變電所消防系統(tǒng)設計淺析

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簡介： 變電所消防系統(tǒng)的正常運行對于安全生產極為重要。本文從設計的角度，介紹了變電站消防系統(tǒng)的組成和各部分設計的原則，對各類氣體滅火系統(tǒng)作了比較分析，提出消防設計需要貫穿設計全過程和各專業(yè)的緊密配合。
關鍵字：變電所 火災自動報警系統(tǒng) 氣體滅火 主變排油注氮滅火系統(tǒng)

隨著西部大開發(fā)的展開，西部地區(qū)城鎮(zhèn)化進程也在加快。在城網改造建設過程中,市區(qū)變電所的建設數(shù)量呈上升趨勢。為了節(jié)省用地、減少建筑面積、控制工程造價和與城建規(guī)劃相協(xié)調，許多變電所都設計為綜合自動化無人值班變電所，采用全戶內或半戶內布置方案。在此種情況下，消防系統(tǒng)的正常運行對于變電所的安全生產顯得更為重要。對于變電所的消防設計，要采取一定的技術措施，貫徹執(zhí)行“預防為主、防消結合”的消防工作方針，滿足一旦火災發(fā)生時能夠及時報警和有效防范的要求。

　　變電站消防系統(tǒng)的設計可分為火災自動報警系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)和防火封堵等幾部分內容，以下對各個系統(tǒng)的設計原則作一簡略介紹。

一：火災自動報警系統(tǒng)

　　火災自動報警系統(tǒng)是用于盡早探測初期火災并發(fā)出警報，以便采取相應措施(例如疏散人員、呼叫消防隊、啟動滅火系統(tǒng)、操作防火門、防火卷簾、防煙、排煙風機等)的系統(tǒng)。常用的一般分為區(qū)域報警系統(tǒng)、集中報警系統(tǒng)、控制中心報警系統(tǒng)。

　　區(qū)域報警系統(tǒng)比較簡單，但使用面很廣。它是由通用報警控制器或區(qū)域報警控制器和火災探測器、手動報警按鈕、警報裝置等組成的火災報警系統(tǒng)。其原理框圖，如下圖所示：

　　集中報警控制系統(tǒng)應設有一臺集中報警控制器（或通用報警控制器）和兩臺以上區(qū)域報警控制器（或樓層顯示器、帶聲光報警）。根據(jù)管理情況，集中報警控制器設在消防控制室，區(qū)域報警控制器設在各區(qū)域，以便與管理。集中報警系統(tǒng)加上消防聯(lián)動控制設備就構成了控制中心報警系統(tǒng)，其主要用于大型綜合樓工程。

　　在設計區(qū)域報警系統(tǒng)時，根據(jù)規(guī)范要求應符合下列幾點：

　　在一個區(qū)域系統(tǒng)中，宜選用一臺通用報警控制器，最多不超過兩臺；

　　區(qū)域報警控制器應設在有人值班的房間；

　　該系統(tǒng)比較小，只能設置一些功能簡單的聯(lián)動控制設備；

　　當區(qū)域報警控制器安裝在墻上時，其底邊距地面或樓板的高度為1.3~1.5米，靠近門軸的側面距離不小于0.5米，正面操作距離不小于1.2米；

報警系統(tǒng)的各組成部分中：

　　1) 火災探測器是組成火災自動報警系統(tǒng)的重要組件，是系統(tǒng)的感覺器官，其作用是監(jiān)視被保護區(qū)域有無火災發(fā)生。若發(fā)現(xiàn)火情，可將火災的特征物理量，如溫度、煙霧、氣體和輻射光等轉換成電信號，并立即動作，向火災報警控制器發(fā)送報警信號?；馂奶綔y器根據(jù)探測火災參數(shù)的不同，可劃分為感煙、感溫、感光、氣體和復合式。按結構造型也可分為點型和線型兩大類。火災探測器的主要技術性能要求有：可靠性、工作電壓和允差、響應閾值和靈敏度、監(jiān)視電流、允許的最大報警電流、報警電流、保護范圍、工作環(huán)境條件等。點型火災探測器的探測區(qū)域內的每個房間至少應設一只探測器。探測器的保護面積和保護半徑應按GB50116-98《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》的規(guī)定執(zhí)行。

　　2) 手動火災報警按鈕在每個防火分區(qū)至少應設置一只。從一個防火分區(qū)的任何位置到最鄰近的一個火災報警按鈕的步行距離不應大于30米。手動火災報警按鈕宜設置在公共活動場所的出入口處，按鈕應設置在明顯的和便于操作的部位，安裝在墻上時其底邊距地高度宜為1.3~1.5米，且應有明顯的標志。

