户内变电站电气消防灭火系统的设计

童 年

(镇江供电公司，江苏 镇江 212000)

城市户内变电站地处人员密集的城市中心区域，在目前无人值守的运行模式下，一旦发生火灾事故，消防系统若不能正常运行，后果将不堪设想。因此，户内变电站消防灭火系统的合理设计和运用尤为重要。

1 系统概述

消防灭火系统由火灾自动报警系统、灭火系统和防火封堵系统组成。其主要功能是：当变电站发生火灾时，火灾自动报警系统发出声光报警信号，提示值班人员采取措施，同时启动消防联动系统防止灾情扩大；值班人员确认火情后，启动灭火系统进行灭火；防火封堵系统主要是防止火灾顺着电缆或建筑物通道蔓延，阻止火灾进一步地扩大。

消防灭火系统采用自动控制、电气手动控制和机械应急手动控制等多种方式切换控制，其动作流程如图1所示。

2 火灾自动报警系统

火灾自动报警系统用于探测初期火灾并发出警报，通知值班人员，同时联动相关控制系统，如联跳火灾区域非消防电源，关闭空调风机等通风系统，指示安全通道，呼叫消防人员，确认火灾后启动灭火系统等。

报警系统由一个火灾报警控制器、若干个火灾探测器和若干联动装置组成。220 kV新竹变电站火灾自动报警系统如图2所示。

图1 消防系统动作流程

2.1 火灾报警控制器

火灾报警控制器是整个火灾自动报警系统的核心，其功能包括：为各火灾探测器提供稳定的电源；监视探测器和自身的运行状态；接受、转换、处理火灾探测器输出的报警信号；进行声光报警；指示报警的具体部位和报警时间，并打印记录；执行相关的联动控制等任务。

控制器电源由交流系统提供AC 220 V主电源，输出电源为DC 24 V(图2中P回路)。同时，控制器自备一定容量的蓄电池，作为主供电源消失时的主机和探测系统的备用电源。

图2 新竹变电站火灾自动报警系统

控制器通信系统采用总线制，通过报警信号总线与各种探测器、联动模块通信(图2中S回路)。控制器还具备消防电话的语音通信系统，可在各防火区域的现场设置电话模块，通过语音线(图2中T回路)与控制器相连，以便实现控制室与现场人员的及时报警和联络。

火灾报警控制器可选用柜式或壁挂式，应将其设置在二次设备室内，以便运行人员实行监控。

2.2 火灾探测器

火灾探测器是整个系统的检测部分，可根据火灾发生初期的物理特征量，如烟雾、温度、气体及火焰等变化，向火灾报警控制器发出报警信号。根据所探测的物理量，火灾探测器一般可分为感烟探测器、感温探测器、烟温复合式探测器、可燃气体探测器、火焰探测器等；根据结构造型，火灾探测器可分为点型探测器、线型探测器等。

根据GB 50229—2006《火力发电厂与变电站设计防火规范》第11.5.21条，变电站的主控室、电缆层和电缆竖井、配电装置室、电抗器室等均需配置感烟型探测器。但当设备发生火情产生大量烟雾时再报警已相对滞后，因此在设备区的探测器宜采用以感温为主的烟温复合式探测器，而在走廊、楼梯间、电缆竖井等区域则可设置感烟探测器。探测器设置的具体数量和布置应满足GB 50116—1998《火灾自动报警系统设计规范》的要求。

对于无遮挡大空间，特别是层高较高、顶梁较大的区域，如GIS室和变电站开关室等区域，宜选用红外光束感烟探测器。相邻两组红外光束感烟探测器的水平距离不应大于14 m，探测器至侧墙的水平距离不应大于7 m，且不应小于0.5 m，探测器的发射器和接收器之间的距离不宜超过100 m。

2.设计AP-BEPS成果的中国转化方案。中国是AP-BEPS的参与国，主动响应和执行AP-BEPS。中国国家税务总局成立G20税制改革小组，设计出AP-BEPS成果的中国转化方案，包括4大改革任务、37项实施任务，描绘了时间表和路线图，力图使中国税收体系更接近BEPS行动计划的要求。

感温电缆主要用于电缆桥架、电缆竖井等区域的电缆防火，但由于变压器室的高度一般较大，结合变压器防火的特殊要求，通常应采用感温电缆敷设在变压器整个器身的方式。

220 kV新竹变电站部分配电装置区域消防报警平面布置如图3所示。

2.3 联动控制系统

图3 部分配电装置区域消防报警平面布置

联动控制系统控制范围很广，应根据具体工程的规模和要求，采用相应的联动控制系统。联动控制设备有手动报警/启泵按钮、消火栓、防火卷帘、排烟风机、防火阀、声光报警器、逃生指示灯、切断非消防电源装置等。

3 灭火系统

变电站灭火系统主要分为气体灭火系统、给水灭火系统和移动式灭火系统。

3.1 气体灭火系统

目前，在变电站中运用于主变的气体灭火系统主要为排油充氮固定灭火装置。其工作原理为：系统接收到主变重瓦斯动作信号和其他火灾信号后，打开排油阀将主变的压力释放，防止变压器爆炸，同时关闭油枕断流阀，防止油枕内的油流回本体；待油排出后，从变压器底部将氮气注入本体，将氮气和油混合起到降温冷却的作用，并将着火油面与空气隔绝，扑灭火灾。该系统具有安装简单、占地面积小、土建投资少、维护方便等优点，目前已大量运用于220 kV变电站中。

