，完成设计工作。
3.3.2 注意事项
1）事故排油管道一般采用球墨铸铁管，不能采用塑料排水管，因塑料排水管不耐高温。
2）在事故油池内进行油水分离，分离出的水排入下水道，油贮存在事故油池内进行回收利用。为保证油水分离效果，事故油池内的出管要安装弯管，事故油池进出水管高差150mm左右。
3）事故油池应设通风设施。
4 结论
通过对变电站的变压器消防、建筑物消防给水及消火栓系统、灭火器的配置、事故排油及事故油池等常规消防的设计内容，使相关设计人员全面了解变电站的基本消防设计，其中部分内容可供参考和借鉴，但随着变电站的发展和业主的要求，其他一些先进的消防设施也油应用。
参考文献
[1]《水喷雾灭火系统技术规范》(GB50219-2014)
[2]《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)
[3]《建筑灭火器配置设计规范》(GB50140-2005)
[4]《火力发电厂与变电所设计防火规范》(GB50229-2006)
论文作者:王旭疆
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/17
标签：变电站论文; 变压器论文; 灭火器论文; 水雾论文; 喷头论文; 消火栓论文; 事故论文; 《电力设备》2017年第33期论文;