　　3) 火災報警控制器是火災自動報警系統(tǒng)的重要組成部分，火災報警控制器擔負著為火災報警提供穩(wěn)定的工作電源；監(jiān)視探測器及系統(tǒng)自身的工作狀態(tài)；接受、轉換、處理火災探測器輸出的報警信號；進行聲光報警；指示報警的具體部位及時間；同時執(zhí)行相應輔助控制等任務。

　　在全戶內布置的變電所內，在主變壓器室、配電裝置室、電容器室、消弧線圈及接地變室、地下電纜室、二次設備室、通信室等重要場所均應設置配套的離子感煙、定溫報警探測器，在主變本體、電纜隧道、豎井、二次設備室及通信室活動地板下的電纜層之間敷設感溫電纜。當變電所內有火災發(fā)生或有煙氣散發(fā)時，火災報警主機發(fā)出報警聲光信號并顯示火災地點或聯(lián)動啟閉消防設備和通風設施。系統(tǒng)通過接點及數(shù)字通信接口接入變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)，并遙信控制中心報警。這就是自動報警系統(tǒng)的工作過程，從中可見其在整個消防系統(tǒng)中的重要性。規(guī)范對報警系統(tǒng)形式規(guī)定的很原則，設計時應在符合基本原則的條件下，根據(jù)工程實際情況和聯(lián)動控制的復雜程度，對市場上的各類產品多加了解，選用較好的產品，以便設計出可靠的火災自動報警系統(tǒng)。

二：滅火系統(tǒng)  變電所內的滅火系統(tǒng)有水噴霧滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、移動式滅火系統(tǒng)等多種形式。

　　水噴霧滅火系統(tǒng)一般設置在室外，在北方地區(qū)，會給設計、安裝、運行維修等帶來許多問題。而氣體滅火系統(tǒng)尤其是1301鹵代烷氣體滅火系統(tǒng)由于具有滅火效率高、無水漬、無腐蝕、不污染、毒性低、絕緣性強等優(yōu)點多年來被廣泛使用，但1971年美國科學家提出氟氯烴類釋放后進入大氣層，會在平流層中破壞對地球起屏蔽紫外線輻射作用的臭氧層。1987年9月聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署在蒙特利爾會議上制定了限制對環(huán)境有害的五種氟氯烴類物質和三種鹵代烷生產的《蒙特利爾議定書》。根據(jù)議定書的規(guī)定，發(fā)達國家到公元2000年將完全停止生產和使用氟里昂、鹵代烷和氟氯烴類物質。人均消耗量低于0.3kg的發(fā)展中國家，這一限期可延遲至2010年。我國作為議定書的簽約國和發(fā)展中國家，也制定了一系列政策逐步停止鹵代烷的應用。根據(jù)公安部消防局公消［1996］169號文“關于印發(fā)《哈龍?zhí)娲吠茝V應用的規(guī)定》”，對于應設置氣體滅火系統(tǒng)的場所推薦使用二氧化碳和惰性氣體滅火系統(tǒng)（即煙烙盡氣體滅火系統(tǒng)），也可使用含氫氟烴（FM200，七氟丙烷）的滅火系統(tǒng)。這些滅火系統(tǒng)都屬于潔凈藥劑滅火系統(tǒng)，所謂潔凈藥劑滅火系統(tǒng)是指由美國國家防火協(xié)會（NFPA）在它所制定的NFPA2001標準中規(guī)定的一系列被稱為潔凈藥劑的滅火劑所構成的滅火系統(tǒng)。NFPA2001標準規(guī)定，所有被稱為潔凈藥劑的滅火劑都必須是氣態(tài)的，不導電，很容易揮發(fā)，并且在揮發(fā)后無任何殘留物。因此，如今在變電站的消防設計中，若采用氣體消防，已不能再設計采用1301滅火系統(tǒng)，而是應該使用潔凈藥劑滅火系統(tǒng)中的某一類氣體消防系統(tǒng)。這些滅火系統(tǒng)與1301系統(tǒng)的對比，可參見表1。

　　1）二氧化碳滅火系統(tǒng)：工業(yè)發(fā)達國家應用二氧化碳滅火系統(tǒng)時間較長。二氧化碳來源廣泛、價格低廉。二氧化碳以物理作用滅火，其中窒息作用為主，冷卻作用其次?？蓳渚鹊幕馂念愋陀校?/p>