在最新的江苏电网220 kV变电站中，已明确所有主变灭火系统采用排油充氮固定灭火装置。

3.2 给水灭火系统

水喷雾灭火系统是用于主变的消防灭火系统，该系统通过喷头喷出大量水雾，对主变火灾起到冷却、窒息、覆盖、冲击乳化和稀释作用，由水泵组、供水管网、喷雾喷头等部分组成。相对于排油充氮灭火装置，该系统即使误动也不会对设备运行造成重大损失，但是需要提供专用的泵房、电源、水源管路等，其设计施工较为繁琐。

3.3 移动式灭火系统

除在主要设备处配置灭火系统外，变电站各运行单位还应根据各区域的火灾危险类别和危险等级，配置相应的移动式灭火器。

4 防火封堵系统

防火封堵系统主要由防火墙、防火门、防火阀、防火板、防火包、防火堵料及防火涂料组成，一般设置在易产生爆炸燃烧的配电装置室、电缆夹层、所有设备的进出线孔洞和电缆穿越的建筑孔洞，其目的是为了防止火灾的进一步扩散、蔓延。

在建筑设计时，采用防火墙、防火门是防火、分区并阻止火灾蔓延的有力手段。

防火阀一般设置于通风风机或窗口处，当探头感应火灾温度上升到一定幅值时(一般为70 ℃)，阀门关闭通风通道，同时输出动作信号联动关闭风机、控制箱的电源，以起到隔绝的作用。

5 设计中需注意的问题

在工程设计中，下列问题应引起高度重视。

(1) 消防电源主电源开关不可采用漏电保护开关。比较供电和消防电源对漏电可靠性的要求，后者的要求更高。消防灭火系统的供电应按照II类负荷供电，采用双电源或双回路供电时，应在最末一级配电箱处自动切换。若在电源切换开关处设置漏电保护开关时，则应取消漏电跳闸附件，或设置漏电时只发报警信号而不跳闸。

(2) 变电站照明配电箱、动力配电箱进线空气断路器要求配有远程分励脱扣附件。进线开关应与火灾报警控制器联动，当相应区域发生火灾时分励脱扣附件得到联动控制模块跳闸信号后应立即脱扣，其脱扣电压与消防控制器控制模块的输出电压一致，均采用DC 24 V；当分励脱扣器选择AC 220 V型，或当脱扣电压的压降过大造成跳闸时，可在配电箱内另装DC 24 V的中间继电器，实现控制的电压转换和扩容。

(3) 为便于现场人员远程启动消防灭火水泵，变电站防火区域的出入口附近均应设置消火栓水泵启动按钮。消火栓按钮与火灾报警控制器的信号总线相连，接通后报警控制器即可根据软件编码地址知晓信号区域，并启动联动控制系统。但为防止火灾自动报警系统故障，还应采用独立回路将启动信号直接送至消防泵控制箱，实现直接控制启泵。

(4) GB50116—1998《火灾自动报警系统设计规范》7.3.1要求“无遮挡大空间或有特殊要求的场所，宜选择红外光束感烟探测器”；4.2.1.2要求“红外光束线型感烟火灾探测器的探测区域长度不宜超过100 m”；8.2.1要求“红外光束感烟探测器的光束轴线至顶棚的垂直距离宜为0.3～1.0 m，距地高度不宜超过20 m”，所以在不超过100 m的GIS室区域，一般采用红外光束线型感烟探测器。但在具体设置探测器时不可墨守成规，这是因为GIS室跨度较大，梁柱较大，其上空一般会考虑设置运输设备用的行车或吊钩等装置，如果按照规范要求在顶棚下方近距离设置探测器，势必影响探测器的正常运行。因此，宜采取较GIS设备略高的高度，一般取4～4.5 m，这样基本上可保证探测器的灵敏程度和可靠动作。

(5) 目前220 kV变压器普遍采用排油充氮消防灭火系统。江苏地区的工程设计中，一般以主变重瓦斯继电器的启动信号引起该灭火系统动作。

重瓦斯继电器误动会导致灭火系统启动，运行部门一般在实际运行时将该系统停用。如果主变发生消防事故，生产人员应到现场手动启动该系统。因此，该消防系统无法达到火灾初期及时扑灭火灾，保护设备的目的。建议采用以下措施，降低充氮灭火装置误动几率，提高运行人员的响应速度。

① 采集变压器重瓦斯动作信号和变压器各侧断路器跳闸位置信号(断路器机构箱内硬接点)，增加灭火系统启动条件，确保灭火装置零误动，其启动充氮灭火装置回路如图4所示。

图4 启动充氮灭火装置

② 结合科技手段，正确实施远程操控，加快运行人员响应速度。为确保灭火系统不误动，可将系统启动信号改为先发出告警信号通知监控人员，延时30 s，等待监控人员确认；监控人员可通过主变现场远程视频采集系统和变电站监控系统前期报警信号加以确认后，远程启动灭火系统，避免火灾扩大，减小损失。

(6) 变电站中采用的火灾报警控制器应具备网络通信功能。设计人员可将控制器接入智能控制单元通信，实现火灾报警、固定灭火系统等消防安防信息上传至监控中心，以便监控中心运行人员全方位掌握变电站的运行和消防情况。

6 结束语

在消防灭火系统的设计中，必须遵循国家法律法规和规范要求，针对变电站的特点，仔细分析研究，与建筑结构、给排水、通风等专业协同配合，努力做到安全可靠、技术先进、经济合理和运行维护简易方便，保障变电站的安全运行。