氣體滅火系統在華能古城水電站發電機自消系統中的應用

杜 傳 利，　賀 瑜 章，　李　強

(1.四川華能涪江水電有限責任公司，四川 平武　622550；2.平武縣消防大隊，四川 平武　622550)

氣體滅火系統在華能古城水電站發電機自消系統中的應用

杜 傳 利1，賀 瑜 章1，李強2

(1.四川華能涪江水電有限責任公司，四川 平武622550；2.平武縣消防大隊，四川 平武622550)

摘要：目前水電廠的發電機一般采用傳統的水系統滅火方式，但該方式啟動后對被保護設備的損害較大。古城水電站嘗試采用氣體滅火系統對發電機進行保護，取得了較好的效果。對氣體選型、設計參數、施工過程等進行了介紹。

關鍵詞：氣體滅火系統；IG541；發電機；古城水電站

1概述

水輪發電機在水電廠中占有核心位置，因此，確保水輪發電機的安全即成為電站消防的核心工作。目前水輪發電機的水輪機部分由于其均為純機械結構，發生火災的可能性較小，故防火的重點部位為發電機的電氣部分，即風洞內的定、轉子部分。

目前國內水輪發電機普遍采用水滅火系統，利用雨淋閥開啟水噴霧滅火，可以快速地在發電機上覆蓋水層滅火、降溫，同時水霧亦可隔絕火焰，具有很好的滅火效果。

但是水滅火系統也具有自身的缺陷。在水滅火系統啟動后，對發電機將造成致命的破壞，有可能導致整個發電機報廢，所產生的損失無法估量，且其最壞的情況是在發電機正常運行時水滅火系統發生誤噴對發電機產生破壞，嚴重時將會燒毀發電機。已有水電站因水系統管路泄漏水進入發電機后將機組燒毀的案例。

由此可見，水系統滅火有利有弊。目前各個水電廠基本上在水系統的雨淋閥這一級或者更上一級將水關閉。為防止誤噴，其實水系統滅火并未真正投入使用。但是這樣，在發電機真正發生火災的時候又存在很大的安全風險。在這種背景下，研究新的滅火方式已成為當務之急。

筆者在華能古城水電站建設前，分析了水系統滅火方式的利弊，并對國內外發電機及電氣設備的滅火方式進行了調研，發現目前國內水輪發電機組普遍采用水系統滅火方式，而國外水輪發電機則采用氣體滅火方式較多。考慮到水系統滅火方式啟動后對發電機組會產生較大影響，經綜合考慮，嘗試在古城水電站發電機上采用氣體滅火方式。

華能古城水電站位于四川省綿陽市平武縣古城鎮，裝機容量為2×50 MW，為中型水電站，發電機采用杭州力源公司產品，其參數如下：

型號：SF-J50-44/9200

額定容量：50 MW/58.8 MVA

額定電壓：10.5 kV

額定電流：3 234.5 A

額定功率因數：0.85(滯后)

額定轉速：136.4 r/min

飛逸轉速：290 r/min

額定頻率：50 Hz

轉動慣量：10 000 t·m2

定子鐵芯內徑：8 630 mm

定子機座外徑：10 500 mm

定子鐵芯有效長度：852 mm

定子和轉子氣隙：13 mm

轉子外徑：8 604 mm

轉子高度：1 415 mm

空冷器數量：12個

古城水電站發電機風洞為封閉空間，適宜氣體噴放后浸漬滅火，且因發電機定子和轉子在風洞內占有部分空間，為達到滅火濃度所需的氣體量并不太多；風洞為鋼筋混凝土結構，發電機為金屬結構，氣體噴放所產生的壓力不會對建筑物和設備產生影響；另外，氣體滅火時電絕緣性能好，不會造成水漬損失，滅火后無殘留且易于清理；鑒于氣體滅火系統隨時處于運行狀態，故不必擔心誤動作給設備帶來的損害，其缺點為氣體滅火設備價格較高。考慮到對發電機設備的保護，該工程在設計階段最終決定采用氣體滅火系統。