　　液體或可熔化的固體（如石蠟、瀝青）火災；

　　固體表面火災及部分固體（如棉花、紙張）深位火災；

　　電氣火災；

　　氣體火災（滅火時不能切斷氣源的除外）；

　　二氧化碳滅火系統(tǒng)的防護區(qū)大多是重點要害部位或是可能無人在場的場所。因此需要自動控制，但要求在具有自動控制系統(tǒng)的同時應設有手動操作裝置。手動裝置要設在防護區(qū)外或遠離保護對象的場所。此外，需考慮兩種控制方式同時失靈時，有緊急手動啟動消防系統(tǒng)的裝置。二氧化碳系統(tǒng)防護區(qū)應采用機械排風裝置，排風口設在防護區(qū)下部，進風口設在上部。根據(jù)保護對象空間是否封閉，二氧化碳滅火系統(tǒng)分為全淹沒系統(tǒng)與局部施用系統(tǒng)兩種類型。全淹沒滅火系統(tǒng)使用的二氧化碳設計濃度為34％或更高，對人是致命濃度。所以在設有自動控制的防護區(qū)外，需設置噴射指示燈和自動手動轉換開關及專用的呼吸器，以避免對人可能產生的危害。

　　2）惰性氣體滅火系統(tǒng)（煙烙盡）：煙烙盡（INERGEN）藥劑是三種惰性氣體的混合物，即52％氮氣、40％氬氣、8％二氧化碳。它是把氧氣濃度降低到不能支持燃燒來撲滅火災。煙烙盡氣體噴放后氧濃度降低，二氧化碳濃度提高，促使加快人的呼吸頻率，使人員獲得更多的氧氣，保證即使有人在防護區(qū)也不至于產生危害。系統(tǒng)類型為全淹沒方式，設計時，應把滅火噴放情況下對處于保護區(qū)內的人的危害減低到最低程度。滅火劑以干燥有壓氣態(tài)方式貯存，滅火劑在管路中膨脹并噴放到保護區(qū)，系統(tǒng)設計應包括手動操作裝置使得人可以操作，延遲藥劑噴放，讓人員可以撤離完畢和關閉保護區(qū)。

　　3）FM200（七氟丙烷）滅火系統(tǒng)：此種滅火系統(tǒng)是作為1301 滅火系統(tǒng)的替代品出現(xiàn)的，它具有鹵代烷1301滅火劑的全部優(yōu)點，同時又對環(huán)境無害。FM2000滅火系統(tǒng)使用的設備、管道及配置方式與1301幾乎完全相同。

表1

滅火劑

名稱

滅火

機理

滅火

速度

存放

空間

工作

壓力

價格

水平

技術

成熟性

環(huán)保

特征

1301

（一溴三氟甲烷）

遇火發(fā)生反應切斷燃燒鏈

快

小

低壓

低

成熟

有國家規(guī)范

破壞臭氧層

已不宜使用

FM2000

（七氟丙烷）

降溫

慢

較小

低壓

較高

尚未有國家規(guī)范使用NFPA

2001

標準

綠色環(huán)保

煙烙盡

INERGEN

窒息

最慢

最大

高壓

高

尚未有國家規(guī)范使用NFPA

2001

標準

綠色環(huán)保

EBM氣溶膠

遇火發(fā)生反應切斷燃燒鏈

較快

小

低壓

較高

尚未有國家規(guī)范

綠色環(huán)保

二氧化碳

窒息

冷卻

較慢

大

高壓系統(tǒng)常溫存放

低壓系統(tǒng)低溫存放

較高

已有國家規(guī)范

綠色環(huán)保

　　4）EBM氣溶膠滅火系統(tǒng)：這是一種新型滅火系統(tǒng)。EBM氣溶膠是一種煙霧型全淹沒式滅火劑，由不含鹵族元素的固體含氧物質合成，采用固體火箭推進技術，其結構設計以燃燒化學、空氣動力學為基礎，點火燃燒時形成氣溶膠煙霧，并迅速向四周擴散。EBM氣溶膠釋放后，空間含氧量無明顯變化。此種滅火劑滅火效率高、無毒害、無污染、電絕緣性良好、設計安裝維護管理簡便可靠、存儲不需壓力容器、處于常溫常壓狀態(tài)。但EBM氣溶膠釋放后能見度差，對火場逃生有不利影響。

　　對于主變的消防系統(tǒng)，還可以采用主變排油注氮滅火系統(tǒng)。電力變壓器是變電站中最昂貴最重要的設備之一。變壓器本體內含有大量的易燃性物質，變壓器著火時，會將火噴至附近的設備，所以需要特別注意對變壓器的保護。變壓器爆炸及燃燒一般是因內部絕緣破壞引起的，原因可能是過負荷、操作過電壓和雷電過電壓、絕緣逐漸退化、油位下降、潮濕或油酸解及絕緣套管損壞等。針對這些情況，法國SERGI公司研制出變壓器防爆防火保護系統(tǒng)，通過在油剛一著火的時侯啟動滅火程序來防止變壓器爆炸及著火。目前我國已引進并進行了國產化，取得了較好的應用效果。此系統(tǒng)是通過兩種信號來啟動的，一是保護變壓器的斷路器跳閘和壓力釋放裝置動作；二是溫度保護和瓦斯保護動作。系統(tǒng)收到信號后，打開快速排油閥將壓力釋放，防止變壓器爆炸。同時關閉油枕斷流閥，使變壓器本體油位下降至頂蓋下方20厘米，并將油枕內的油與本體隔離。在油排出3秒后，氮氣從變壓器底部進入本體內，氮氣的注入和在油中的攪拌，使得油溫立刻降低到閃點之下，使火在1分鐘內熄滅。注入氮氣將持續(xù)45分鐘以冷卻變壓器本體及頂蓋，防止重燃。主變排油注氮滅火系統(tǒng)集報警與滅火系統(tǒng)于一身，可防止變壓器爆炸，制造較簡單，價格較低，系統(tǒng)維護費用較小，但需對變壓器本體進行改造，一旦系統(tǒng)發(fā)生誤動作，對整個系統(tǒng)和變壓器的影響會很大。

　　在變電所內，除了配置氣體滅火系統(tǒng)外，還需根據(jù)房間面積和規(guī)范要求配置移動式滅火器。變電所的滅火器宜按中級危險和B類火災危險場所配置，撲救B類火災的滅火器類型有：

　　干粉滅火器；（國家標準中僅含碳酸氫鈉和磷酸銨鹽干粉滅火器）

　　泡沫滅火器；

　　鹵代烷滅火器；

　　二氧化碳滅火器；

　　在同一滅火器配置場所，宜配置操作方法相同的滅火器，以在滅火時避免混亂，且便于訓練和維修。不同種類滅火器應能相容，即要求滅火器充裝的滅火劑在同時或先后滅火時，不應產生相互破壞而導致不利滅火的反作用。滅火器設置位置應明顯，便于取用和不影響安全疏散。

　　可見，變電站內可采用的滅火系統(tǒng)是多種多樣的，而且這些系統(tǒng)目前正在發(fā)展完善之中。為此，設計時應根據(jù)不同情況，充分考慮各種影響因素，做好經濟技術評價，選擇可靠、經濟、管理維護簡單的系統(tǒng)，保障變電所的安全運行。

三：防火封堵系統(tǒng)

　　防火封堵系統(tǒng)有防火門、防火閥、防火隔板、防火堵料和防火涂料。封堵的主要目的就是防止火災順電纜或建筑物通道燃燒，阻止火勢蔓延。

　　防火門是在建筑物中，能不同程度阻止火災蔓延或延緩火災蔓延的門，設置在為達到防火分區(qū)的目的而設置的分隔設施—防火墻上。防火閥用于變壓器室的通風窗口，它與報警裝置聯(lián)動，在確認火災后，將在滅火系統(tǒng)啟動前關閉通風窗。此外變電所內電纜從室外進入室內的入口處、電纜豎井的出入口處、電纜接頭處、電纜夾層之間及長度超過100米的電纜溝和電纜隧道均應采取防止電纜火災蔓延的阻燃或分隔措施。如采用阻火墻，電纜溝阻火墻可用有機堵料、無機堵料、阻火包等防火阻燃材料構筑，電纜可涂刷防火涂料或纏繞防火包帶，對重要部位電纜安裝防火槽盒保護。

　　總之，變電所的消防系統(tǒng)是一個立體的綜合性系統(tǒng)。以上各方面并不能包含消防系統(tǒng)設計的全部內容，設計人員在設計過程中，從總平面布置、電氣設備選型開始，就始終要將消防設計貫穿其中，建筑、結構、電氣、給排水、采暖空調等各個專業(yè)要協(xié)同配合，共同努力，全面考慮，力求使得變電所消防系統(tǒng)設計做到安全可靠、經濟合理，為日后變電所的安全運行打下良好的基礎。

參考文獻

[1] 火力發(fā)電廠與變電所設計防火規(guī)范 GB50229-96  中國計劃出版社 1997年

[2] 火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范 GB50116-98  中國計劃出版社  1999年

[3] 二氧化碳滅火系統(tǒng)設計規(guī)范      GB50193-93   中國計劃出版社 1993年

[4] 建筑滅火器配置設計規(guī)范 GBJ140-90   中國計劃出版社 1990年

[5] 鹵代烷1301滅火系統(tǒng)設計規(guī)范    GB50163-92  中國計劃出版社 1993年

[6] 建筑設計防火規(guī)范       GBJ16-87 （修訂本） 中國計劃出版社 1995年

[7] 35～110KV變電所設計規(guī)范    GB50059-92     中國計劃出版社 1998年

[8] 35～110KV無人值班變電所設計規(guī)程  DL/T 5103-1999 中國電力出版社    2000年

[9] 劉汝義 杜世鈴  發(fā)電廠與變電所消防設計實用手冊  中國計劃出版社  1999年

[10] 西北電力設計院編  電力工程電氣設計手冊  第一冊：電氣一次部分　中國電力出版社 1996年