220kV地下變電站消防技術(shù)優(yōu)化研究

摘要：

社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，加快了城市化進程，220kV地下變電站建設(shè)工程呈日益增多趨勢。消防系統(tǒng)作為220kV地下變電站建設(shè)和運行過程中的重點環(huán)節(jié)，相關(guān)企業(yè)積極引入先進的消防技術(shù)，不僅顯著提高了變電站火源探測和控制效率，避免火災(zāi)對人員和相關(guān)設(shè)備造成更大危害，還進一步保障了供電的可靠性。本文以220kV地下變電站的特點為落腳點，深入分析220kV地下變電站消防技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，并立足具體的220kV地下變電站消防技術(shù)設(shè)計案例，從多維度提出220kV地下變電站消防技術(shù)優(yōu)化的可行性策略，以期為相關(guān)企業(yè)開展工作提供有益參考。

關(guān)鍵詞：220kV；地下變電站；消防技術(shù)

引言

地下變電站是一種新型變電站，是城市不斷發(fā)展的必然結(jié)果，對防火安全要求較高。然而，就當(dāng)前220kV地下變電站消防系統(tǒng)整體搭建情況來看，受諸多因素的影響，一些問題日益凸顯。例如，地下復(fù)雜環(huán)境下火災(zāi)探測器誤報率較高、滅火系統(tǒng)效果不好、防排煙設(shè)計精確度不足等，極大影響滅火效果。因此，如何立足220kV地下變電站實際情況，構(gòu)建完善的消防系統(tǒng)，已成為相關(guān)企業(yè)關(guān)注的重要議題。

一、220kV地下變電站的特點

地下變電站是一種特殊設(shè)計的電力設(shè)施，旨在將高壓電流通過變壓器降壓，滿足不同用電設(shè)備和區(qū)域用電需求。220kV地下變電站的電壓等級為220kV，屬于高壓變電站范疇，與常規(guī)地面變電站不同，常采用全地下結(jié)構(gòu)和電纜進出線，設(shè)備密集且結(jié)構(gòu)緊湊；地下部分一般分設(shè)備層、電纜層、輔助設(shè)施層等多層布置，變電站內(nèi)配備變壓器、開關(guān)設(shè)備、保護裝置、監(jiān)控系統(tǒng)等主要設(shè)備，共同協(xié)作，實現(xiàn)電力傳輸、分配和控制[1]。

（一）安全性要求高

220kV地下變電站是城市電網(wǎng)的重要組成部分，地下空間相對封閉，設(shè)備整體布置較為密集，對防火安全性水平要求較高，需采用更加嚴(yán)密的防火措施，為城市提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。

（二）環(huán)境復(fù)雜

變電站中散熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等設(shè)計的精確化程度較高，在維護與保護過程中應(yīng)充分考慮不同地質(zhì)環(huán)境和系統(tǒng)設(shè)計的差異性，優(yōu)化消防技術(shù)細節(jié)，以整體提高消防安全系數(shù)。

（三）無人值守

地下變電站通常是無人值守的，一旦發(fā)生火災(zāi)，消防系統(tǒng)須第一時間啟用并發(fā)揮滅火作用，因此所用消防技術(shù)對火災(zāi)隱患的識別和防范至關(guān)重要。

二、220kV地下變電站消防技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）火災(zāi)探測能力不足

火災(zāi)探測是消防系統(tǒng)的第一道防線，整體探測能力不足將直接影響火災(zāi)預(yù)警和防控效果。從環(huán)境角度來看，220kV地下變電站中存在著大量的電氣設(shè)備，在運行過程中將產(chǎn)生大量的電磁輻射，傳統(tǒng)感煙、感溫火災(zāi)探測器在此環(huán)境下極易受到電磁干擾而導(dǎo)致功能受限。對于密閉的地下變電站空間而言，長期空氣流通不暢，極易導(dǎo)致灰塵堆積、設(shè)備漏水。在排水系統(tǒng)故障或季節(jié)變化等情況下，濕度可能出現(xiàn)較大波動，使火災(zāi)探測器元件性能發(fā)生變化，從而增加錯誤的火災(zāi)報警信號風(fēng)險[2]。

