220kV光伏电站升压站消防系统设计研究

作者简介：傅艳军（1984- ），男，汉族，江西新干人，硕士，高级工程师，研究方向：光伏电站土建设计。

摘要：光伏电站作为实现国家“碳中和、碳达峰”战略目标的重要抓手，其所具有的消防安全状态越来越受到重视。本文以某220kV光伏电站升压站为例，从站区建（构）筑物的防火分区、建筑物的火灾危险性等级、各系统的消防设施、水消防系统以及火灾报警系统等方面进行分析，以期为光伏电站升压站的消防设计提供参考。

关键词：光伏电站；消防系统；设计参考

引言

在“碳达峰、碳中和”的背景下，光伏电站的建设已经成为推动我国能源清洁低碳转型发展和实现双碳目标的重要抓手。大型集中式光伏电站多分布于乡村地区，光伏电站的消防系统设计对光伏电站的安全具有至关重要的作用。本文以某220kV光伏电站升压站为例，结合站区总平面布置和防火分区，对光伏电站升压站消防系统进行系统研究。

一、站区总平面布置及防火分区

（一）站区总平面布置

本光伏电站建设1座电压等级为220kV的升压站，同步建设25MW/25MWh的电化学储能设施。升压站主要布置有综合楼、生活污水设施、消防给水泵站、电气楼、主变、事故油池、构架、SVG以及储能设施等。

（二）防火分区

本工程升压站的防火分区详见下表。

（三）建筑火灾危险性分类及耐火等级[1]

根据《火力发电厂与变电站设计防火标准》GB50229-2019，本项目建（构）筑物火灾类别如下表所示。

（四）安全疏散及出口

主要建筑物均设有不少于2个直通室外的安全通道；疏散门、疏散走道和疏散楼梯的净宽度分别应不小于0.9m、1.1m；房间不大于120m2且位于两个安全出口之间时，房间疏散门的净宽应≥0.9m；房间布置在走道的端部，且房间内任何一处到疏散门的直线距离不超过15m时，疏散门的净宽应≥1.4m；集中控制室、配电室等的门为甲级防火门，向疏散方向开启。

（五）消防车道

生活区及生产区均有环形道路，道路宽度不小于4m，可作为站区的环形消防通道。

（六）建筑物和构筑物的防火间距[2]

本工程建（构）筑物的防火间距根据相关规程规范要求进行布置，最小防火间距一般不小于10m或12m。在不满足防火间距的地方，采取防火墙等适当防火措施。

二、站区各系统的消防设施

（一）综合楼及电气楼消防设施

根据表2可知，综合楼为戊、二类建筑，电气楼为丁、二类建筑，建筑物室内设移动式灭火器和室内消火栓。根据《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005的相关要求，针对不同房间分别配置磷酸铵盐干粉灭火器和二氧化碳灭火器。

（二）电气类消防设施

1.主变消防设施

本工程设置了1台容量为250MVA的油浸式变压器，根据《火力发电厂与变电站设计防火标准》GB50229-2019规定，本项目主变需设置水喷雾、排油注氮等固定灭火系统，考虑到本工程设置有水消防系统，因此主变消防采用水喷雾灭火系统。此外，主变区域室外设置成品微型消防站1座。

2.电缆防火[3]

电缆的选型应满足防火要求，电缆的最小截面积需要考虑负荷电流以及短路热稳定，并对配电间、继电器室及电气预制舱通往外界的电缆通道进出口进行防火封堵。

3.储能区域防火[4]

根据《预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范》T/CEC373-2020规定，预制舱式储能电站应设置消防给水系统、储能区设置专用消防箱和消防器材箱，电池预制舱内设置气体灭火系统。

三、站区水消防

（一）水消防系统

本工程采用独立的水消防系统。水消防系统应覆盖全站的消防用水需求，主要包括综合楼室内外水消防、附属用房室外水消防和主变压器水喷雾消防。消防水泵从消防水箱吸水升压后供全站所有消防用水，消防给水管网在综合楼及变压器周围呈环状布置。站区室外环状消防管网上设有室外消火栓，室外消火栓的间距应≤60m。室外消防环管需要通过阀门进行分隔，每段消防管道上的室外消火栓不能多于5个。

（二）消防用水量和消防水压计算

升压站区的消防用水仅考虑发生一次火灾的用水量，消防用水量应同时考虑一处火灾的室内消防用水和室外消防用水的總和，消防水系统的压力需要满足全站最不利用水点的压力要求（升压站区主要消防用水点的消防水量计算详见表3；升压站区主要消防用水点的水压计算详见表4）。

