變電站戶(hù)外電氣設(shè)備防火距離研究

李海烽

(江蘇省電力設(shè)計(jì)院，江蘇南京211102)

近年來(lái)，電網(wǎng)建設(shè)深入貫徹了“資源節(jié)約型”的指導(dǎo)方針，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以變電站建設(shè)為例，將主要電氣設(shè)備進(jìn)行緊湊型優(yōu)化布置可以節(jié)約寶貴的土地資源，但布置優(yōu)化仍需滿(mǎn)足電氣設(shè)備的安裝、運(yùn)行維護(hù)、檢修及防火等要求。長(zhǎng)期以來(lái)，防火一直是變電站安全運(yùn)行的重要內(nèi)容，因而成為電力工程設(shè)計(jì)不可忽視的環(huán)節(jié)。為確保變電站的消防安全，預(yù)防火災(zāi)或減少火災(zāi)危害，國(guó)家多年來(lái)陸續(xù)編制了指導(dǎo)變電站內(nèi)防火設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，一定程度上規(guī)范了變電站內(nèi)電氣設(shè)備防火設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

1 變電站防火設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

目前電力行業(yè)執(zhí)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范中，變電站防火設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是GB 50229—2006《火力發(fā)電廠(chǎng)與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱(chēng) 《防火規(guī)范》）和 GB 50016—2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《建筑防火》），其他工藝設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)于變電站防火也有相關(guān)規(guī)定。

在諸多規(guī)范中，對(duì)于建（構(gòu)）筑物的防火要求是最為明確和統(tǒng)一的，主要包括對(duì)建（構(gòu)）筑物火災(zāi)危險(xiǎn)性和耐火等級(jí)的規(guī)定，從而按照耐火等級(jí)來(lái)確定防火間距。由于沒(méi)有爭(zhēng)議，目前在工程設(shè)計(jì)中該防火間距或相關(guān)措施的規(guī)定均能?chē)?yán)格準(zhǔn)確地執(zhí)行。相對(duì)建（構(gòu)）筑物而言，電氣設(shè)備尤其是戶(hù)外布置時(shí)的防火要求并不十分清晰，主要緣于各標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的內(nèi)容不盡統(tǒng)一，造成工程設(shè)計(jì)時(shí)不容易把握。以35 kV戶(hù)外成套拼裝式電容器為例,對(duì)于與相鄰電容器、電氣設(shè)備或構(gòu)架的防火距離就沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)定，如果按照最為保守的數(shù)值（比如10 m）來(lái)控制或者一律設(shè)置防火墻，將使得空間布置過(guò)大造成土地浪費(fèi)，或者增加了不必要的防火墻建筑成本?？梢钥闯觯O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一無(wú)法滿(mǎn)足變電站“兩型一化”建設(shè)要求，防火設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)必須進(jìn)一步明確，更易于指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。

2 電氣設(shè)備的防火原理分析

電氣設(shè)備的防火主要針對(duì)帶油設(shè)備，設(shè)備按照含油量來(lái)確定相應(yīng)的防火標(biāo)準(zhǔn)，這是各標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范都明確的。即使在GB 50016—2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中，也可將帶油電氣設(shè)備歸于丙類(lèi)液體 （閃點(diǎn)大于等于60℃）貯罐類(lèi)別。GB 50229—2006《防火規(guī)范》中，針對(duì)油浸變壓器的防火機(jī)理有著十分詳細(xì)的說(shuō)明。

油浸變壓器內(nèi)部貯有大量絕緣油，其閃點(diǎn)在135～150℃，與丙類(lèi)液體貯罐相似，按照GB 50016—2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的規(guī)定，丙類(lèi)液體貯罐之間的防火間距不應(yīng)小于0.4D（D為2個(gè)相鄰貯罐中較大罐的直徑）?？稍O(shè)想變壓器長(zhǎng)度為丙類(lèi)液體貯罐的直徑，通過(guò)對(duì)不同電壓、不同容量的變壓器之間的最小防火間距按0.4D計(jì)算得出，考慮到油浸變壓器的火災(zāi)危險(xiǎn)性比丙類(lèi)液體貯罐大，而且是變電站的核心設(shè)備，其重要性遠(yuǎn)大于丙類(lèi)液體貯罐，所以規(guī)定防火間距應(yīng)大于0.4D。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，變壓器著火后，對(duì)地面的最大輻射強(qiáng)度是在與地面大致成45°的夾角范圍內(nèi)，要避開(kāi)最大輻射溫度，變壓器之間的水平間距必須大于變壓器的高度。因此，《防火規(guī)范》中將戶(hù)外油浸變壓器（含油量大于2 500 kg）之間的防火間距按電壓等級(jí)劃分，如表1所示。

