變電站戶外電氣設備防火距離研究

李海烽

(江蘇省電力設計院，江蘇南京211102)

近年來，電網建設深入貫徹了“資源節約型”的指導方針，取得了顯著的經濟效益和社會效益。以變電站建設為例，將主要電氣設備進行緊湊型優化布置可以節約寶貴的土地資源，但布置優化仍需滿足電氣設備的安裝、運行維護、檢修及防火等要求。長期以來，防火一直是變電站安全運行的重要內容，因而成為電力工程設計不可忽視的環節。為確保變電站的消防安全，預防火災或減少火災危害，國家多年來陸續編制了指導變電站內防火設計的相關標準和規定，一定程度上規范了變電站內電氣設備防火設計標準。

1 變電站防火設計的現狀

目前電力行業執行的國家標準和行業規范中，變電站防火設計的主要依據是GB 50229—2006《火力發電廠與變電站設計防火規范》（以下簡稱 《防火規范》）和 GB 50016—2006《建筑設計防火規范》（以下簡稱《建筑防火》），其他工藝設計規范對于變電站防火也有相關規定。

在諸多規范中，對于建（構）筑物的防火要求是最為明確和統一的，主要包括對建（構）筑物火災危險性和耐火等級的規定，從而按照耐火等級來確定防火間距。由于沒有爭議，目前在工程設計中該防火間距或相關措施的規定均能嚴格準確地執行。相對建（構）筑物而言，電氣設備尤其是戶外布置時的防火要求并不十分清晰，主要緣于各標準和規范的內容不盡統一，造成工程設計時不容易把握。以35 kV戶外成套拼裝式電容器為例,對于與相鄰電容器、電氣設備或構架的防火距離就沒有統一規定，如果按照最為保守的數值（比如10 m）來控制或者一律設置防火墻，將使得空間布置過大造成土地浪費，或者增加了不必要的防火墻建筑成本。可以看出，設計標準的不統一無法滿足變電站“兩型一化”建設要求，防火設計的標準必須進一步明確，更易于指導工程設計。

2 電氣設備的防火原理分析

電氣設備的防火主要針對帶油設備，設備按照含油量來確定相應的防火標準，這是各標準和規范都明確的。即使在GB 50016—2006《建筑設計防火規范》中，也可將帶油電氣設備歸于丙類液體 （閃點大于等于60℃）貯罐類別。GB 50229—2006《防火規范》中，針對油浸變壓器的防火機理有著十分詳細的說明。

油浸變壓器內部貯有大量絕緣油，其閃點在135～150℃，與丙類液體貯罐相似，按照GB 50016—2006《建筑設計防火規范》的規定，丙類液體貯罐之間的防火間距不應小于0.4D（D為2個相鄰貯罐中較大罐的直徑）。可設想變壓器長度為丙類液體貯罐的直徑，通過對不同電壓、不同容量的變壓器之間的最小防火間距按0.4D計算得出，考慮到油浸變壓器的火災危險性比丙類液體貯罐大，而且是變電站的核心設備，其重要性遠大于丙類液體貯罐，所以規定防火間距應大于0.4D。根據經驗，變壓器著火后，對地面的最大輻射強度是在與地面大致成45°的夾角范圍內，要避開最大輻射溫度，變壓器之間的水平間距必須大于變壓器的高度。因此，《防火規范》中將戶外油浸變壓器（含油量大于2 500 kg）之間的防火間距按電壓等級劃分，如表1所示。

表1 屋外油浸變壓器之間的最小凈距 m

另外，《防火規范》中 6.6.3章節規定：“油量為2 500 kg及以上的變壓器或電抗器與本回路油量為600 kg以上且2 500 kg以下的帶油電氣設備之間的防火間距不小于5 m”。

3 電氣設備的防火距離分析

綜合前節變壓器的防火機理，并結合變電站電氣設備的運行要求，且設置設備防火距離主要基于設備含油量水平及相鄰設備的重要性分類。

3.1 設備含油量水平。

一般來說，《防火規范》主要適用于含油量為2 500 kg及以上的電氣設備的防火要求，也就是說變電站內電氣設備具有的足夠火災危險性，即自身燃燒對于一定范圍的輻射影響。由于設備含油量及外廓高度隨著電壓等級的提高而增大，因此不同電壓等級的含油設備可以參照表1確定防火距離。另一方面，對于含油量為2 500 kg以下的電氣設備防火不在《防火規范》規定范圍，應參照《建筑防火》的丙類液體貯罐防火標準，采用不小于0.4D（D為設備外廓長寬之和的一半數值，等效為罐體直徑）的數值。