2氣體滅火系統及氣體選型

氣體滅火系統主要應用在不適于設置水滅火系統等其他滅火系統的環境中，比如計算機機房、重要的圖書館、檔案館、移動通信基站(房)、UPS室、電池室、一般的柴油發電機房等，滅火劑平時以液體、液化氣體或氣體狀態存貯于壓力容器內，滅火時以氣體(包括蒸汽、氣霧)狀態噴射作為滅火介質的滅火系統，并能在防護區空間內形成各方向均一的氣體濃度，而且至少能保持該滅火濃度達到規范規定的浸漬時間，進而撲滅該防護區內的空間、立體火災。該系統由貯存容器、容器閥、選擇閥、液體單向閥、噴嘴和閥驅動裝置組成。

氣體滅火系統的滅火原理是降低氧氣濃度，切斷鏈式反應，大量撲捉自由基，窒息燃燒源并通過混合作用來完成滅火過程。

目前常用的滅火氣體為二氧化碳、七氟丙烷、IG541以及氣溶膠，對環境污染較大的哈龍氣體已不采用。古城電站在設計階段對以上幾種氣體進行了綜合分析對比，其結果表明低壓二氧化碳系統滅火效果最好。二氧化碳噴放時，一方面可以吸收熱量，另一方面二氧化碳可以將被保護設備與空氣隔離，滅火效果良好；但是，因二氧化碳容易引起人窒息，故在機組檢修或人員進入發電機風洞檢查時若發生誤噴，將存在人員死傷的風險；七氟丙烷滅火氣體在滅火時所需的濃度小，滅火效率較高，但是七氟丙烷氣體存儲壓力較小，需要由儲氣鋼瓶內的高壓氮氣推送，從而要求儲氣鋼瓶離發電機風洞不能太遠。但實際情況是在發電機風洞附近不能放置儲氣鋼瓶，而應將其在較遠的地方用單獨的房間存放；另外，七氟丙烷還具有弱毒性，滅火時會分解產生氫氟酸，其具有一定的腐蝕性；IG541為混合惰性氣體，其中氮氣所含比例為52%，氬氣占40%，二氧化碳占8%，IG541不污染環境，無毒、無副作用，不會對被保護設備構成危害，而且氣體壓力為15 MPa，可以將儲氣鋼瓶放在較遠的位置，在發生誤噴的情況下，既使有人員在發電機風洞內也不會造成窒息。最終本工程決定采用IG541氣體。

3設計與施工

3.1氣體滅火系統的設計

該工程1#發電機風洞和2#發電機風洞均按全淹沒滅火系統設計，滅火設計濃度為37.5%，滅火劑設計噴放時間為55 s，滅火浸漬時間按電氣設備火災考慮采用10 min。

每臺發電機風洞均為一個獨立的防護區，該防護區容積為474.6 m3，發電機占用容積約為36.2 m3，因此該防護區凈容積V=474.6-36.2=438.4(m3)。

發電機防護區為混凝土外墻，其上下均設置有鋼蓋板，防護區圍護結構承受內壓的允許壓強不小于1 200 Pa。古城水電站發電機防護區高程為800 m，防護區最低環境溫度按0 ℃設計。

IG541混合氣體儲存容器采用一級充壓(15 MPa)系統，充裝量為211.15 kg/m3。

防護區泄壓口設置在混凝土外墻上。泄壓口面積按IG541氣體滅火系統的設計規定確定。該泄壓口平時關閉，當防護區壓力達到整定值時開啟。

依據《氣體滅火系統設計規范》GB50370—2005，滅火劑設計用量公式為：

W=K×(V/S)×ln[100/(100-C)]

式中S=0.657 5+0.002 4T。

式中W為滅火設計用量(kg)；K為高程修正系數，其按發電機防護區高程800 m進行修正；S為滅火劑氣體在101 kPa大氣壓和防護區最低環境溫度下的比容(m3/kg)；V為防護區的凈容積(m3)；C為設計濃度或惰化設計濃度(%)；T為最低環境溫度(℃)。

經計算得知，IG541設計滅火用量為279.3 kg。采用威特龍消防設備有限公司生產的WLHQ-90L型IG541氣體滅火劑16瓶。由于1#發電機和2#發電機凈容積相同，最終考慮共用一組氣體滅火系統，通過2個啟動鋼瓶和2個選擇閥實現兩個氣滅區的滅火。

