关于钢厂供配电电缆隧道水消防设计的几点思考

李 晖

（中冶赛迪电气技术有限公司上海分公司，上海 201900）

引言

因A 钢厂全厂供配电电缆隧道内无水消防设施，担心存在安全隐患，委托设计院进行可研评估。A 钢厂为投产三十多年的老厂，B 钢厂为新建成钢厂，两钢厂规模相近，且两个钢厂属同一公司，管理与运维都一致。从两个钢厂的全厂供配电电缆隧道各方面进行对比分析。

1 A钢、B钢厂供配电电缆隧道现状

1.1 A 钢一、二期和三期工程全厂供配电电缆隧道现状

（1）A 钢一、二期全厂供配电工程电缆隧道长度约9 km，电缆隧道内敷设的电缆主要是A 钢一、二期各生产单元原料厂、烧结厂、焦化厂、高炉、炼钢厂、热轧厂、冷轧厂的高压电缆3～110 kV，关系到A钢全厂安全生产。原设计是火灾报警系统和隧道通风及其联锁，未设置灭火水系统设施。见图1。

图1 A钢一、二期全厂供配电电缆隧道示意图

（2）A 钢一期工程全厂供配电设施（区域变电所）的消防报警是按照当时消防规程、规范设置，并由外方设计和成套供货。未设置灭火水系统设施。A钢一期工程于1985年投产。

（3）A 钢二期工程所建的供配电设施（区域变电所）的消防报警是利用原有设施或新增同类消防设施，满足消防规程、规范。未设置灭火水系统设施。A钢二期工程于1992年投产。

（4）A 钢三期工程所建的供配电设施（区域变电所）的消防报警和灭火水系统设施，是根据当时A钢工厂设计统一技术规定设计的。灭火水系统是水喷淋和干管系统。A钢三期工程于2000年投产。

A钢全厂供配电电缆隧道中，纬三路隧道、纬四路隧道、纬一路隧道和轧钢变区域东西向电缆隧道高均是净空2 000 mm，这些电缆隧道总长约6 km，约占一、二期全厂供配电电缆隧道全长的66.7%。

1.2 B钢全厂供配电电缆隧道现状

B 钢全厂供配电电缆隧道水消防为半固定水喷雾灭火系统。电缆隧道由防火门进行防火分区，每个防火门处设通风井，消防主管道全程沿电缆隧道并在隧道外敷设，消防分支管道从通风井进入，下到隧道内分左右流至防火分区中间部位。消防水管阀门设在通风井外。正常时，仅消防主管内有水，分支管道内没有水。当火灾报警时，由值班人员到现场确认火灾后，手动打开阀门，分支管道才有水进行灭火。一个防火分区需开两处阀门进行水喷雾灭火。

2 A 钢一、二期全厂供配电电缆隧道的重要性

A 钢一、二期全厂供配电电缆隧道从东向西，贯穿A钢整个厂区上半区域，连接了原料烧结变电所、焦化变电所、中央变电所、受电变电所、轧钢变电所共5 个区域变电所。A 钢全厂区域变电所目前共有7 个，上述已占据5 个，所以说该段电缆隧道是A 钢的生命大动脉，一旦出问题将牵涉高炉和其它各生产单元的正常运行，重要程度不言而喻。

3 A 钢一、二期全厂供配电电缆隧道增设水消防问题讨论

3.1 有关规范

《钢铁冶金企业设计防火规范》（以下简称《冶规》）［1］（GB50414-2007）表8.3.1，电缆隧道应设细水雾、水喷雾等。

《冶规》第10.3.4，电缆隧道每隔70～100 m 应设防火墙和防火门进行防火分隔。当电缆隧道内设置自动灭火设施时，防火分隔的间隔长度可为150 m。

上述条文有矛盾之处，根据表8.3.1，任何情况下电缆隧道都需设灭火设施；根据第10.3.4条，电缆隧道防火分隔小于100 m，可不设灭火设施。A钢于2009 年与规范编制单位发函进行确认，以10.3.4 的描述为准。

《钢铁冶金企业设计防火标准》［2］（GB50414-2018），矛盾继续存在，按照A钢回复函来执行。

《A 钢铁股份有限公司工程设计统一技术规定》（以下简称《A 钢统一技术规定》）三公辅篇中第8.1.1中（2）电缆隧道≤70～100 m 设置灭火分区，宜采用固定手动水喷雾系统（采用稳压系统）。

《水喷雾灭火系统技术规范》［3］（GB50219-2014）第5.4.3 款，水泵接合器的数量应设置在便于消防车接近的人行道或非机动车行驶地段，与室外消火栓或消防水池的距离宜为15～40 m。第5.4.3款条文解释为，本条规定主要是为了使消防车在火灾发生后能够方便、迅速连接至消防泵接合器，以免延误灭火，造成不必要的损失。

