变电所消防系统设计浅析

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简介： 变电所消防系统的正常运行对于安全生产极为重要。本文从设计的角度，介绍了变电站消防系统的组成和各部分设计的原则，对各类气体灭火系统作了比较分析，提出消防设计需要贯穿设计全过程和各专业的紧密配合。
关键字：变电所 火灾自动报警系统 气体灭火 主变排油注氮灭火系统

随着西部大开发的展开，西部地区城镇化进程也在加快。在城网改造建设过程中,市区变电所的建设数量呈上升趋势。为了节省用地、减少建筑面积、控制工程造价和与城建规划相协调，许多变电所都设计为综合自动化无人值班变电所，采用全户内或半户内布置方案。在此种情况下，消防系统的正常运行对于变电所的安全生产显得更为重要。对于变电所的消防设计，要采取一定的技术措施，贯彻执行“预防为主、防消结合”的消防工作方针，满足一旦火灾发生时能够及时报警和有效防范的要求。

　　变电站消防系统的设计可分为火灾自动报警系统、灭火系统和防火封堵等几部分内容，以下对各个系统的设计原则作一简略介绍。

一：火灾自动报警系统

　　火灾自动报警系统是用于尽早探测初期火灾并发出警报，以便采取相应措施(例如疏散人员、呼叫消防队、启动灭火系统、操作防火门、防火卷帘、防烟、排烟风机等)的系统。常用的一般分为区域报警系统、集中报警系统、控制中心报警系统。

　　区域报警系统比较简单，但使用面很广。它是由通用报警控制器或区域报警控制器和火灾探测器、手动报警按钮、警报装置等组成的火灾报警系统。其原理框图，如下图所示：

　　集中报警控制系统应设有一台集中报警控制器（或通用报警控制器）和两台以上区域报警控制器（或楼层显示器、带声光报警）。根据管理情况，集中报警控制器设在消防控制室，区域报警控制器设在各区域，以便与管理。集中报警系统加上消防联动控制设备就构成了控制中心报警系统，其主要用于大型综合楼工程。

　　在设计区域报警系统时，根据规范要求应符合下列几点：

　　在一个区域系统中，宜选用一台通用报警控制器，最多不超过两台；

　　区域报警控制器应设在有人值班的房间；

　　该系统比较小，只能设置一些功能简单的联动控制设备；

　　当区域报警控制器安装在墙上时，其底边距地面或楼板的高度为1.3~1.5米，靠近门轴的侧面距离不小于0.5米，正面操作距离不小于1.2米；

报警系统的各组成部分中：

　　1) 火灾探测器是组成火灾自动报警系统的重要组件，是系统的感觉器官，其作用是监视被保护区域有无火灾发生。若发现火情，可将火灾的特征物理量，如温度、烟雾、气体和辐射光等转换成电信号，并立即动作，向火灾报警控制器发送报警信号。火灾探测器根据探测火灾参数的不同，可划分为感烟、感温、感光、气体和复合式。按结构造型也可分为点型和线型两大类。火灾探测器的主要技术性能要求有：可靠性、工作电压和允差、响应阈值和灵敏度、监视电流、允许的最大报警电流、报警电流、保护范围、工作环境条件等。点型火灾探测器的探测区域内的每个房间至少应设一只探测器。探测器的保护面积和保护半径应按GB50116-98《火灾自动报警系统设计规范》的规定执行。

　　2) 手动火灾报警按钮在每个防火分区至少应设置一只。从一个防火分区的任何位置到最邻近的一个火灾报警按钮的步行距离不应大于30米。手动火灾报警按钮宜设置在公共活动场所的出入口处，按钮应设置在明显的和便于操作的部位，安装在墙上时其底边距地高度宜为1.3~1.5米，且应有明显的标志。

　　3) 火灾报警控制器是火灾自动报警系统的重要组成部分，火灾报警控制器担负着为火灾报警提供稳定的工作电源；监视探测器及系统自身的工作状态；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及时间；同时执行相应辅助控制等任务。

　　在全户内布置的变电所内，在主变压器室、配电装置室、电容器室、消弧线圈及接地变室、地下电缆室、二次设备室、通信室等重要场所均应设置配套的离子感烟、定温报警探测器，在主变本体、电缆隧道、竖井、二次设备室及通信室活动地板下的电缆层之间敷设感温电缆。当变电所内有火灾发生或有烟气散发时，火灾报警主机发出报警声光信号并显示火灾地点或联动启闭消防设备和通风设施。系统通过接点及数字通信接口接入变电站综合自动化监控系统，并遥信控制中心报警。这就是自动报警系统的工作过程，从中可见其在整个消防系统中的重要性。规范对报警系统形式规定的很原则，设计时应在符合基本原则的条件下，根据工程实际情况和联动控制的复杂程度，对市场上的各类产品多加了解，选用较好的产品，以便设计出可靠的火灾自动报警系统。

二：灭火系统  变电所内的灭火系统有水喷雾灭火系统、气体灭火系统、移动式灭火系统等多种形式。

　　水喷雾灭火系统一般设置在室外，在北方地区，会给设计、安装、运行维修等带来许多问题。而气体灭火系统尤其是1301卤代烷气体灭火系统由于具有灭火效率高、无水渍、无腐蚀、不污染、毒性低、绝缘性强等优点多年来被广泛使用，但1971年美国科学家提出氟氯烃类释放后进入大气层，会在平流层中破坏对地球起屏蔽紫外线辐射作用的臭氧层。1987年9月联合国环境规划署在蒙特利尔会议上制定了限制对环境有害的五种氟氯烃类物质和三种卤代烷生产的《蒙特利尔议定书》。根据议定书的规定，发达国家到公元2000年将完全停止生产和使用氟里昂、卤代烷和氟氯烃类物质。人均消耗量低于0.3kg的发展中国家，这一限期可延迟至2010年。我国作为议定书的签约国和发展中国家，也制定了一系列政策逐步停止卤代烷的应用。根据公安部消防局公消［1996］169号文“关于印发《哈龙替代品推广应用的规定》”，对于应设置气体灭火系统的场所推荐使用二氧化碳和惰性气体灭火系统（即烟烙尽气体灭火系统），也可使用含氢氟烃（FM200，七氟丙烷）的灭火系统。这些灭火系统都属于洁净药剂灭火系统，所谓洁净药剂灭火系统是指由美国国家防火协会（NFPA）在它所制定的NFPA2001标准中规定的一系列被称为洁净药剂的灭火剂所构成的灭火系统。NFPA2001标准规定，所有被称为洁净药剂的灭火剂都必须是气态的，不导电，很容易挥发，并且在挥发后无任何残留物。因此，如今在变电站的消防设计中，若采用气体消防，已不能再设计采用1301灭火系统，而是应该使用洁净药剂灭火系统中的某一类气体消防系统。这些灭火系统与1301系统的对比，可参见表1。

　　1）二氧化碳灭火系统：工业发达国家应用二氧化碳灭火系统时间较长。二氧化碳来源广泛、价格低廉。二氧化碳以物理作用灭火，其中窒息作用为主，冷却作用其次。可扑救的火灾类型有：

　　液体或可熔化的固体（如石蜡、沥青）火灾；

　　固体表面火灾及部分固体（如棉花、纸张）深位火灾；

　　电气火灾；

　　气体火灾（灭火时不能切断气源的除外）；

　　二氧化碳灭火系统的防护区大多是重点要害部位或是可能无人在场的场所。因此需要自动控制，但要求在具有自动控制系统的同时应设有手动操作装置。手动装置要设在防护区外或远离保护对象的场所。此外，需考虑两种控制方式同时失灵时，有紧急手动启动消防系统的装置。二氧化碳系统防护区应采用机械排风装置，排风口设在防护区下部，进风口设在上部。根据保护对象空间是否封闭，二氧化碳灭火系统分为全淹没系统与局部施用系统两种类型。全淹没灭火系统使用的二氧化碳设计浓度为34％或更高，对人是致命浓度。所以在设有自动控制的防护区外，需设置喷射指示灯和自动手动转换开关及专用的呼吸器，以避免对人可能产生的危害。

　　2）惰性气体灭火系统（烟烙尽）：烟烙尽（INERGEN）药剂是三种惰性气体的混合物，即52％氮气、40％氩气、8％二氧化碳。它是把氧气浓度降低到不能支持燃烧来扑灭火灾。烟烙尽气体喷放后氧浓度降低，二氧化碳浓度提高，促使加快人的呼吸频率，使人员获得更多的氧气，保证即使有人在防护区也不至于产生危害。系统类型为全淹没方式，设计时，应把灭火喷放情况下对处于保护区内的人的危害减低到最低程度。灭火剂以干燥有压气态方式贮存，灭火剂在管路中膨胀并喷放到保护区，系统设计应包括手动操作装置使得人可以操作，延迟药剂喷放，让人员可以撤离完毕和关闭保护区。

　　3）FM200（七氟丙烷）灭火系统：此种灭火系统是作为1301 灭火系统的替代品出现的，它具有卤代烷1301灭火剂的全部优点，同时又对环境无害。FM2000灭火系统使用的设备、管道及配置方式与1301几乎完全相同。

表1

灭火剂

名称

灭火

机理

灭火

速度

存放

空间

工作

压力

价格

水平

技术

成熟性

环保

特征

1301

（一溴三氟甲烷）

遇火发生反应切断燃烧链

快

小

低压

低

成熟

有国家规范

破坏臭氧层

已不宜使用

FM2000

（七氟丙烷）

降温

慢

较小

低压

较高

尚未有国家规范使用NFPA

2001

标准

绿色环保

烟烙尽

INERGEN

窒息

最慢

最大

高压

高

尚未有国家规范使用NFPA

2001

标准

绿色环保

EBM气溶胶

遇火发生反应切断燃烧链

较快

小

低压

较高

尚未有国家规范

绿色环保

二氧化碳

窒息

冷却

较慢

大

高压系统常温存放

低压系统低温存放

较高

已有国家规范

绿色环保

　　4）EBM气溶胶灭火系统：这是一种新型灭火系统。EBM气溶胶是一种烟雾型全淹没式灭火剂，由不含卤族元素的固体含氧物质合成，采用固体火箭推进技术，其结构设计以燃烧化学、空气动力学为基础，点火燃烧时形成气溶胶烟雾，并迅速向四周扩散。EBM气溶胶释放后，空间含氧量无明显变化。此种灭火剂灭火效率高、无毒害、无污染、电绝缘性良好、设计安装维护管理简便可靠、存储不需压力容器、处于常温常压状态。但EBM气溶胶释放后能见度差，对火场逃生有不利影响。

　　对于主变的消防系统，还可以采用主变排油注氮灭火系统。电力变压器是变电站中最昂贵最重要的设备之一。变压器本体内含有大量的易燃性物质，变压器着火时，会将火喷至附近的设备，所以需要特别注意对变压器的保护。变压器爆炸及燃烧一般是因内部绝缘破坏引起的，原因可能是过负荷、操作过电压和雷电过电压、绝缘逐渐退化、油位下降、潮湿或油酸解及绝缘套管损坏等。针对这些情况，法国SERGI公司研制出变压器防爆防火保护系统，通过在油刚一着火的时侯启动灭火程序来防止变压器爆炸及着火。目前我国已引进并进行了国产化，取得了较好的应用效果。此系统是通过两种信号来启动的，一是保护变压器的断路器跳闸和压力释放装置动作；二是温度保护和瓦斯保护动作。系统收到信号后，打开快速排油阀将压力释放，防止变压器爆炸。同时关闭油枕断流阀，使变压器本体油位下降至顶盖下方20厘米，并将油枕内的油与本体隔离。在油排出3秒后，氮气从变压器底部进入本体内，氮气的注入和在油中的搅拌，使得油温立刻降低到闪点之下，使火在1分钟内熄灭。注入氮气将持续45分钟以冷却变压器本体及顶盖，防止重燃。主变排油注氮灭火系统集报警与灭火系统于一身，可防止变压器爆炸，制造较简单，价格较低，系统维护费用较小，但需对变压器本体进行改造，一旦系统发生误动作，对整个系统和变压器的影响会很大。

　　在变电所内，除了配置气体灭火系统外，还需根据房间面积和规范要求配置移动式灭火器。变电所的灭火器宜按中级危险和B类火灾危险场所配置，扑救B类火灾的灭火器类型有：

　　干粉灭火器；（国家标准中仅含碳酸氢钠和磷酸铵盐干粉灭火器）

　　泡沫灭火器；

　　卤代烷灭火器；

　　二氧化碳灭火器；

　　在同一灭火器配置场所，宜配置操作方法相同的灭火器，以在灭火时避免混乱，且便于训练和维修。不同种类灭火器应能相容，即要求灭火器充装的灭火剂在同时或先后灭火时，不应产生相互破坏而导致不利灭火的反作用。灭火器设置位置应明显，便于取用和不影响安全疏散。

　　可见，变电站内可采用的灭火系统是多种多样的，而且这些系统目前正在发展完善之中。为此，设计时应根据不同情况，充分考虑各种影响因素，做好经济技术评价，选择可靠、经济、管理维护简单的系统，保障变电所的安全运行。

三：防火封堵系统

　　防火封堵系统有防火门、防火阀、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灾顺电缆或建筑物通道燃烧，阻止火势蔓延。

　　防火门是在建筑物中，能不同程度阻止火灾蔓延或延缓火灾蔓延的门，设置在为达到防火分区的目的而设置的分隔设施—防火墙上。防火阀用于变压器室的通风窗口，它与报警装置联动，在确认火灾后，将在灭火系统启动前关闭通风窗。此外变电所内电缆从室外进入室内的入口处、电缆竖井的出入口处、电缆接头处、电缆夹层之间及长度超过100米的电缆沟和电缆隧道均应采取防止电缆火灾蔓延的阻燃或分隔措施。如采用阻火墙，电缆沟阻火墙可用有机堵料、无机堵料、阻火包等防火阻燃材料构筑，电缆可涂刷防火涂料或缠绕防火包带，对重要部位电缆安装防火槽盒保护。

　　总之，变电所的消防系统是一个立体的综合性系统。以上各方面并不能包含消防系统设计的全部内容，设计人员在设计过程中，从总平面布置、电气设备选型开始，就始终要将消防设计贯穿其中，建筑、结构、电气、给排水、采暖空调等各个专业要协同配合，共同努力，全面考虑，力求使得变电所消防系统设计做到安全可靠、经济合理，为日后变电所的安全运行打下良好的基础。

参考文献

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[6] 建筑设计防火规范       GBJ16-87 （修订本） 中国计划出版社 1995年

[7] 35～110KV变电所设计规范    GB50059-92     中国计划出版社 1998年

[8] 35～110KV无人值班变电所设计规程  DL/T 5103-1999 中国电力出版社    2000年

[9] 刘汝义 杜世铃  发电厂与变电所消防设计实用手册  中国计划出版社  1999年

[10] 西北电力设计院编  电力工程电气设计手册  第一册：电气一次部分　中国电力出版社 1996年