（二）滅火系統(tǒng)存在一定的局限性

當(dāng)前，220kV地下變電站常用的滅火系統(tǒng)有氣體滅火系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)等。氣體滅火系統(tǒng)對于防護空間的密封性要求較高，地下變電站結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在許多孔洞、縫隙支持電纜進出，密封性不足，從而導(dǎo)致滅火時氣體泄漏，一定程度上降低了滅火效果。氣體滅火所用的七氟丙烷等可能產(chǎn)生酸性分解物質(zhì)，對電氣設(shè)備造成一定的腐蝕，為電網(wǎng)運行埋下安全隱患。水噴霧滅火系統(tǒng)應(yīng)用到220kV地下變電站中，因水壓不足、噴頭堵塞等問題，降低噴霧效果，導(dǎo)致滅火質(zhì)量不高。一旦電氣設(shè)備絕緣性能不高，滅火時將增加二次故障風(fēng)險。

（三）排煙設(shè)備可靠性不足

排煙設(shè)備在滅火救援工作中扮演著至關(guān)重要的角色，若設(shè)備可靠性不足或排煙量計算不準(zhǔn)確，將極大降低地下變電站的消防性能。一些企業(yè)在進行防排煙設(shè)計時，并未基于地下變電站復(fù)雜的空間布局、設(shè)備布置及火災(zāi)發(fā)展情況預(yù)測結(jié)果等因素展開精準(zhǔn)計算，導(dǎo)致所設(shè)計的排煙系統(tǒng)在實際運行過程中無法有效排出濃煙而影響滅火救援效率。此外，所采用的排煙設(shè)備在長期運行過程中可能出現(xiàn)故障問題，包括風(fēng)機葉片腐蝕、管道破損等，相關(guān)人員并未定期檢修，在火災(zāi)高溫環(huán)境下，金屬材料強度降低，增加排煙設(shè)備故障的可能性，從而影響排煙效果[3]。

三、220kV地下變電站消防技術(shù)優(yōu)化的可行性策略

（一）案例分析

某220kV地下變電站占地面積5333m2，總建筑面積9062m2；站內(nèi)共投運兩臺3萬kVA的主變壓器，為城市提供6萬kVA變電容量；采用了電纜敷設(shè)的方式，其內(nèi)部電磁場經(jīng)電纜金屬屏蔽層、鎧裝層及電纜溝的屏蔽作用，大大抑制了電場強度，對周邊環(huán)境影響較小。針對其火災(zāi)危險性，該站采用了多種消防技術(shù)，詳見圖1。

（二）優(yōu)化策略

1.引入新型的火災(zāi)探測器

火災(zāi)探測器是220kV地下變電站消防系統(tǒng)的“眼睛”，在早期預(yù)防火災(zāi)方面起著關(guān)鍵性作用。相關(guān)人員應(yīng)基于地下變電站內(nèi)不同區(qū)域的火災(zāi)風(fēng)險和環(huán)境特點，科學(xué)選用新型火災(zāi)探測器的類型和型號。對于變壓器室、電纜夾層等火災(zāi)高發(fā)區(qū)域，優(yōu)先選用靈敏度更高、抗干擾能力更強的吸氣式煙霧探測器和光纖測溫探測器，并以密集布局方式構(gòu)建火災(zāi)風(fēng)險點監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。對于火災(zāi)風(fēng)險相對較低的區(qū)域，如控制室、走廊等，可采用新型探測器與傳統(tǒng)探測器結(jié)合混合式排列方案，在確保探測結(jié)果的同時，降低成本。在實際排列時，相關(guān)人員需要嚴(yán)格遵循互補性、環(huán)境適應(yīng)性、維護便捷性原則，即不同類型探測器之間形成互補，同步發(fā)揮捕捉溫度異常、檢測煙霧的作用，增強系統(tǒng)的可靠性。同時，系統(tǒng)考慮探測器對環(huán)境的適應(yīng)性，包括防潮、防塵、防爆等，確保其在地下變電站這一特殊環(huán)境中穩(wěn)定運行；布局時預(yù)留足夠的檢修空間，提高日常維護和故障排查的便捷性[4]。

2.提高滅火系統(tǒng)的協(xié)同性

滅火系統(tǒng)屬于220kV地下變電站消防的核心，旨在針對不同類型、不同規(guī)模的火災(zāi)最大程度地發(fā)揮滅火效能，提高滅火的有效性，控制火勢蔓延。當(dāng)前，常見的滅火系統(tǒng)有氣體滅火、水噴霧滅火、預(yù)作用自動噴水滅火等，分別適用于不同的火災(zāi)場景。氣體滅火系統(tǒng)主要通過向防護區(qū)內(nèi)釋放鹵代烷烴、惰性氣體等滅火劑，抑制燃燒的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)或降低燃燒區(qū)的氧氣濃度，適用于撲滅電氣火災(zāi)、液體火災(zāi)或可熔化的固體火災(zāi)等火災(zāi)場景，現(xiàn)已被廣泛使用于計算機房、配電室、貴重設(shè)備室等對滅火后無殘留物要求較高的場所中；水噴霧滅火系統(tǒng)依托水霧噴頭將水流分解為細小的水霧滴，通過表面冷卻、窒息、乳化和稀釋作用進行滅火，用于撲救固體火災(zāi)、閃點高于60℃的液體火災(zāi)和電氣火災(zāi)具有極大的應(yīng)用優(yōu)勢[5]。對于地下變電站而言，變壓器、油浸電抗器等油浸式電氣設(shè)備較多，應(yīng)用該滅火方式，不僅可以滅火，還可對設(shè)備進行冷卻，減少復(fù)燃風(fēng)險，對環(huán)境影響相對較小。預(yù)作用自動噴水滅火系統(tǒng)屬于一種將火災(zāi)自動探測報警技術(shù)同自動噴水滅火系統(tǒng)有機結(jié)合的滅火系統(tǒng)類型，應(yīng)用到地下變電站消防體系中，將綜合發(fā)揮干式系統(tǒng)和濕式系統(tǒng)的優(yōu)勢，提高滅火效果。

在設(shè)計上述220kV地下變電站消防系統(tǒng)時，相關(guān)人員針對不同區(qū)域的特點和火災(zāi)危險系數(shù)，綜合布置了多種滅火系統(tǒng)。主變壓器是變電站的核心設(shè)備，在該區(qū)域內(nèi)采用了水噴霧滅火系統(tǒng)，噴射強度＞20L/s·m2，水霧粒徑＜0.7mm，確保噴霧系統(tǒng)的滅火冷卻效果。電氣設(shè)備室中布置了煙烙盡全淹沒氣體滅火系統(tǒng)，一旦火災(zāi)發(fā)生，將迅速釋放滅火氣體，保障設(shè)備安全；電纜夾層、接地變壓器室等區(qū)域采用了預(yù)作用自動噴水滅火系統(tǒng)或移動式滅火系統(tǒng)，旨在確保火災(zāi)發(fā)生時系統(tǒng)具有較強的響應(yīng)能力。

3.提高排煙系統(tǒng)的可靠性

排煙系統(tǒng)是220kV地下變電站消防的“呼吸道”，是保障人員生命安全和消防工作順利進行的重要因素。一方面，相關(guān)人員應(yīng)提高對排煙量計算的重視程度。充分考慮火災(zāi)規(guī)模和類型、地下變電站空間布局和結(jié)構(gòu)等實際情況，選用FDS等專業(yè)的火災(zāi)模擬軟件進行排煙量模擬，明確220kV地下變電站火災(zāi)過程中的煙氣流動、溫度分布、熱輻射等多物理場，并搭建涵蓋主變室、開關(guān)柜室、電纜夾層等功能區(qū)域在內(nèi)的三維模型，繪制熱釋放速率隨時間的變化曲線，為排煙量分析提供詳細的數(shù)據(jù)支持。以主變室為例，依據(jù)相關(guān)規(guī)范，主變室的排煙量可按6m3/min·m2—12m3/min·m2的換氣次數(shù)計算，假設(shè)其面積為Sm2，排煙量具體依據(jù)地下變電站實際消防需求而定。另一方面，設(shè)備材料選用也是不可忽視的一項工作。相關(guān)人員應(yīng)考慮選用不銹鋼材質(zhì)的排煙管道和高溫合金葉片的排煙風(fēng)機，其良好的耐高溫、耐腐蝕性能可極大提高火災(zāi)情況下的運行效率；在設(shè)備安裝過程中，應(yīng)確保排煙管道連接緊密、無漏風(fēng)現(xiàn)象，并進行風(fēng)機性能、管道氣密性等測試，保證排煙系統(tǒng)的安裝質(zhì)量符合使用要求[6]。

4.完善消防聯(lián)動控制邏輯

消防聯(lián)動控制邏輯是實現(xiàn)消防系統(tǒng)最大化效能的關(guān)鍵，主要作用是指揮和協(xié)調(diào)火災(zāi)探測、滅火、排煙、人員疏散等各個消防環(huán)節(jié)有序開展。相關(guān)人員需全面考慮各種火災(zāi)情景，采用先進的編程技術(shù)和控制算法，將地下變電站的火災(zāi)探測器、滅火設(shè)備、排煙設(shè)備、應(yīng)急照明、應(yīng)急廣播等消防設(shè)備集成起來，完成聯(lián)動控制，提高整體消防系統(tǒng)的可靠性。以上述220kV地下變電站消防系統(tǒng)為例，一旦火災(zāi)發(fā)生，系統(tǒng)將自動關(guān)閉空調(diào)、防火百葉、防火門等設(shè)備，防止火災(zāi)蔓延，同時打開排煙風(fēng)機和排煙防火閥等設(shè)備，為滅火救援創(chuàng)造良好條件，自動啟動火災(zāi)區(qū)域布設(shè)的滅火系統(tǒng)，避免火災(zāi)產(chǎn)生更為嚴(yán)重的后果。此外，設(shè)計人員可采用光纖通信等抗干擾能力更強的通信技術(shù)，搭建高速、穩(wěn)定、可靠的消防聯(lián)動控制通信網(wǎng)絡(luò)，并輔以冗余設(shè)計和屏蔽處理方案，降低因電磁干擾和線路故障對信號傳輸產(chǎn)生的不良影響。

5.合理布局消防排水系統(tǒng)

對于220kV地下變電站消防體系而言，排水系統(tǒng)具有保障性作用，可更有效地保護電氣設(shè)備，維護消防系統(tǒng)整體效能。設(shè)計人員應(yīng)將最大火災(zāi)規(guī)模下所用的滅火系統(tǒng)用水量作為排水系統(tǒng)設(shè)計的首要參考因素，并考慮消火栓系統(tǒng)在火災(zāi)救援中的輔助性作用，將其用水量納入火災(zāi)滅火用水量估算值中，明確排水管道管徑、管道坡度、走向等。一般情況下，為確保廢水順利、快速排出，通常選用較大的管徑，最小坡度不宜小于3‰；管道橫向安裝時，坡度大小可依據(jù)實際情況進行計算，需控制在2‰—5‰，并盡可能減少轉(zhuǎn)折和彎曲，以減小水流阻力[7]。

結(jié)語

220kV地下變電站是城市電力供應(yīng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其消防安全問題直接關(guān)系城市能源安全性和運行穩(wěn)定性。在實際構(gòu)建220kV地下變電站的消防系統(tǒng)時，相關(guān)人員應(yīng)基于具體的消防安全需求，合理引入新型的火災(zāi)探測器，并著力優(yōu)化滅火系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等，完善消防聯(lián)動控制邏輯體系，進一步降低火災(zāi)發(fā)生概率和危害程度，推動地下變電站消防技術(shù)向更高層面發(fā)展。

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作者簡介：

楊二龍（1990— ），男，漢族，河北泊頭人，碩士研究生，工程師，研究方向：電網(wǎng)調(diào)度。