《A 钢统一技术规定》三公辅篇中第8.2.2 中（1），水喷雾灭火系统的设计应符合《水喷雾灭火系统技术规范》（GB50219-2014）的规定。

A 钢一、二期工程全厂供配电电缆隧道在建设之时，满足当时消防规范，该段电缆隧道于2003 年再次立项改造消防设施，项目实施后，通过了消防部门验收，满足消防规范。如果该段电缆隧道不对消防设施进行改造，其目前的使用完全合规。

3.2 相关设计

A 钢一、二期全厂供配电电缆隧道内，多为3～110 kV 电缆，有少量低压电缆。电缆隧道内的低压动力电缆仅为隧道本身所用低压负荷供电，如隧道内照明、防火门、通风井排风机、排水泵等。低压动力电缆设计为全程穿管就是考虑防止火灾发生。中高压电缆都是由高压柜上的综合保护继电器进行保护，专门设有单相接地故障保护，一旦电缆绝缘皮老化，引起单相接地故障，各区域变电所内高压柜上保护会动作跳闸或报警，设备维护人员就会去查故障处理故障。电缆隧道内，最容易引发火灾的就是电缆，A钢后续新建项目中，新设计电缆全部选用阻燃电缆，在电缆隧道内每层桥架上都敷设有缆式线型感温火灾探测器，如果电缆温度过高，感温火灾探测器的报警信号会送至各自所属区段的火灾报警系统报警。

3.3 电缆隧道管理

A 钢一、二期全厂供配电电缆隧道运行三十多年来，从来未发生火灾。由于相关部门管理到位，按计划进行常规巡检、故障排查，并对3～110 kV 电缆进行定期耐压试验，对试验有问题的电缆，定期检测之后及时更换。由于上述措施，保证了全厂供配电电缆隧道运行三十多年没有发生一次火灾事故。

A 钢三期全厂供配电电缆隧道在隧道外预留水泵接合器，当发生火灾时，消防车开到水泵接合器位置，给隧道内消防水支管供水灭火。到目前为止没有使用过。

B 钢全厂供配电电缆隧道都采用水喷淋、干管灭火系统。电缆隧道内火报系统存在一定误报。当火灾报警器报警后，值班人员至现场确认是否有火灾发生，确有火灾发生的情况下，现场手动开启雨淋阀组进行喷雾灭火。

3.4 A钢与B钢电缆隧道比较（见表1）

表1 A钢与B钢电缆隧道比较

图2、图3分别为A 钢一期供配电电缆隧道断面图和B钢供配电电缆隧道断面图。从电缆隧道断面可以看出，如果电缆隧道内设水消防，隧道内上部空间必须给水管敷设预留出450 mm的净空，宽度上也需根据电缆桥架设计的层数，考虑到喷头覆盖全部电缆来考虑，相应也需要一定空间。

图2 A钢一期供配电电缆隧道断面图

图3 B钢供配电电缆隧道断面图

对于新建项目，在设计时就按照电缆隧道内设置水消防来设计，那么，施工时的隧道开挖，以及消防水池的设置和水管的敷设等等，都是与隧道一同施工完成，隧道完成之后，安装桥架，最后敷设电缆，电缆敷设完毕之后，再送电使用。所以对新项目设水消防是可行的。到目前为止，A 钢和B 钢全厂供配电电缆隧道没有发生过火灾。

对于以上A 钢现有电缆隧道狭小的空间，如果在隧道顶部增设水管，与照明灯具相干碍，并且，大大减小了维护人员的维护通道。

3.5 电缆隧道水消防施工带来的风险性

A 钢一、二期全厂供配电电缆隧道当时的设计是电缆隧道内不设水消防，故电缆隧道沿线没有消防水池。如果该段电缆隧道考虑增设水消防时，需要在电缆隧道沿线需增设3 个消防水池，将消防水主管敷设在电缆隧道外，消防水管支管从现有通风井引入电缆隧道内，施工时从每个通风井将各段水管引入到电缆隧道内进行拼接。这样的施工方式，对于空间狭小的通风井来说，施工难度非常大。并且，改造后，通风井作为电缆隧道唯一的人员疏散通道空间大大缩小，反而增加了火灾时人员疏散逃生的不便。

进行施工安装，水管安装及固定水管焊接支架需要在电缆隧道内进行动火。目前，该段隧道内还有大量一期工程的110 kV 充油电缆，这些充油电缆一旦起火后果相当相当严重。隧道内增设水喷淋之后，会占用的电缆隧道空间，使今后更换110 kV充油电缆的施工空间减少，对更换电缆的施工造成困难。

同时电缆隧道内施工周期不会太短，1-2 个月甚至更长。电缆隧道内空间小，周围全部是带电运行的电缆，且全部是各个区域变电所的进线电源电缆，在电缆隧道内施工带来的风险非常大。

如果全厂供配电电缆隧道内电缆发生火灾，将直接影响A 钢各个生产单元的供电，影响范围非常大。

3.6 电缆隧道发生火灾的可能性分析

A 钢3～110 kV 配电系统的中性点采用经电阻接地系统。所以每个高压馈线回路都配有单相接地故障跳闸保护，当发生单相接地故障，保护继电器动作，切断电源。确保电缆故障不会扩大。

高压电缆电源端有高压柜上的保护继电器对电缆进行保护，当发生单相接地故障时，保护继电器会动作跳闸或报警，会对电缆进行故障排查，问题严重会更换电缆。高压电缆做定期试验，保证高压电缆的正常运行。保护继电器如果故障，单相接地故障不动作不报警，事故扩大，单相接地故障发展到两相电流短路故障，或者更甚是三相电流短路故障，保护继电器一定快速动作，切断电源。保护继电器的可靠性，对于供配电系统的重要性，保护继电器装置本身故障也会报警。另外，保护继电器故障不动作，事故蔓延，电缆发热，温度升温到一个温度值，隧道内电缆桥架上的感温电缆会感受到，并对消防系统报警。如果，感温电缆有问题，消防系统有问题，所有没有预报。真的发生火灾，电缆是阻燃电缆，电缆着火的话，电源是一定断了，电源断了一定会严重影响生产。常开防火门关闭，空气烧完后自然灭火。如果有水消防，需要人为确认发生火灾，并启动消防泵，进行水喷雾灭火。火灭了，需要清理隧道内积水。只要发生火灾，后果非常严重。

A 钢全厂供配电电缆隧道如果增加水消防在电缆隧道内部进行改造施工时，发生火灾的概率反而会大大增加。

4 设计建议

当初A钢建厂时，由外方总体设计A钢一、二期全厂供配电电缆隧道，因上世纪80年代的110 kV电缆全部是充油电缆，充油电缆对于防火要求非常高，一点点火星都不允许有，水消防对于油引发的火灾，无法达到灭火的作用。于是，采用防火门隔断，火灾发生后让火燃烧消耗掉空气，自然灭火，这的确不失为一个好办法。另外，充分考虑火灾源，低压动力电缆也仅仅只是电缆隧道本身需要用的照明、排风机、排水泵以及火灾报警所需要的低压动力电缆。低压动力电缆是容易发生短路引发火灾的源头，对于低压动力电缆的敷设方式，直接全程采用穿钢管敷设的方式，低压电缆就只影响自身回路，不会引起整个隧道的火灾。企业在确保安全生产的前提下，需要降低成本，不仅仅降低一次投资，还必须节省运行维护的成本，最重要的，安全必须放在首位。

A 钢全厂供配电电缆隧道建设至今运行三十多年，随着A钢新建、扩建、改造项目的建设，电缆隧道内的电缆逐年增加，以前单侧电缆桥架已经不够，增加为双侧桥架（其中纬三路隧道上练祁河东侧和烧结变电所至原料变电室段等均改为双侧电缆桥架），使电缆隧道内空间变小，巡检空间目前是畅通的，只是在敷设110 kV 电缆因空间小的原因施工非常困难，但也还勉强可以施工。随着今后110 kV 充油电缆更换为干式电缆，隧道内还需要进行施工，届时施工难度会非常大。

2003 年A 钢一、二期电缆隧道增设防火隔离设施工程项目中，在电缆隧道与变电所交界处设置防火门和增设防火隔离设施；在隧道通风井出入口处设置防火门和增设防火隔离设施；在隧道通风井之间的主干隧道长度超过100 m 以上的，增设防火隔离设施；补充、完善、调整现有火灾报警系统等改造内容。见图4。

图4 增设防火隔离

A 钢一、二期全厂供配电电缆隧道内不宜增设水喷雾灭火系统。因为该段电缆隧道既能满足现有规范，又能避免因施工安装带来的风险，现有空间同时也能满足电气运维人员对电缆隧道巡检。

因此关于A 钢全厂供配电电缆隧道消防提出“老的老办法，新的新办法”设计原则，具体理由如下。

A钢一期、二期、三期工程现有的供配电设施中已十分拥挤，当改扩建时，如按现行消防规程、规范设计、配置消防设施，已没有符合要求的合适场地。

要在已十分拥挤的A 钢一、二期现有供配电设施中，如按现行消防规程、规范设计、改造设置消防设施，其工程量大、投资高，对安全生产有影响。

A 钢一期至今，国内消防规程、规范在不断修改、补充、更新，如要求现有设施符合新的规程、规范，难以实现。即使某区段可以改造、实施，但其相邻段又确实无法实施。这样的改造，其作用和意义不大。

对于B 钢全厂供配电电缆隧道，因为是新建项目，从设计之初就按设水消防系统考虑，电缆隧道空间已经考虑水消防设施。由于电缆隧道是新建，先土建施工，不存在电缆隧道中带电电缆问题。

综上所述，采用“老的老办法，新的新办法”的消防设计原则，是非常有其可取之处的，也是满足和符合国家现行消防规范的。通过对A 钢一、二期全厂供配电电缆隧道增设消防水系统项目的分析，得出全厂供配电电缆隧道改造的设计思路，供同行参考和借鉴。