變電站防火系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

文/王偉敏 陳群靜 俞書獻(xiàn)

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行已經(jīng)是經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)和電力工業(yè)生產(chǎn)的重要技術(shù)保障。變電站系統(tǒng)是一個(gè)電力系統(tǒng)中負(fù)責(zé)變換電壓、接受和合理分配使用電能、控制使用電力的運(yùn)動(dòng)流向和隨時(shí)調(diào)整電壓的基本電力設(shè)施，主要包括電力變壓器、斷路器、隔離器和開關(guān)等設(shè)備及電氣設(shè)施。這些供電設(shè)施在正常運(yùn)行中發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)性較大，造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大，對(duì)供電系統(tǒng)保障的安全影響也很大。因此，對(duì)電力變電站的安全防火保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究十分必要。

1 變電站火災(zāi)原因及預(yù)防措施

1.1 變壓器的火災(zāi)原因及預(yù)防措施

1.1.1 變壓器火災(zāi)原因

變壓器的內(nèi)部含有絕緣材料和易燃的氣體絕緣油，一旦遇到嚴(yán)重條件過(guò)載、短路就會(huì)受到大量高溫和惰性電弧線的作用而被分解和燃燒，分解和燃燒過(guò)程產(chǎn)生的大量易燃?xì)怏w噴油會(huì)直接使內(nèi)部絕緣壓力急劇增大，有可能造成機(jī)器外殼破裂爆炸事故風(fēng)險(xiǎn)；而爆炸會(huì)引起大量氣體噴油，直接使爆炸事故進(jìn)一步擴(kuò)大，造成惡劣影響。在實(shí)際使用工況下，運(yùn)行中的電力變壓器系統(tǒng)發(fā)生此類火災(zāi)的原因主要有:

（1）變壓器的絕緣出現(xiàn)損壞。變壓器的線圈絕緣老化、鐵芯絕緣出現(xiàn)老化損壞，或維修不慎導(dǎo)致變壓器的絕緣被破壞。

（2）變壓器內(nèi)部部件接觸不良。運(yùn)行中的變壓器會(huì)遇到?jīng)_擊負(fù)載產(chǎn)生震動(dòng)引起的螺栓松動(dòng)、焊接不牢、分接開關(guān)觸頭損壞，這些原因造成變壓器接觸不良產(chǎn)生局部過(guò)熱，破壞變壓器內(nèi)部絕緣，絕緣油加速分解產(chǎn)生大量的氣體，內(nèi)部壓力突增。

（3）過(guò)電壓。變電站的變壓器內(nèi)部電流都是從架空線路引過(guò)來(lái)的，這些架空線路會(huì)給變壓器引來(lái)雷擊，過(guò)電壓會(huì)擊穿變壓器內(nèi)部的絕緣，從而引起火災(zāi)燒毀變壓器。

（4）負(fù)載短路。當(dāng)變壓器的負(fù)載側(cè)出現(xiàn)短路故障，變壓器承受巨大的短路電流，如果此時(shí)保護(hù)系統(tǒng)失靈或者調(diào)整的整定值過(guò)大，都有可能引起火災(zāi)燒毀變壓器。

（5）變壓器由外界火源引燃。變壓器周圍堆放的可燃物燃燒后，引燃變壓器或變壓器室而使變壓器起火。

1.1.2 變壓器火災(zāi)預(yù)防措施

針對(duì)變壓器可能引起火災(zāi)的原因，應(yīng)做到以下預(yù)防措施：

（1）總油量超過(guò)100kg的室內(nèi)油浸變壓器，需要設(shè)置單獨(dú)的變壓器室；

（2）室內(nèi)單臺(tái)變壓器總油量為100kg以上的電氣設(shè)備，應(yīng)在室內(nèi)設(shè)置具有完全貯油或擋油的設(shè)施；

（3）室內(nèi)油浸式變壓器應(yīng)該采用一級(jí)耐火等級(jí)建筑，建筑出入口門的材料應(yīng)該設(shè)計(jì)為非燃燒體或者是難燃燒體；

（4）變壓器的運(yùn)行環(huán)境應(yīng)該通風(fēng)良好，并且配備機(jī)械排風(fēng)設(shè)備；

（5）室內(nèi)變壓器周圍不允許存放其他物品，周圍環(huán)境保持干凈整潔無(wú)積水。

1.2 油斷路器的火災(zāi)原因及防范措施

1.2.1 油斷路器的火災(zāi)原因

油斷路器開關(guān)是一種由絕緣油材料作為電源開斷故障的，具有滅弧靜電介質(zhì)的可靠開關(guān)設(shè)備，用來(lái)快速切斷和停止接通短路電源，而且在電流短路時(shí)使用能夠迅速準(zhǔn)確切斷有源電流的可靠開關(guān)設(shè)備。運(yùn)行過(guò)程中的油斷路器可能發(fā)生重大火災(zāi)的原因主要有：

（1）油斷路器外部套管污穢受潮，在油斷路器長(zhǎng)期運(yùn)行下，這些污穢將造成對(duì)地閃絡(luò)、相與相之間的閃絡(luò)以及油斷路器內(nèi)部的閃絡(luò)。

（2）油斷路器在分閘動(dòng)作的過(guò)程中，分閘動(dòng)作過(guò)于緩慢或者遮斷容量不足，當(dāng)油斷路器不能有效地切斷、遮斷電流，將導(dǎo)致開關(guān)斷路器發(fā)生燃燒甚至爆炸。

（3）油斷路器觸點(diǎn)至油面的油層過(guò)低、油箱內(nèi)油面過(guò)高、油的絕緣強(qiáng)度劣化、操作機(jī)構(gòu)調(diào)整不當(dāng)、遮斷容量小等原因會(huì)影響油斷路器的正常運(yùn)行而發(fā)生火災(zāi)。

（4）其他原因。油斷路器絕緣套管與油箱蓋、油箱蓋與絕緣油箱體之間密封不嚴(yán)時(shí)；油箱套管進(jìn)水受潮或絕緣油箱不潔；絕緣套管有一些機(jī)械性的損傷都很有可能會(huì)造成對(duì)地套管短路等。

1.2.2 油斷路器火災(zāi)預(yù)防措施

（1）油斷路器運(yùn)行時(shí)應(yīng)經(jīng)常檢查油面高度，油面必須嚴(yán)格控制在油位指示器范圍之內(nèi)。發(fā)現(xiàn)漏油、滲油或有不正常聲音時(shí)，應(yīng)立即降低負(fù)載或停電檢修，嚴(yán)禁強(qiáng)行送電。

（2）油斷路器投入運(yùn)行前，還應(yīng)檢查絕緣套管和油箱蓋的密封性能，以防油箱進(jìn)水受潮造成斷路器爆炸燃燒。

（3）斷路器與電氣回路的連接要緊密，并可用試溫蠟片觀察溫度。觸頭損壞應(yīng)調(diào)換。檢修完畢應(yīng)進(jìn)行絕緣測(cè)試，并由專人負(fù)責(zé)清點(diǎn)工具，防止工具掉入油箱內(nèi)導(dǎo)致短路發(fā)生事故。

（4）斷路器在安裝前應(yīng)嚴(yán)格檢查。斷路器的遮斷容量應(yīng)大于裝設(shè)該斷路器回路的容量。檢修時(shí)應(yīng)進(jìn)行操作試驗(yàn)，保證機(jī)件靈活可靠，并且調(diào)整好三相動(dòng)作的同期性。

1.3 電纜火災(zāi)原因及預(yù)防措施

1.3.1 電纜火災(zāi)原因

電纜對(duì)變電站的安全運(yùn)行起著重要作用，但是電纜易燃，燃燒后延伸事故將造成惡劣影響。變電站電纜發(fā)生火災(zāi)的原因主要有:

（1）電纜本身引起的絕緣故障。電纜終端加工

制作導(dǎo)致電纜質(zhì)量不良、電纜長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)致電纜絕緣老化、在運(yùn)行工況下電路的電流沖擊破壞電纜的絕緣、電纜本體受到機(jī)械外力作用破壞電纜的絕緣、敷設(shè)過(guò)程惡劣環(huán)境引起電纜的絕緣水平下降。

（2）電纜外界因素引起絕緣故障。由于電氣焊或切割的起火、焊接電纜時(shí)熔渣引發(fā)起火、故障引燃電纜、電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)生起火。

1.3.2 電纜火災(zāi)預(yù)防措施

（1）采取能夠有效率地防止豎井電纜接頭發(fā)生重大火災(zāi)之后繼續(xù)橫向蔓延的各種防火分隔阻燃或者部分隔離的防火阻燃措施，防止電纜著火，并且令其在著火后無(wú)法延燃；

（2）在沿電纜路徑或易燃區(qū)段采用安裝阻燃防火控制電纜的夾層槽盒或阻燃防火電纜的夾層隔板盒以進(jìn)行分隔，對(duì)沿電纜路徑或易燃區(qū)段進(jìn)行有效的防堵消防；

（3）組成電纜的材料中盡量使用不可燃物質(zhì)，采用隔離冷卻部件使得電纜燃燒部位與氧氣隔絕，減少傳導(dǎo)、遮斷熱傳導(dǎo)，使電纜本身難燃化。

1.4 引起變電站火災(zāi)其他原因

變電站除了以上提到的變壓器、油斷路器、電纜引起的火災(zāi)故障以外，隔離開關(guān)、開關(guān)柜、避雷器、二次設(shè)備等設(shè)備，在內(nèi)、外部因素作用下都有可能引起火災(zāi)爆炸。

2 變電站的防火設(shè)計(jì)要求

鑒于變電站的安全運(yùn)行對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和工業(yè)發(fā)展具有舉足輕重的作用，其變電站的防火設(shè)計(jì)更應(yīng)該做到嚴(yán)密、經(jīng)濟(jì)合理。在變電站的防火設(shè)計(jì)中，除嚴(yán)格執(zhí)行《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50 229－2006)外，還應(yīng)嚴(yán)格符合《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016－2014、GB50016－2018)以及《變電站總布置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》(DL/T5056－2007)等有關(guān)防火設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和建筑防火規(guī)范的要求。本文結(jié)合對(duì)消防給水及消防設(shè)施設(shè)計(jì)與應(yīng)急照明設(shè)計(jì)進(jìn)一步討論。

2.1 變電站消防給水及消防設(shè)施設(shè)計(jì)要求

變電站消防給水及設(shè)施設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：

(1)消防給水系統(tǒng)。變電站的消防規(guī)劃和給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)同時(shí)設(shè)計(jì)與消防相結(jié)合給水系統(tǒng)，消防的水源應(yīng)有可靠的保證；對(duì)變電站同一時(shí)間內(nèi)發(fā)生的火災(zāi)，消防給水次數(shù)應(yīng)按一次確定；變電站消防水泵接合器和室外消火栓之間應(yīng)有一個(gè)永久性的明顯消防給水標(biāo)志。

(2)滅火系統(tǒng)。單臺(tái)變壓器容量范圍為125MW及以上的主變壓器應(yīng)同時(shí)設(shè)置水噴霧滅火控制系統(tǒng)、合成型泡沫噴霧滅火系統(tǒng)或其他固定式的滅火控制裝置。其他電氣設(shè)備應(yīng)該采用固定式干粉滅火器，油浸變壓器，固定式滅火控制系統(tǒng)。

(3)安全火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。變電站運(yùn)行過(guò)程中，以下工作場(chǎng)所和變電站設(shè)備應(yīng)采用安全火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng):主控通信室、配電裝置室、電容器室、繼電器室、地下變電站、無(wú)人值班的變電站。

2.2 變電站應(yīng)急照明設(shè)計(jì)要求

變電站的應(yīng)急照明設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：

(1)戶內(nèi)變電站和戶外變電站的消防主控線路通信維護(hù)管理室、配電裝置維護(hù)管理室、消防水泵房和建筑疏散應(yīng)急通道等，應(yīng)及時(shí)設(shè)置應(yīng)急照明。

(2)地下變電站的主控室和通信維護(hù)管理室、配電裝置維護(hù)管理室、變壓器室、繼電器室、消防水泵房、建筑物的疏散通道和樓梯間等，應(yīng)安裝設(shè)置安全應(yīng)急照明。

(3)地下變電站的安全疏散入口通道和出口處，應(yīng)同時(shí)設(shè)置安全發(fā)光疏散指示燈等安全標(biāo)志。

(4) 在房屋墻面或建筑頂棚上，應(yīng)安裝設(shè)置具有應(yīng)急報(bào)警裝置的專用照明燈。

3 結(jié)論

本文圍繞變電站內(nèi)各類電氣設(shè)備可能發(fā)生火災(zāi)的原因進(jìn)行探討，并按照變電站防火要求進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。不論是外因還是內(nèi)因，引起變電站火災(zāi)都將造成不可估量的損失。因此，我們應(yīng)該嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定要求，對(duì)變電站進(jìn)行防火設(shè)計(jì)，做好變電站內(nèi)防火工作，遏制火災(zāi)的發(fā)生，保證變電站的安全運(yùn)行。