氣體管路在發電機風洞內采用環形布置，其末端裝有四個噴頭，噴頭位于發電機風罩內，對準發電機定子和轉子部分,噴頭方向與噴孔的方向垂直，噴孔末端壓力為2 MPa。由于噴頭距離被保護設備有一段距離且噴孔未正對設備，故氣體噴放時不會對設備造成沖擊損害(圖1)。

圖1　氣體滅火系統管路布置圖

防護區設置了泄壓裝置，其設置高度為風洞內壁凈高的2/3，面積為700 mm×420 mm。泄壓裝置常閉，動作開啟壓力為1 000 Pa，并能在泄壓后自動關閉，耐火極限不小于0.5 h。

3.2氣體滅火系統的啟動方式

氣體滅火系統的啟動方式為自動、手動、機械應急手動三種，介紹于后。

(1)自動控制：采用西門子公司生產的BC8013氣體消防控制盤。正常狀態下, 火災報警控制器的控制方式選擇在"自動"位置，滅火系統處于自動控制狀態。當保護區發生火情時，火災探測器的感煙探頭和感溫探頭同時發出火警信號，火災報警控制器在發出聲、光報警信號的同時發出聯動命令，關閉風機、防火卷簾等通風設備，經過30 s延時(此時保護區內的人員必須迅速撤離)輸出DC24V/1.5A滅火電源信號驅動啟動瓶電磁閥，啟動鋼瓶釋放出的控制氣體打開對應區域的選擇閥，繼而打開滅火劑貯瓶上的瓶頭閥釋放出IG541氣體實施滅火。火災報警探測器安裝在發電機空冷裝置冷卻片的兩側，可以檢測到發電機風罩內的溫度和煙霧，配以極早期空氣采樣裝置，在火災發生的早期給予預警。

(2)手動控制：在保護區內有人工作或值班時，控制方式選擇"手動"位置，滅火系統處于手動控制狀態。若保護區發生火情，現場人員按下火災報警控制器面板上的“啟動”按鈕，也可在確認人員已經全部撤離的情況下按下該區門口設置的“緊急啟動”按鈕，即可啟動滅火裝置，實施滅火。

(3)機械應急手動：當保護區發生火情，而自動、手動兩種控制方式均因故不能啟動時，應通知有關人員撤離現場，關閉聯動設備，然后在設備間拔掉對應防護區啟動瓶組上的保險環，用手壓下手柄，即可釋放啟動氣體驅動選擇閥、瓶頭閥實施滅火。

噴放IG541滅火劑后，應保持必需的滅火浸漬時間并確認滅火后才能通過風機對保護區實施通風換氣。該工程在發電機風洞底部設置有常閉出風口，在氣體噴放滅火后，可以開啟該出風口的風機對氣滅區換氣。在保護區噴放滅火劑時和未徹底通風的情況下工作人員不得進入。

3.3系統安裝

(1)系統安裝根據設計圖紙并按照《氣體滅火系統施工及驗收規范》GB50263進行。

(2)系統安裝分為IG541主設備部分和管路噴嘴部分。在IG541主設備部分中的滅火劑儲存裝置安裝后，泄壓裝置的泄壓方向不應朝向操作面；儲存容器的支、框架應固定牢靠，并應做防腐處理；安裝集流管前應檢查內腔，確保其清潔；連接儲存容器與集流管間的單向閥的流向指示箭頭應指向介質流動方向；集流管應固定在支、框架上，支、框架應固定牢靠并做防腐處理。管路噴嘴帶裝飾罩，裝飾罩緊鄰噴嘴。

(3)輸送氣體滅火劑的管道采用無縫鋼管，其質量應符合現行國家標準并內外鍍鋅。公稱直徑等于或小于80 mm的管道采用螺紋連接；公稱直徑大于80 mm的管道采用法蘭連接。

(4)氣體輸送管道以選擇閥為分界面分成兩部分。第一部分是從氣瓶高壓軟管出口到選擇閥管道為上游管道，簡稱集流管，其最大的工作壓力為17.2 MPa；第二部分為選擇閥出口至噴頭的管道，其最大的工作壓力為7 MPa。