表1 屋外油浸變壓器之間的最小凈距 m

另外，《防火規(guī)范》中 6.6.3章節(jié)規(guī)定：“油量為2 500 kg及以上的變壓器或電抗器與本回路油量為600 kg以上且2 500 kg以下的帶油電氣設(shè)備之間的防火間距不小于5 m”。

3 電氣設(shè)備的防火距離分析

綜合前節(jié)變壓器的防火機(jī)理，并結(jié)合變電站電氣設(shè)備的運(yùn)行要求，且設(shè)置設(shè)備防火距離主要基于設(shè)備含油量水平及相鄰設(shè)備的重要性分類(lèi)。

3.1 設(shè)備含油量水平。

一般來(lái)說(shuō)，《防火規(guī)范》主要適用于含油量為2 500 kg及以上的電氣設(shè)備的防火要求，也就是說(shuō)變電站內(nèi)電氣設(shè)備具有的足夠火災(zāi)危險(xiǎn)性，即自身燃燒對(duì)于一定范圍的輻射影響。由于設(shè)備含油量及外廓高度隨著電壓等級(jí)的提高而增大，因此不同電壓等級(jí)的含油設(shè)備可以參照表1確定防火距離。另一方面，對(duì)于含油量為2 500 kg以下的電氣設(shè)備防火不在《防火規(guī)范》規(guī)定范圍，應(yīng)參照《建筑防火》的丙類(lèi)液體貯罐防火標(biāo)準(zhǔn)，采用不小于0.4D（D為設(shè)備外廓長(zhǎng)寬之和的一半數(shù)值，等效為罐體直徑）的數(shù)值。

3.2 相鄰設(shè)備的重要性分類(lèi)

《防火規(guī)范》中6.6.3章節(jié)中，提出變壓器與本回路600～2 500 kg的帶油電氣設(shè)備之間的防火間距可一律選擇5 m，從而不受變壓器電壓等級(jí)的限制。基于此，提出防火距離兩端的相鄰設(shè)備防火指向性的概念，以便進(jìn)一步研究確定防火距離。防火指向性概念的提出，完全建立在相鄰設(shè)備含油量和火災(zāi)危險(xiǎn)影響性評(píng)估的基礎(chǔ)上。比如同一間隔的含油設(shè)備之間，當(dāng)含油量達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，相對(duì)不重要的設(shè)備對(duì)重要設(shè)備的防火要求就是彼此防火距離的主要決定因素。

3.3 防火距離分析

典型的500 kV變壓器及無(wú)功裝置場(chǎng)地如圖1所示[1]，主要包括主變壓器、35 kV配電裝置、35 kV并聯(lián)電容器及電抗器等設(shè)備。各電氣設(shè)備一般按照功能區(qū)域進(jìn)行布置，滿(mǎn)足相互之間必要的電氣距離、安裝、巡視、運(yùn)維及檢修的空間要求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備防火距離的綜合分析。

（1）不同主變壓器 （例如圖1中1號(hào)、2號(hào)變壓器）之間的防火距離嚴(yán)格按照《防火規(guī)范》要求，500 kV等級(jí)采用10 m控制[2]，緊湊布置時(shí)如圖設(shè)置滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的防火隔墻。大容量500 kV變壓器一般采用單相型式，根據(jù)《防火規(guī)范》要求，同組變壓器單相之間防火距離同上[2]，緊湊布置時(shí)設(shè)置滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的防火隔墻。目前變電站的典型布置均滿(mǎn)足該要求。

（2）主變壓器與其他主變回路的配電裝置、電容器及電抗器等電氣設(shè)備的防火距離設(shè)置原則與不同主變壓器之間的要求相同。

圖1 500 kV變電站主變壓器場(chǎng)地典型電氣設(shè)備布置圖

（3）主變壓器和本回路35 kV配電裝置之間防火距離。35 kV配電裝置中主要含油設(shè)備為互感器，單臺(tái)設(shè)備含油量一般少于600 kg，按照《防火規(guī)范》，主變壓器對(duì)于由自身35 kV側(cè)引接的配電裝置電氣設(shè)備沒(méi)有規(guī)定防火要求[2]。究其原因，是因?yàn)?5 kV配電裝置含油量小，火災(zāi)危險(xiǎn)性及延伸性影響小，因此防火設(shè)置是單向的，考慮到35 kV配電裝置不向外出線(xiàn)，本質(zhì)上是輔助變壓器發(fā)揮功能，重要性上不如變壓器本身，按照防火指向性概念，可根據(jù)《建筑防火》的丙類(lèi)液罐的規(guī)定確定防火距離不小于0.4D（D值為主變壓器外廓長(zhǎng)寬之和的一半取值[3]）。

（4）主變壓器和本回路中性點(diǎn)設(shè)備之間防火距離。分析同（3），考慮到重要性的不同，按照防火指向性概念，規(guī)定防火距離不小于0.4D（D值為主變壓器外廓長(zhǎng)寬之和的一半取值）。

（5）主變壓器和本回路裝配式電容器之間防火距離。裝配式電容器由許多含油小單元組成，每個(gè)單元的含油量不多（約10 kg），雖然總體含油量較高，但和相同含油量的單體設(shè)備在火災(zāi)上還是不能相提并論?？紤]重要性不同，按照防火指向性概念，可根據(jù)《建筑防火》規(guī)定防火距離不小于0.4D（D值為尺寸較大的主變壓器外廓長(zhǎng)寬之和的一半取值[3]）。

（6）主變壓器和大容量集合式電容器、油浸式電抗器之間防火距離。大容量集合式電容器和油浸式電抗器的單體含油量一般都超過(guò)了2 500 kg。按《防火規(guī)范》中同電壓等級(jí)變壓器確定，以500 kV為例，防火距離設(shè)置為10 m。

（7）35 kV電容器之間防火距離。并聯(lián)電容器屬于變電站的無(wú)功補(bǔ)償裝置，考慮到電容器投切需要滿(mǎn)足母線(xiàn)電壓波動(dòng)及系統(tǒng)無(wú)功和電壓的調(diào)節(jié)要求，一般每臺(tái)變壓器的電容器分為若干組。同一主變下的電容器（比如圖1中的2號(hào)、3號(hào)電容器）實(shí)質(zhì)是發(fā)揮了同一種功能，只不過(guò)由于電網(wǎng)系統(tǒng)的技術(shù)要求而進(jìn)行分組，其在變電站的重要性可不分開(kāi)單獨(dú)考慮。電容器主要應(yīng)用型式包括裝配式和大容量集合式類(lèi)型。對(duì)于裝配式或單體油量不超過(guò)2 500 kg的集合式電容器，由于單體油量不大，因此同一變壓器下各組電容器之間可參照《建筑防火》的丙類(lèi)液罐的規(guī)定即0.4D。以變電站常規(guī)的60 Mvar電容器為例，電容器本體最大的等效D值為7～8 m，因此同臺(tái)變壓器下不同電容器本體之間的防火距離控制在0.4D即3.5 m以?xún)?nèi)[3]。不同變壓器下各組電容器之間參照《防火規(guī)范》中同電壓等級(jí)變壓器，以35 kV為例，防火距離設(shè)置為5 m[2]。對(duì)于大容量集合式，單體油量超過(guò)2 500 kg時(shí)，彼此之間防火距離參照《防火規(guī)范》中同電壓等級(jí)變壓器，以35 kV為例，不論分屬同一主變還是不同主變，防火距離一律設(shè)置為5 m，否則應(yīng)設(shè)置防火隔墻[2]。

（8）35 kV電容器與相鄰配電裝置之間防火距離。分析同（7）。

（9）35 kV油浸并聯(lián)電抗器之間防火距離?？紤]到含油量超過(guò)2 500 kg，因此同主變或不同主變下的油浸并聯(lián)電抗器之間，均可參照《防火規(guī)范》中同電壓等級(jí)變壓器的防火要求設(shè)置防火距離。以35 kV為例，電抗器本體之間防火距離應(yīng)設(shè)置為5 m，否則應(yīng)設(shè)置防火隔墻[2]。

（10）35 kV電容器和電抗器之間防火距離。如采用油浸式電抗器，則參考上述（9）選擇防火距離；如采用干式空心電抗器，則參考上述（7）選擇防火距離。

（11） 工程中其他情況都可在上述（1）～（10）條中選擇參照?qǐng)?zhí)行。

上述分析結(jié)果匯總?cè)绫?所示。目前國(guó)網(wǎng)公司的變電站典型設(shè)計(jì)方案中，設(shè)備均按照表2要求布置,否則設(shè)置防火隔墻。

4 規(guī)程規(guī)范的檢驗(yàn)

為進(jìn)一步與工程建設(shè)現(xiàn)狀相協(xié)調(diào)，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有規(guī)程規(guī)范和工程實(shí)踐，檢驗(yàn)前述按照設(shè)備含油量水平和重要性分類(lèi)來(lái)確定防火距離的設(shè)計(jì)思想。

（1） GB 50016—2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》。 電氣含油設(shè)備可歸于丙類(lèi)液體貯罐，規(guī)范中4.2.2條地上丙類(lèi)液體貯罐之間的防火間距為0.4D，前文分析及應(yīng)用結(jié)果皆大于0.4D，滿(mǎn)足本規(guī)范要求[3]。

（2）GB 50229—2006《火力發(fā)電廠(chǎng)與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》。規(guī)范中11.1.4規(guī)定了變電站內(nèi)各建（構(gòu)）筑物及設(shè)備的防火間距，其中對(duì)于可燃介質(zhì)電容器與變壓器和配電裝置的防火間距規(guī)定為10 m[2]，在實(shí)際工程執(zhí)行中有較多爭(zhēng)議，建議可按照本文研究成果進(jìn)行區(qū)別規(guī)定。

（3）GB 50227—2008《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》。規(guī)范中9.1.1條要求執(zhí)行GB 50229的相關(guān)規(guī)定，與第（2）條一致[4]。

（4）DL/T 5352—2006《高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》。規(guī)程中8.5.5和8.5.7條中規(guī)定了屋外油浸變壓器之間、油浸變壓器和本回路含有設(shè)備的最小防火間距，前文分析結(jié)果能滿(mǎn)足本規(guī)范要求[5]。

（5） DL 5027—1993《電力設(shè)備典型消防規(guī)程》。規(guī)程中7.3.2條規(guī)定了屋外油浸變壓器之間、油浸變壓器和本回路含有設(shè)備的最小防火間距，前文分析結(jié)果能滿(mǎn)足本規(guī)范要求[6]。規(guī)程中7.6.3條規(guī)定，室外布置的電力電容器與高壓電氣設(shè)備需要保持5 m及以上的距離[6]，并沒(méi)有考慮防火指向性，建議以本文分析結(jié)果對(duì)設(shè)備進(jìn)行重要性分類(lèi)來(lái)確定防火距離。

（6）《國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)》。以通用設(shè)計(jì)方案中500 kV變電站主變壓器場(chǎng)地為例，設(shè)備布置的防火距離及隔墻的設(shè)置原則，與電氣設(shè)備的防火距離分析結(jié)果一致[1]。

表2 變電站內(nèi)主要電氣設(shè)備防火間距設(shè)計(jì)

5 結(jié)束語(yǔ)

變電站的防火是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，與電網(wǎng)的運(yùn)行密不可分，必須依靠豐富的理論依據(jù)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)作為支撐。但現(xiàn)有規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定并不明確，在指導(dǎo)防火工程建設(shè)中易引發(fā)爭(zhēng)議，因此有必要對(duì)于防火距離開(kāi)展深層次研究，從而尋求安全性和經(jīng)濟(jì)性之間的更加合理的平衡，這也符合當(dāng)前電網(wǎng)建設(shè)“兩型一化”的指導(dǎo)思想。

[1]國(guó)家電網(wǎng)公司.國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)110（66）～500 kV變電站分冊(cè)（2011年版）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.

[2]GB 50229—2006，火力發(fā)電廠(chǎng)與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[3]GB 50016—2006，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[4]GB 50227—2008，并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]DL/T 5352—2006，高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

[6]DL 5027—1993，電力設(shè)備典型消防規(guī)程[S].