3.2 相鄰設備的重要性分類

《防火規范》中6.6.3章節中，提出變壓器與本回路600～2 500 kg的帶油電氣設備之間的防火間距可一律選擇5 m，從而不受變壓器電壓等級的限制。基于此，提出防火距離兩端的相鄰設備防火指向性的概念，以便進一步研究確定防火距離。防火指向性概念的提出，完全建立在相鄰設備含油量和火災危險影響性評估的基礎上。比如同一間隔的含油設備之間，當含油量達到規范標準時，相對不重要的設備對重要設備的防火要求就是彼此防火距離的主要決定因素。

3.3 防火距離分析

典型的500 kV變壓器及無功裝置場地如圖1所示[1]，主要包括主變壓器、35 kV配電裝置、35 kV并聯電容器及電抗器等設備。各電氣設備一般按照功能區域進行布置，滿足相互之間必要的電氣距離、安裝、巡視、運維及檢修的空間要求，在此基礎上進行設備防火距離的綜合分析。

（1）不同主變壓器 （例如圖1中1號、2號變壓器）之間的防火距離嚴格按照《防火規范》要求，500 kV等級采用10 m控制[2]，緊湊布置時如圖設置滿足標準的防火隔墻。大容量500 kV變壓器一般采用單相型式，根據《防火規范》要求，同組變壓器單相之間防火距離同上[2]，緊湊布置時設置滿足標準的防火隔墻。目前變電站的典型布置均滿足該要求。

（2）主變壓器與其他主變回路的配電裝置、電容器及電抗器等電氣設備的防火距離設置原則與不同主變壓器之間的要求相同。

圖1 500 kV變電站主變壓器場地典型電氣設備布置圖

（3）主變壓器和本回路35 kV配電裝置之間防火距離。35 kV配電裝置中主要含油設備為互感器，單臺設備含油量一般少于600 kg，按照《防火規范》，主變壓器對于由自身35 kV側引接的配電裝置電氣設備沒有規定防火要求[2]。究其原因，是因為35 kV配電裝置含油量小，火災危險性及延伸性影響小，因此防火設置是單向的，考慮到35 kV配電裝置不向外出線，本質上是輔助變壓器發揮功能，重要性上不如變壓器本身，按照防火指向性概念，可根據《建筑防火》的丙類液罐的規定確定防火距離不小于0.4D（D值為主變壓器外廓長寬之和的一半取值[3]）。

（4）主變壓器和本回路中性點設備之間防火距離。分析同（3），考慮到重要性的不同，按照防火指向性概念，規定防火距離不小于0.4D（D值為主變壓器外廓長寬之和的一半取值）。

（5）主變壓器和本回路裝配式電容器之間防火距離。裝配式電容器由許多含油小單元組成，每個單元的含油量不多（約10 kg），雖然總體含油量較高，但和相同含油量的單體設備在火災上還是不能相提并論。考慮重要性不同，按照防火指向性概念，可根據《建筑防火》規定防火距離不小于0.4D（D值為尺寸較大的主變壓器外廓長寬之和的一半取值[3]）。

（6）主變壓器和大容量集合式電容器、油浸式電抗器之間防火距離。大容量集合式電容器和油浸式電抗器的單體含油量一般都超過了2 500 kg。按《防火規范》中同電壓等級變壓器確定，以500 kV為例，防火距離設置為10 m。

（7）35 kV電容器之間防火距離。并聯電容器屬于變電站的無功補償裝置，考慮到電容器投切需要滿足母線電壓波動及系統無功和電壓的調節要求，一般每臺變壓器的電容器分為若干組。同一主變下的電容器（比如圖1中的2號、3號電容器）實質是發揮了同一種功能，只不過由于電網系統的技術要求而進行分組，其在變電站的重要性可不分開單獨考慮。電容器主要應用型式包括裝配式和大容量集合式類型。對于裝配式或單體油量不超過2 500 kg的集合式電容器，由于單體油量不大，因此同一變壓器下各組電容器之間可參照《建筑防火》的丙類液罐的規定即0.4D。以變電站常規的60 Mvar電容器為例，電容器本體最大的等效D值為7～8 m，因此同臺變壓器下不同電容器本體之間的防火距離控制在0.4D即3.5 m以內[3]。不同變壓器下各組電容器之間參照《防火規范》中同電壓等級變壓器，以35 kV為例，防火距離設置為5 m[2]。對于大容量集合式，單體油量超過2 500 kg時，彼此之間防火距離參照《防火規范》中同電壓等級變壓器，以35 kV為例，不論分屬同一主變還是不同主變，防火距離一律設置為5 m，否則應設置防火隔墻[2]。

（8）35 kV電容器與相鄰配電裝置之間防火距離。分析同（7）。

（9）35 kV油浸并聯電抗器之間防火距離。考慮到含油量超過2 500 kg，因此同主變或不同主變下的油浸并聯電抗器之間，均可參照《防火規范》中同電壓等級變壓器的防火要求設置防火距離。以35 kV為例，電抗器本體之間防火距離應設置為5 m，否則應設置防火隔墻[2]。

（10）35 kV電容器和電抗器之間防火距離。如采用油浸式電抗器，則參考上述（9）選擇防火距離；如采用干式空心電抗器，則參考上述（7）選擇防火距離。

（11） 工程中其他情況都可在上述（1）～（10）條中選擇參照執行。

上述分析結果匯總如表2所示。目前國網公司的變電站典型設計方案中，設備均按照表2要求布置,否則設置防火隔墻。

4 規程規范的檢驗

為進一步與工程建設現狀相協調，應結合現有規程規范和工程實踐，檢驗前述按照設備含油量水平和重要性分類來確定防火距離的設計思想。

（1） GB 50016—2006《建筑設計防火規范》。 電氣含油設備可歸于丙類液體貯罐，規范中4.2.2條地上丙類液體貯罐之間的防火間距為0.4D，前文分析及應用結果皆大于0.4D，滿足本規范要求[3]。

（2）GB 50229—2006《火力發電廠與變電站設計防火規范》。規范中11.1.4規定了變電站內各建（構）筑物及設備的防火間距，其中對于可燃介質電容器與變壓器和配電裝置的防火間距規定為10 m[2]，在實際工程執行中有較多爭議，建議可按照本文研究成果進行區別規定。

（3）GB 50227—2008《并聯電容器裝置設計規范》。規范中9.1.1條要求執行GB 50229的相關規定，與第（2）條一致[4]。

（4）DL/T 5352—2006《高壓配電裝置設計技術規程》。規程中8.5.5和8.5.7條中規定了屋外油浸變壓器之間、油浸變壓器和本回路含有設備的最小防火間距，前文分析結果能滿足本規范要求[5]。

（5） DL 5027—1993《電力設備典型消防規程》。規程中7.3.2條規定了屋外油浸變壓器之間、油浸變壓器和本回路含有設備的最小防火間距，前文分析結果能滿足本規范要求[6]。規程中7.6.3條規定，室外布置的電力電容器與高壓電氣設備需要保持5 m及以上的距離[6]，并沒有考慮防火指向性，建議以本文分析結果對設備進行重要性分類來確定防火距離。

（6）《國家電網公司輸變電工程通用設計》。以通用設計方案中500 kV變電站主變壓器場地為例，設備布置的防火距離及隔墻的設置原則，與電氣設備的防火距離分析結果一致[1]。

表2 變電站內主要電氣設備防火間距設計

5 結束語

變電站的防火是一項系統工程，與電網的運行密不可分，必須依靠豐富的理論依據和運行經驗作為支撐。但現有規程和標準的規定并不明確，在指導防火工程建設中易引發爭議，因此有必要對于防火距離開展深層次研究，從而尋求安全性和經濟性之間的更加合理的平衡，這也符合當前電網建設“兩型一化”的指導思想。

[1]國家電網公司.國家電網公司輸變電工程通用設計110（66）～500 kV變電站分冊（2011年版）[M].北京：中國電力出版社，2011.

[2]GB 50229—2006，火力發電廠與變電站設計防火規范[S].

[3]GB 50016—2006，建筑設計防火規范[S].

[4]GB 50227—2008，并聯電容器裝置設計規范[S].

[5]DL/T 5352—2006，高壓配電裝置設計技術規程[S].

[6]DL 5027—1993，電力設備典型消防規程[S].