500 kV變電站給排水系統(tǒng)設(shè)計特點及優(yōu)化探討

摘要：當(dāng)前，變電站作為電網(wǎng)系統(tǒng)中重要的組成部分，對國民經(jīng)濟發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。鑒于此，分析了變電站給排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計優(yōu)化，可為后續(xù)變電站給排水設(shè)計及改造提供實踐參考。

關(guān)鍵詞：變電站;節(jié)能技術(shù);給排水設(shè)計;消防;標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號：TM63? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2024）11-0040-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.11.010

0? ? 引言

變電站給排水作為變電站重要部分，對變電站的運行有著重要的影響。500 kV變電站給排水系統(tǒng)一般分為給水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和消防系統(tǒng)。本文針對變電站給排水及消防設(shè)計的實際情況逐一進(jìn)行了深入分析及探討，可以為合理設(shè)計變電站并保障其節(jié)能運行貢獻(xiàn)一份力量。

1? ? 變電站的給排水設(shè)計特點

1.1? ? 給水系統(tǒng)

對變電站而言，給水一般為生活水系統(tǒng)。生活水多為市政供應(yīng)，少數(shù)打井供應(yīng)。打井取水出水水質(zhì)需滿足規(guī)范GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求，若水質(zhì)達(dá)不到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，則還需設(shè)置凈水設(shè)備。無論是市政供應(yīng)還是打井供水，均需取得相關(guān)部門取水協(xié)議。根據(jù)市政供水水壓，供水量可分直接供給或設(shè)置二次加壓裝置兩種形式統(tǒng)計。二次加壓裝置一般布置在綜合水泵房內(nèi)，由生活水箱、一套帶氣壓罐的全自動恒壓變頻給水設(shè)備及紫外線消毒裝置組成。站外自來水來水補充并貯存在生活水箱內(nèi)，給水機組自生活水箱取水，由水泵加壓，經(jīng)過紫外線消毒裝置消毒后通過管道送至各用水點。機組變頻調(diào)節(jié)，當(dāng)生活水流量為零或很小時，變頻泵自動停泵，靠氣壓罐來維持供水管網(wǎng)壓力或少量供水。給水管上設(shè)水表，用于計量全站生活用水量。生活用水量計算示例如表1所示。

1.2? ? 雨水系統(tǒng)

變電站雨水系統(tǒng)一般采用有組織排放方式，通過雨水口、雨水管道、雨水井等收集站內(nèi)雨水。根據(jù)周邊市政雨水管網(wǎng)情況，可采用重力自流方式或雨水泵站強排匯入就近雨水管網(wǎng)。若附近無市政管網(wǎng)，可匯入就近河道并獲取相關(guān)部門排放協(xié)議。若地區(qū)有要求設(shè)置海綿城市，則需根據(jù)海綿城市規(guī)范，按照年徑流總量控制率，設(shè)置相關(guān)海綿措施及設(shè)施，如設(shè)置透水鋪裝、下沉式綠地、雨水調(diào)蓄池等。

1.3? ? 污水系統(tǒng)

變電站內(nèi)人員較少，污水量也較少，根據(jù)周邊市政污水管網(wǎng)情況，可采用重力自流方式或污水泵站強排匯入就近污水管網(wǎng)并獲取相關(guān)部門排放協(xié)議。若附近無市政管網(wǎng)，也可采用一體化污水處理設(shè)備，處理后的達(dá)標(biāo)水可回用于綠化;或者采用化糞池，定期清掏。對于配置廚房、備餐間等建筑物，則需設(shè)置隔油池。

1.4? ? 事故油系統(tǒng)

變電站內(nèi)電氣設(shè)備眾多，大多為帶油設(shè)備，如變壓器、電容電抗、GIS裝置等。為防止事故時火災(zāi)蔓延，變壓器之間、電容電抗之間各自設(shè)置防火墻隔離，設(shè)備下方設(shè)置油坑，油坑上方設(shè)置格柵及鵝卵石。事故油通過水封井、事故油管道及水井排放至總事故油池。油池設(shè)置油水分離裝置，變壓器油回收利用。根據(jù)GB 50229—2019《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《火規(guī)》）：“戶外單臺油量為1 000 kg以上的電氣設(shè)備，應(yīng)設(shè)置貯油或擋油設(shè)施，其容積宜按設(shè)備油量的20%設(shè)計，并能將事故油排至總事故油池。貯油或擋油設(shè)施應(yīng)大于設(shè)備外廓每邊各1 m?？偸鹿视统赜行莘e按照最大一臺設(shè)備的100%油量考慮?！盵1]相較于GB 50229—2006，總事故油池的有效容積由按照最大一臺設(shè)備的60%油量考慮變更為按照100%油量設(shè)計，因此，較早之前運行的這些變電站在改建和擴建時，需考慮改造事故油池，使其有效容積滿足最大一臺變壓器100%油量的要求。

1.5? ? 綠化水系統(tǒng)

綠化水管可從生活給水管網(wǎng)上引接，引接處設(shè)置倒流防止器，也可采用污水處理設(shè)備回收處理后的達(dá)標(biāo)水。

2? ? 變電站的消防設(shè)計特點

變電站的消防設(shè)計考慮站區(qū)各類火災(zāi)的防止和撲滅，立足自救。根據(jù)“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的消防工作方針，在設(shè)計中嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)防火規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)先采用防火材料，在加強火災(zāi)監(jiān)測報警的基礎(chǔ)上，對重要設(shè)備采用相應(yīng)的消防措施。變電站消防一般分常規(guī)水消防系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)及滅火器系統(tǒng)，較早之前的變電站主變消防還采用泡沫噴霧滅火系統(tǒng)。

2.1? ? 常規(guī)水消防系統(tǒng)

根據(jù)《火規(guī)》要求：“變電站內(nèi)建筑物滿足耐火等級不低于二級，體積不超過3 000 m3，且火災(zāi)危險等級為戊類時，可不設(shè)消防給水?！盵1]

500 kV變電站的建筑物一般為配電裝置樓、主控通信樓、傳達(dá)室等，最大建筑體積一般均超過3 000 m3，消防系統(tǒng)一般采用獨立的穩(wěn)高壓給水系統(tǒng)。穩(wěn)高壓系統(tǒng)由消防水池、消防水泵、消防穩(wěn)壓裝置、屋頂水箱、輸配水管網(wǎng)、水噴霧滅火系統(tǒng)以及室內(nèi)外消火栓組成。消防水泵的啟動受消防管網(wǎng)內(nèi)水壓的控制，當(dāng)消防穩(wěn)壓裝置不能維持、恢復(fù)管網(wǎng)水壓到定值，水壓下降至某設(shè)定值，延時一定時間后，自動啟動消防泵，啟動消防泵后水壓持續(xù)下降，或者出現(xiàn)故障信號時，則啟動備用消防泵[2]。高位消防水箱出水管上的流量開關(guān)、報警閥壓力開關(guān)等開關(guān)信號也能直接啟動消防泵。消防泵房出口為兩路供水，沿站區(qū)道路成環(huán)狀管網(wǎng)布置，當(dāng)其中一路發(fā)生故障或者檢修時，另一路需能通過全部消防用水，保證供水可靠性。室外環(huán)狀管網(wǎng)用閥門分段，每段內(nèi)消火栓的數(shù)量不超過5個，室外消火栓布置間距及保護半徑按規(guī)范設(shè)置[2]。

室內(nèi)消防則根據(jù)規(guī)范要求，交流變電站的主控制樓、繼電器室、高壓配電裝置樓（無充油設(shè)備）、閥廳、戶內(nèi)直流開關(guān)場（無充油設(shè)備）、空冷器室、生活/工業(yè)消防水泵房、生活污水/雨水泵房、水處理室、占地面積不大于300 m2的建筑，可不設(shè)室內(nèi)消火栓。除上述建筑外，建筑物需設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，當(dāng)室外消火栓設(shè)計流量大于20 L/s，且室內(nèi)消火栓超過10個時，室內(nèi)消防管布置成環(huán)狀，室內(nèi)不少于兩根進(jìn)水管，室內(nèi)消火栓的間距不大于30 m。屋頂設(shè)置高位消防水箱，與室內(nèi)消火栓系統(tǒng)連接。

戶外變電站消防用水量計算示例如表2所示。

2.2? ? 水噴霧系統(tǒng)

《火規(guī)》第11.5.4條規(guī)定：“單臺容量為125 MVA及以上的油浸變壓器、200 Mvar及以上的油浸電抗器應(yīng)設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)或其他固定式滅火裝置?！盵1]其他固定滅火系統(tǒng)主要指排油注氮滅火裝置，但排油注氮對于變壓器的報警信號、火災(zāi)信號要求很高，設(shè)計中應(yīng)采取措施避免誤動作，且變壓器火災(zāi)后大部分油從箱體開裂處噴出，在變壓器外部燃燒，排油注氮裝置不能對其發(fā)揮作用，需要采取其他手段防止火災(zāi)的蔓延。因此，變電站中變壓器固定滅火較少采用排油注氮，多為水噴霧系統(tǒng)。

水噴霧系統(tǒng)由水源、消防泵、穩(wěn)壓裝置、管道、雨淋閥組、過濾器、水霧噴頭和火災(zāi)探測系統(tǒng)等組成，一般和常規(guī)水消防系統(tǒng)合用一套消防泵及管網(wǎng)。自消防水環(huán)管上引一路消防水管接至雨淋閥室，通過雨淋閥組再接至變壓器的水噴霧滅火管網(wǎng)，最后通過高速離心式水霧噴頭實施水噴霧滅火。變壓器周圍設(shè)水噴霧環(huán)管，水霧噴頭的理論數(shù)量按保護對象的保護面積、設(shè)計供給強度和噴頭流量特性經(jīng)計算確定，實際布置水霧噴頭總流量需大于理論流量，且應(yīng)根據(jù)噴頭的霧化角、有效射程、與保護對象的距離，繪制水霧噴頭曲線及包絡(luò)線，實際噴頭的布置需完全覆蓋變壓器本體、油枕、散熱器、集油坑表面，其中變壓器絕緣子升高座孔口需單獨設(shè)噴頭保護。水霧噴頭之間的水平距離與垂直距離需滿足水霧錐相交的要求[3]。水霧噴頭應(yīng)帶過濾器，以防止噴頭堵塞。水噴霧管道及噴頭還需核實與電纜及設(shè)備的帶電安全距離。變壓器水噴霧管道布置示例圖如圖1所示。

2.3? ? 氣體滅火系統(tǒng)

根據(jù)DL 5027—2015《電力設(shè)備典型消防規(guī)程》及《國網(wǎng)設(shè)備部關(guān)于印發(fā)變電站（換流站）消防設(shè)備設(shè)施等完善化改造原則（試行）的通知》（設(shè)備變電〔2018〕15號）要求，在電纜豎井和電纜隧道設(shè)置懸掛式超細(xì)干粉、氣溶膠或火探管式滅火裝置，變電站一般在電纜層、電纜豎井增設(shè)超細(xì)干粉滅火裝置。

變電站地下電纜層和室內(nèi)電纜豎井配置非儲壓式懸掛式超細(xì)干粉滅火裝置。超細(xì)干粉自動滅火裝置工作流程圖如圖2所示。

2.4? ? 泡沫噴霧滅火系統(tǒng)

泡沫噴霧消防滅火系統(tǒng)由儲液罐、泡沫滅火劑、氮氣啟動源、氮氣動力源、電磁控制閥、水霧噴頭、管網(wǎng)等組成。在系統(tǒng)警戒狀態(tài)下，氮氣動力源被壓縮在高壓鋼瓶內(nèi)并維持系統(tǒng)滅火所需要的壓頭，由瓶頭容器閥組控制氣體的釋放，當(dāng)變壓器或高壓電抗器火災(zāi)探測報警裝置報警后，該報警信號聯(lián)動啟動瓶頭容器閥組及儲液罐出口的電磁閥或經(jīng)人工確認(rèn)后手動啟動瓶頭容器閥組及儲液罐出口的電磁閥進(jìn)行滅火。泡沫噴霧管道主要布置在變壓器兩側(cè)及油枕上方，響應(yīng)時間同水噴霧系統(tǒng)，均為60 s。

較早之前的變電站多采用泡沫噴霧滅火系統(tǒng)，根據(jù)最新的消防規(guī)范，主變消防采用水噴霧滅火系統(tǒng)，泡沫噴霧滅火系統(tǒng)逐漸淘汰。

2.5? ? 移動式滅火器系統(tǒng)

對室內(nèi)建筑物和主變區(qū)域，均按GB 50140—2005《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》、GB 50229—2019《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》及DL 5027—2015《電力設(shè)備典型消防規(guī)程》的要求，設(shè)置不同類型的移動式滅火器。在明顯和便于取用的地點均設(shè)滅火器箱，滅火器分別按規(guī)范要求的種類、危險等級、保護距離等成組設(shè)置，并有明顯標(biāo)記和說明。在主變壓器附近需設(shè)推車式滅火器，并配置成品消防砂箱及消防鏟、消防桶。

3? ? 優(yōu)化建議

3.1? ? 給排水優(yōu)化建議

在站區(qū)內(nèi)部做好綠化工作，根據(jù)實際情況合理選擇植被品種，比如一些耐干旱、生存力強、少養(yǎng)護的植被，可合理降低綠化用水量，同時保證環(huán)境效益[4]。

在變電站給排水設(shè)計中，管道材質(zhì)的選擇缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在實際設(shè)計過程中，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況進(jìn)行材質(zhì)選擇，例如當(dāng)?shù)赝临|(zhì)是否是濕陷性土質(zhì)、是否是鹽堿地等，這些都和材質(zhì)的選擇及防腐材質(zhì)的選擇有很大的關(guān)聯(lián)。除此之外，還應(yīng)充分考慮管材的安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、管道管材安全使用的便利性與環(huán)保經(jīng)濟性。為保證水資源的合理利用，應(yīng)遵循節(jié)水原則，優(yōu)先選擇節(jié)水型設(shè)備。

3.2? ? 消防優(yōu)化建議

3.2.1? ? 關(guān)于水噴霧的優(yōu)化建議

根據(jù)GB 50219—2014《水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[3]，變壓器水噴霧滅火時間為0.4 h，有些偏遠(yuǎn)站區(qū)，消防大隊距離較遠(yuǎn)，運檢單位提出增加水噴霧滅火時長，以保證變壓器安全。因此，在投資增加不多的情況下，可適當(dāng)加大消防水池的容積，以保證變電站的安全。

水噴霧要求響應(yīng)時間為60 s，則雨淋閥室布置的位置顯得尤為重要，路程越遠(yuǎn)，沿程損失越多，響應(yīng)時間越長，供水壓力需求越大。若雨淋閥放置于配電樓，則距離末端變壓器太遠(yuǎn)，有可能滿足不了響應(yīng)時間要求，建議雨淋閥室單設(shè)于各變壓器相對中間位置。

對于廠區(qū)水噴霧主管的最低點處，也需注意設(shè)置放空閥排至雨水系統(tǒng)，在試水或火災(zāi)結(jié)束后放空管道，以免積水造成管道腐蝕。另外，冬天應(yīng)注意防止管道凍裂。

3.2.2? ? 關(guān)于消防水泵的優(yōu)化建議

消防水泵按兩臺工作泵、一臺備用泵配置時，建議消防泵之間設(shè)置的啟動壓力間隔值適當(dāng)加大。

消防系統(tǒng)平時靠穩(wěn)壓泵和氣壓罐維持管網(wǎng)壓力，消防水泵的啟動受消防管網(wǎng)內(nèi)水壓控制。第一臺消防工作水泵與第二臺消防工作水泵之間設(shè)置啟動差值，第二臺消防工作泵和備用泵之間設(shè)置啟動差值。現(xiàn)場消防水系統(tǒng)試驗過程中，發(fā)現(xiàn)設(shè)置差值間隔很小，當(dāng)啟動變壓器水噴霧時，管網(wǎng)壓力下降很快，兩臺工作泵間隔啟動時間很短，幾乎同時啟動，易造成跳閘事故。

其根本原因如下：水噴霧滅火系統(tǒng)為開式系統(tǒng)，雨淋閥一打開，消防流量大，電動消防泵啟動后達(dá)到額定出力需要有一個過程，瞬時達(dá)不到額定出力，則設(shè)定的壓力維持不住，管網(wǎng)壓力下降很快，造成兩臺消防泵幾乎同時啟動，甚至備用泵也會啟動，易造成跳閘事故，影響供電及系統(tǒng)安全。

因此，建議在配置兩用一備消防工作泵時，將兩臺工作泵之間及工作泵和備用泵之間的啟動壓力間隔值適當(dāng)加大，滿足消防泵安全要求。

3.3? ? 事故優(yōu)化建議

根據(jù)《火規(guī)》規(guī)定，戶外單臺油量為1 000 kg以上的電氣設(shè)備，應(yīng)設(shè)置貯油或擋油設(shè)施，其容積宜按設(shè)備油量的20%設(shè)計，并能將事故油排至總事故油池[1]。故單臺小于1 000 kg的電氣設(shè)備，一般設(shè)備下方不設(shè)置油坑。但據(jù)運行人員反饋，電氣設(shè)備檢修或者故障時，會有油泄漏，流至雨水管道，造成污染。建議在未設(shè)置油坑的電氣區(qū)域設(shè)置排水溝，統(tǒng)一接至事故油池，經(jīng)油水分離后，可截留油污，避免污染。

4? ? 結(jié)束語

為保證變電站的安全和穩(wěn)定運行，需先制定好給排水及消防設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，再根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況，結(jié)合運檢單位實際運行的經(jīng)驗反饋，進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化。設(shè)計的過程中需滿足變電站穩(wěn)定運行、消防安全、環(huán)保、節(jié)能要求，給變電站的建設(shè)奠定一個扎實的基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)：GB 50229—2019[S].

[2] 沈聰兒.新標(biāo)準(zhǔn)頒布后的燃煤電廠消防給水設(shè)計[J].浙江電力，2015，34（4）：49-53.

[3] 水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范：GB 50219—2014[S].

[4] 石成杰.變電站給排水設(shè)計特點及對策[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2017（11）：1720.

收稿日期：2024-02-05

作者簡介：朱張盈（1989—），女，浙江紹興人，給排水工程師，研究方向：火力發(fā)電廠及變電站給排水及消防設(shè)計。