从表3、表4的计算结果可以看出，本工程消防系统最大用水流量为95L/s，消防系统所需扬程为578m，室内、外消防所需最大一次消防用水总量为223.2m3。

（三）消防给水系统设备选择

1.消防水泵

本工程消防水泵站配置有2台电动消防水泵，一套消防稳压装置，消防水泵根据计算的消防用水量和扬程进行配置，具体如下：

电动消防水泵（共两台，一用一备）：Q=95L/s，H=60m；

表3升压站区主要消防用水点水量计算表[5]序号防火区域消防用水量（L/s）火灾延续时间（h）消防用水量合计（m3）1综合楼室外消火栓152室内消火栓1021802主变室外消火栓152水喷雾800.4223.23储能室外消火栓203216

表4升压站区主要消防用水点水压计算表序号消防设施所需扬程（m）升压站主要建筑物综合楼主变储能1最不利点灭火位置（m）3.67.322消防水源最低水位（m）0.50.53消火栓栓口最低水压（m）35-354固定灭火装置所需水头（mH2O）-35-5泵房及管网水头损失（mH2O）1515156合计（mH2O）54.157.852消防稳压系统（两台消防稳压泵，1个稳压罐）Q=2L/s，H=65m，稳压罐有效容积为≮450L。

2.消防水泵房

消防水泵安装在一体化消防水泵房内，为地上结构，规格尺寸为5.00m×9.00m×3.80m，消防水泵为自灌式进水，每台水泵均设置独立吸水管从消防水池吸水。

3.消防水箱

根据消防用水量的计算，综合楼在火灾延续时间内消防用水总量所需最大一次消防用水总量为223.2m3。本工程一体化消防泵站消防水箱的规格尺寸为11.00m×9.00m×3.80m，有效容积为250m3，并考虑了消防用水不作他用的措施，火灾扑灭后，贮水箱能迅速补水，其补水时间不超过48小时。

4.消防给水管网

从消防水泵房内引出2条消防给水管道接至全站消防给水管网，在综合楼、主变及储能区域均呈环状布置。当其中1条水管检修时，其余的出水管应能满足全部用水量。

四、火灾报警及控制系统[6][7]

（一）火灾报警系统

本项目设置一套火灾自动报警系统。在电气楼控制室内设置火灾报警控制器一台，电气楼控制室直接负责对系统各监控区域实施监控，并送至主控制中心。

火灾报警控制器设置火灾应急广播系统主机。广播系统主机可以实现升压站各区域的广播，当火灾发生时，火灾报警系统按照规范要求自动接通报警区域的扬声器。

（二）火灾报警设置区域

根据升压站布置，将本工程分为如下几个报警分区进行检测和控制：综合楼、电气楼、储能区域等。

（三）火灾报警及消防系统联锁

空调机组和风机控制：当火灾报警探测器探测到火灾后，火灾报警控制系统通过输出模块联动切除相应防护区域内的空调机组和风机的配电箱电源，并通过信号输入模块返回配电箱电源回路接触器状态信号。

消火栓控制：综合楼内位于主通道的室内消火栓均设置就地报警按钮。

火灾报警控制器接收到报警信息时，根据火灾发生区域选择开启电动消防水泵。消防水泵的动作信号应反馈至火灾报警控制器。

五、消防供电

（一）消防电源

火灾报警控制器采用双电源供电，一路接自220VUPS，另一路接自380V配电装置。消防水泵采用双电源供电，两路接自380V配电装置不同开关柜。应急照明＼电源取自应急照明电源装置，应急照明电源装置采用双电源供电，一路接自220V直流系统，另一路接自380V配电装置。消防电源电缆均采用耐火电缆。

（二）应急照明[8]

综合楼、电气楼疏散通道设置应急照明。应急照明采用交流照明灯，由应急照明配电箱供电或采用自带应急电源的交流照明灯。

结语

光伏电站是实现双碳目标的重要支撑。本文以某项目220kV光伏电站升压站为例，结合《火力发电厂与变电站设计防火标准》等规范的相关规定，对光伏电站升压站的防火分区及总平面布置、各系统的消防设施、水消防系统以及火灾报警系统进行分析，确保光伏电站的消防安全。

参考文献

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.火力发电厂与变电站设计防火标准：GB50229—2019[S].北京：中国计划出版社，2019.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑设计防火规范：GB50016—2014[S].北京：中国计划出版社，2019.

[3]国家能源局.电力设备典型消防规程：DL5027—2015[S].北京：中国电力出版社，2015.

[4]中国电力企业联合会.预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范：T/CEC373—2020[S].北京：中国电力出版社，2020.

[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.消防给水及消火栓系统技术规范：GB50974-2014[S].北京：中国计划出版社，2014.

[6]王德平，张圆，杨振.光伏发电站消防设计研究[J].通信电源技术，2018（03）：81-82.

[7]中华人民共和国住房和城乡建设部.火灾自动报警系统设计规范：GB50116-2013[S].北京：中國计划出版社，2014.

[8]中华人民共和国住房和城乡建设部.消防应急照明和疏散指示系统技术标准：GB51309-2018[S].北京：中国计划出版社，2014.