(5)啟動管路的管材選用φ8紫銅管，其質量應符合現行國家標準，依據施工圖并應在廠家指導下進行安裝。

(6)管道安裝高度為系統圖標高，當其與其它專業管道發生沖突時應做適當調整；鋼瓶用支架由膨脹螺栓固定在地上或承重墻上，避免氣體釋放時鋼瓶晃動。

(7)管道支、吊架按國家標準中的防晃支架參考圖進行安裝，管道支、吊架間的最大間距見表1。

表1　管道支架、吊架最大間距表

(8)管道安裝完成后進行氣壓強度試驗，氣壓強度試驗壓力取10.5 MPa。施壓持續未發現明顯滴漏或明顯漏氣且管道未發生變形為安裝合格。氣密性試驗前，采用氮氣或壓縮空氣對管道系統進行吹灰，吹除管道中的灰渣，保證管道的通暢性，吹灰時管道末端的氣體流速為20 m/s。

(9)IG541輸送管道的外表面施工完成后，刷紅丹防銹漆兩遍。

4結語

現場安裝調試完畢，設計、監理和業主三方按照《氣體滅火系統施工及驗收規范》GB50263-2007進行現場檢查和驗收，認為該系統滿足發電機氣體滅火要求，施工及調試符合標準。后經平武縣消防大隊進行驗收，其結論為合格。

該系統自投入運行以來，消防維保單位每月定期對該系統進行檢查，發現問題及時處理。因IG541氣體滅火系統壓力高，故在平時維護時一定要加強管理，并對電站現場維護人員進行培訓，使其在應急情況下能正確使用該系統，做到正確動作，及時滅火。

本工程改變了以往水電廠發電機采用水系統滅火的方式，對氣體滅火方式進行了嘗試。雖然其造價比水系統滅火高，但是其對被保護設備無損害且能達到滅火效果，因此，我們在該工程中進行了嘗試，期望對將來新建電站發電機自消系統的選擇有所借鑒。

參考文獻：

[1]氣體滅火系統施工及驗收規范，GB50263-2007[S].

[2]電力設備典型消防規范，DL5027-93[S].

[3]氣體滅火系統設計規范，GB50370-2005[S].

杜傳利(1978-)，男，山東夏津人，工程師，碩士，從事水電站通信、工業電視、消防設施建設與維護工作；

賀瑜章(1956-)，男，四川雅安人，總經理，高級工程師，從事水電工程建設技術與管理工作；

李強(1974-)，男，四川自貢人，中校，教導員，學士，從事消防監管工作.

(責任編輯：李燕輝)

華中電網水能利用提高率達8.93%

國家電網公司近日透露，2014年，國網華中分部積極應對區域內水電來水豐枯不均、秋汛明顯、綜合利用任務多、水火電矛盾突出等問題，水電消納取得多項突破。截止2014年12月31日，全網重點水電廠節水增發電量66.80億千瓦時，比去年同期增加8.48億千瓦時，水能利用提高率達8.93%，同比提高0.75%，優化調度工作成效顯著。華中分部全網水電發電量創歷史新高，其中直調水電五強溪、三板溪電廠年發電量創歷史新高；五強溪電廠全開滿發天數達124天，滿發天數創歷史新高；做好四川水電消納工作，四川電網最大外送電力達2 676萬千瓦，相比去年最大外送電力增加55.7%，外送電量1 068億千瓦時，同比增長65.7%，均創歷史紀錄；直調水電實現全額消納，水庫年末蓄能值創歷史新高，年末全部直調水電基本蓄滿；直調水電水布埡、隔河巖電廠年平均耗水率歷史最小，成功應對汛末發生的洪水，同時聯合三峽水庫實現長江洪水錯峰調度，既保證了下游度汛安全，也保證了三峽機組全開滿發；克服在建水電站移民搬遷、水庫初期蓄水等諸多制約因素，首次實施沅水三板溪、白市、托口梯級水庫聯合優化調度，保障了沅水流域水庫安全度汛，實現托口水電站初期蓄水、6臺新機組全部投產。

收稿日期:2014-06-12

文章編號:1001-2184(2015)02-0090-04

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7;TV734.2

作者簡介: