沈松斌

(國(guó)網(wǎng)福建電力公司詔安縣供電公司, 福建 漳州 363000)

0 引言

變電站作為電力系統(tǒng)電能傳輸?shù)闹匾獦屑~，其安全運(yùn)行至關(guān)重要。變電站內(nèi)火災(zāi)輕則引起設(shè)備跳閘損壞，重則可能導(dǎo)致整個(gè)區(qū)域電網(wǎng)癱瘓，因而變電站消防系統(tǒng)的可靠運(yùn)行也是重中之重。變電站內(nèi)的消防系統(tǒng)一般包括滅火器、專用設(shè)備消防系統(tǒng)和消防水系統(tǒng)等。滅火器只能用來處理前期小型火災(zāi)，對(duì)于大型火災(zāi)無能為力。專用設(shè)備消防系統(tǒng)主要指的是主變配套的滅火系統(tǒng)，即專門進(jìn)行主變火災(zāi)時(shí)滅火工作[1,2]。目前變電站內(nèi)容易發(fā)生火災(zāi)的場(chǎng)所主要是電纜豎井、電纜溝、酸鉛蓄電池室等，該類火災(zāi)一旦發(fā)展起來，不易撲滅，必須采用另外的消防系統(tǒng)即變電站消防水系統(tǒng)進(jìn)行滅火。水自身的優(yōu)良特性以及成本優(yōu)勢(shì)使得變電站消防水系統(tǒng)的配套變得理所當(dāng)然。但是消防水系統(tǒng)作為變電站重要的生產(chǎn)輔助設(shè)備，運(yùn)行人員對(duì)其可靠運(yùn)行重視不足，且對(duì)于工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等往往一知半解。據(jù)某地區(qū)變電站統(tǒng)計(jì)，2021全年由本地區(qū)變電站運(yùn)行人員填報(bào)的關(guān)于站內(nèi)消防水系統(tǒng)的缺陷僅為20條，僅僅占到全年缺陷填報(bào)數(shù)量的10%左右。且由專業(yè)人員到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各站消防水系統(tǒng)檢查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備存在較多問題，即缺陷漏報(bào)較多，甚至對(duì)填報(bào)的20條缺陷消缺時(shí)發(fā)現(xiàn)有5條缺陷為誤報(bào)缺陷(設(shè)備正常，錯(cuò)誤地上報(bào)為缺陷)，由此可見，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員對(duì)變電站內(nèi)的消防水系統(tǒng)認(rèn)識(shí)存在較大不足。

1 變電站消防水系統(tǒng)的組成

110 kV變電站消防水系統(tǒng)一般由消防水源、穩(wěn)壓增壓設(shè)備、管網(wǎng)、消火栓系統(tǒng)等組成。文獻(xiàn)[3]規(guī)定，主變?nèi)萘?25 MVA以上時(shí)需要配置專用滅火裝置，而110 kV變電站內(nèi)主變?nèi)萘科毡檩^小，因此一般不會(huì)配置專用的滅火裝置。

一般意義上的消防水源包括自然水源(江、河、湖、海等)、市政給水、消防水池等。變電站的選址對(duì)周圍地址環(huán)境有一定的要求：一般不會(huì)建在離水源地較近的地方，因此變電站消防水系統(tǒng)水源一般不會(huì)選擇自然水源。當(dāng)變電站選擇市政給水管作為消防水源時(shí)，市政給水管網(wǎng)需環(huán)繞整座變電站，且消防用水系統(tǒng)要從市政給水干道上直接取水[3]，這顯然需要較大的成本，另外市政給水的流量一般無法滿足站內(nèi)消防的需要，因而直接選用市政給水作為消防水源也不現(xiàn)實(shí)。因此變電站的消防水源一般選擇消防水池。

穩(wěn)壓增壓設(shè)備用以保證靜態(tài)時(shí)管網(wǎng)內(nèi)的水維持在一定的壓力?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，該設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)保持消火栓維持一定的實(shí)心水柱壓力，即保證一定強(qiáng)度的滅火能力。

消火栓是滅火的終端設(shè)備，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，水由消火栓噴出滅火。消火栓按照布置地點(diǎn)不同可分為室外消火栓和室內(nèi)消火栓。這兩種消火栓的使用方法、供水對(duì)象不同，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮的因素也不同。

變電站內(nèi)消防水系統(tǒng)各組成部分如圖1所示。

圖1 某110 kV變電站消防水系統(tǒng)總體布置圖

2 消防水系統(tǒng)各部件的設(shè)計(jì)——以某110 kV變電站為例

某110 kV變電站總面積2 500 m2以上，主控樓為兩層結(jié)構(gòu)，進(jìn)出口在東西兩側(cè)。樓頂最高層距離地面達(dá)15 m。站內(nèi)消防水池設(shè)計(jì)為地上消防水池，預(yù)留占地面積為72 m2，設(shè)計(jì)室內(nèi)消防用水量為20 L/s，室外消防用水量為30 L/s，市政給水量為10 L/s，火災(zāi)持續(xù)時(shí)間按照3 h計(jì)算，消火栓充實(shí)水柱不小于13 m，變電站內(nèi)同一時(shí)間內(nèi)的火災(zāi)次數(shù)按照一次計(jì)算。

2.1 消防水池

2.1.1 消防水池典型結(jié)構(gòu)

變電站內(nèi)消防水池按照布置位置可分為地下式和地上式。兩者在結(jié)構(gòu)上大體相同，只是由于兩者消防水位不同導(dǎo)致在消防水泵選型和穩(wěn)壓增壓設(shè)備啟動(dòng)停止壓力選取時(shí)有些許不同。

消防水池進(jìn)水管為市政水管，當(dāng)水位浮球未到達(dá)指定水位時(shí)，開放市政水管不間斷注水。當(dāng)浮球到達(dá)指定位置時(shí)，市政水管被關(guān)閉。當(dāng)水位高于溢水口高度時(shí)，消防水池中的水則從溢水口溢出，以保證消防水池內(nèi)水位不要過高。消防水泵一般安裝在消防水池底部的低洼處，以保證消防用水得到充分利用。

2.1.2 有效容量計(jì)算

消防水池的有效容積V可表示為：

V=VF-VL

(1)

其中，VF表示變電站消防用水量(m3)，VL表示消防水池進(jìn)水量(m3)。

變電站消防用水量VF可由下式計(jì)算：

VF=3.6Q1t+3.6Q2t

(2)

變電站消防水池進(jìn)水量VL可由下式計(jì)算：

VL=3.6QLt

(3)

上式中，Q1表示室內(nèi)消火栓流量(L/s)；Q2表示室外消火栓流量(L/s)；QL表示消防水池進(jìn)水流量(L/s)；t表示火災(zāi)延續(xù)時(shí)間(s)。

結(jié)合案例變電站提供的流量、時(shí)間等參數(shù)可得消防水池的有效容積為：

V=3.6(Q1+Q2-QL)t=3.6×(30+20-10)×3=432 (m3)

消防水池的設(shè)計(jì)容積應(yīng)比有效容積稍大一些，這里取450 m3。

2.2 穩(wěn)壓增壓設(shè)備

變電站內(nèi)的消防水系統(tǒng)為穩(wěn)高壓水系統(tǒng)，平時(shí)管網(wǎng)內(nèi)的水基本處于靜止?fàn)顟B(tài)，在穩(wěn)壓設(shè)備的作用下維持一定范圍的壓力。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，管網(wǎng)內(nèi)壓力急劇下降，啟動(dòng)消防水泵提高管網(wǎng)壓力用以滿足滅火所需的流量要求。穩(wěn)壓增壓設(shè)備一般布置在水泵房?jī)?nèi)，主要包括穩(wěn)壓泵、消防泵、電控柜、壓力罐等，穩(wěn)壓泵和消防泵均配置兩臺(tái)，采用一主一備的方式運(yùn)行，如圖2所示。

圖2 穩(wěn)壓增壓設(shè)備

2.2.1 工作原理

在正常情況下消防水系統(tǒng)管網(wǎng)內(nèi)水是不流通的，其對(duì)管壁保持一定的壓力(即靜壓)。當(dāng)管網(wǎng)發(fā)生滲漏等泄壓情況時(shí)，靜壓下降，下降至Ps1時(shí)穩(wěn)壓泵開始工作加壓，當(dāng)加壓至Ps2時(shí)，穩(wěn)壓泵停止工作，即消防管網(wǎng)中的靜壓保持在(Ps1～Ps2)。發(fā)生火災(zāi)后，從消火栓噴射出大量消防用水，管網(wǎng)內(nèi)水開始快速流動(dòng)，導(dǎo)致管網(wǎng)動(dòng)壓下降，當(dāng)下降至P2時(shí)，消防水泵開始工作對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行增壓，同時(shí)關(guān)閉穩(wěn)壓泵，這樣在消防水泵增壓作用下，消防用水設(shè)備能保持一定出口壓力，從而更好地控制火情[3,4]。

2.2.2 壓力閾值計(jì)算

消防水泵的啟泵壓力P2可按照下式得到：

P2=(P1+0.1)/α-0.1

(4)

P1表示站內(nèi)最不利點(diǎn)發(fā)生火災(zāi)時(shí)的消防壓力(MPa)；α表示氣壓水罐調(diào)節(jié)容積系數(shù)，可從氣壓水罐的技術(shù)參數(shù)表中得到。P1可以通過下式得到:

P1=H1+H2+H3+H4

(5)

其中，H1表示最不利點(diǎn)消防設(shè)備的靜水壓力(MPa)，H2表示管網(wǎng)沿程和局部壓力損失之和(MPa)，H3表示消火栓及消防卷帶(水龍帶)的壓力損失(MPa)，H4表示水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)度所需壓力(MPa)。

本例中消防水池占地面積為72 m2，由此可得其最大深度為5.5 m，池底潛水泵放置在低洼凹槽處，可認(rèn)為消防水池的最低水位為0 m，由此可得H1為0.15 MPa，H4為0.13 MPa。由于H2、H3的計(jì)算比較繁瑣，此處為節(jié)省篇幅，將兩者的和記為0.02 MPa。若選擇型號(hào)為SQL600×0.6的隔膜式氣壓水罐，通過查表可知其α為0.8，即可得到P2，如下所示。

穩(wěn)壓泵的啟泵壓力Ps1可按下式進(jìn)行選擇：

Ps1=P2+(0.02～0.03)=0.42～0.43 (MPa)

穩(wěn)壓泵的停泵壓力Ps2可按下式進(jìn)行選擇：

Ps2=Ps1+(0.05～0.06)=0.47～0.49 (MPa)

2.2.3 水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程

(1)穩(wěn)壓水泵揚(yáng)程

穩(wěn)壓水泵揚(yáng)程或設(shè)計(jì)壓力Pw(1 MPa的壓力約等于100 m揚(yáng)程)一般按照下式進(jìn)行取值：

Pw=(Ps1+Ps2)/2

(6)

因此帶入上一小節(jié)關(guān)于Ps1以及Ps2的取值可得：

Pw=0.445～0.46 (MPa)

(2)消防水泵揚(yáng)程

消防水泵是消防水系統(tǒng)的增壓設(shè)備，其揚(yáng)程(或設(shè)計(jì)壓力)P在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)可按照下式計(jì)算：

P=k2(∑Pf+∑Pp)+H1+P1

(7)

其中，K2表示安全系數(shù)，可取1.2～1.4；∑Pf表示變電站內(nèi)消防管網(wǎng)所有管道沿程水頭損失之和(MPa)；∑Pp表示變電站內(nèi)消防管網(wǎng)所有管件和閥門等局部水頭壓力之和(MPa)；

在本例中，若將∑Pf+∑PP記為0.02 MPa，K2取1.3，可得消防水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程為：

P=1.3×0.02+0.15+0.3=0.476 (MPa)

2.3 消防管網(wǎng)

消防管網(wǎng)是消防水泵至消火栓之間的通道，其沿變電站圍墻圍繞主控樓環(huán)狀埋設(shè)如下文中圖4所示。管網(wǎng)直徑是根據(jù)流量、流速、壓力等要求計(jì)算確定，一般不小于DN100。當(dāng)主控樓分為多層，且每層必須設(shè)置消火栓時(shí)，室內(nèi)管網(wǎng)采用立管布置，在穿越樓層時(shí)采取防護(hù)套管等保護(hù)措施。

2.3.1 地下敷設(shè)消防管網(wǎng)的材質(zhì)及防腐

消防管網(wǎng)在室外地下埋設(shè)時(shí)，一般需要考慮系統(tǒng)壓力、覆土深度、土壤性質(zhì)、管道耐腐蝕能力等因素的影響來選擇合適的材質(zhì)和施工工藝。目前比較常用的材質(zhì)是鍍鋅鋼管，施工時(shí)在管壁外側(cè)刷冷底子油一道，石油瀝青二道；當(dāng)覆土腐蝕性較強(qiáng)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)防腐：在管壁外側(cè)刷冷底子油一道、石油瀝青一道、玻璃布一層，冷底子油一道，石油瀝青一道，總的厚度要求不大于6 mm。在管網(wǎng)焊接處，應(yīng)涂刷二道防銹漆，并包扎纖維布一道后，再刷石油瀝青二道。

2.3.2 管網(wǎng)覆土深度

當(dāng)敷設(shè)消防管網(wǎng)時(shí)，覆土深度不得小于600 mm，當(dāng)經(jīng)過變電站內(nèi)巡視通道時(shí)，覆土深度不得小于700 mm；當(dāng)消防管網(wǎng)與電纜溝或其他溝道相碰時(shí)，應(yīng)按照下圖所示做法施工。

(a)俯視圖 (b)剖面圖 圖3 消防管網(wǎng)與電纜溝相撞時(shí)施工做法

圖3中A表示消防管網(wǎng)下折處與電纜溝之間距離；B表示電纜溝外壁寬度。

A應(yīng)滿足：A=管中標(biāo)高-電纜溝底標(biāo)高+0.5 m，即管網(wǎng)下折處與電纜溝之間的距離與管網(wǎng)下折深度相等。

2.4 消火栓

室外消火栓是為消防車提供水源，通過消防車自帶的吸水管與消防車泵進(jìn)水口連接或與消防水罐連接供水。而室內(nèi)消火栓是利用箱內(nèi)水槍或卷帶直接連入箱內(nèi)出水口，由現(xiàn)場(chǎng)人員操作完成滅火工作[5]。

2.4.1 室外消火栓

一般來說室外消火栓有兩個(gè)出水口，可供給消防車上兩只水槍用水。若要求每支水槍充實(shí)水柱為SK，那么室外每個(gè)室外消火栓的計(jì)算流量可表示為：

Qfj=KβSk/2

(8)

其中，β表示水槍流量系數(shù)，k表示一個(gè)常數(shù)。

當(dāng)消防車水槍噴嘴口經(jīng)為19 mm時(shí)，系數(shù)k取13.5，β取0.157 7，可得室外每個(gè)消火栓的流量為：

本例中室外消火栓的設(shè)計(jì)流量為30 L/s，因此室外消火栓的數(shù)量為：

其中,Q2表示變電站室外總用水流量(L/s)。由于消火栓的數(shù)量只能為整數(shù)，因而此處取3支(若計(jì)及樓頂測(cè)試壓力用室外消火栓，見圖4(b)，數(shù)量應(yīng)取4)。室外消火栓沿著圍墻均勻布置，布置如圖4(a)所示。

(a)室外消防栓布置圖 (b)室內(nèi)消防栓布置圖圖4 變電站全站消火栓布置圖

2.4.2 室內(nèi)消火栓

變電站室內(nèi)消火栓一般裝設(shè)于主控樓各層主要出入口旁邊，因此數(shù)量一般是確定的，只需校驗(yàn)單側(cè)消火栓保護(hù)半徑是否可以覆蓋整個(gè)主控樓全域。

室內(nèi)消火栓的保護(hù)半徑可按下式計(jì)算：

R0=k3Ld+Ls

(9)

其中，R0表示消火栓的保護(hù)半徑(m)；K3表示消防水帶彎曲折算折減系數(shù)，根據(jù)消防水帶轉(zhuǎn)彎數(shù)量取0.8～0.9；Ld表示消防水帶長(zhǎng)度(m)；Ls表示水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)度在平面上的投影。

假設(shè)室內(nèi)消火栓的水帶長(zhǎng)度為25 m，K3取0.85，充實(shí)水柱長(zhǎng)度13 m(投影長(zhǎng)度為13×0.707=9.19 m)，可得室內(nèi)消火栓保護(hù)半徑為：

R0=0.85×25+9.19=30.441 (m)

該保護(hù)半徑小于主控樓兩側(cè)安全出口的距離(35 m)，即每層樓都應(yīng)在安全出口旁設(shè)置一個(gè)室內(nèi)消火栓，如圖4(b)所示。

另外，消火栓的栓口壓力越大，反作用力也越大，而室內(nèi)消火栓的操作對(duì)象一般為非消防專業(yè)人員，因此規(guī)定室內(nèi)消火栓栓口壓力也不能大于0.5 MPa。

3 消防水系統(tǒng)錯(cuò)報(bào)、漏報(bào)缺陷分析

現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員對(duì)變電站內(nèi)的消防水系統(tǒng)認(rèn)識(shí)不足，在檢查中發(fā)現(xiàn)，某地區(qū)變電站運(yùn)行人員關(guān)于消防水系統(tǒng)填報(bào)缺陷存在錯(cuò)報(bào)、漏報(bào)情況。針對(duì)一些常見問題，依據(jù)設(shè)計(jì)，對(duì)缺陷故障進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

3.1 錯(cuò)報(bào)缺陷

幾種典型的錯(cuò)報(bào)缺陷及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢查情況如表1所示。

表1 幾種典型的錯(cuò)報(bào)缺陷及現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

通過表1可知，消防水系統(tǒng)的錯(cuò)報(bào)缺陷主要是由于現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)消防水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理認(rèn)識(shí)不足所致。

3.2 漏報(bào)缺陷

專業(yè)人員對(duì)消防水系統(tǒng)進(jìn)行維保時(shí)發(fā)現(xiàn)諸多問題，即運(yùn)行人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備缺陷存在較多漏報(bào)之處，歸納如表2所示。

由表2可知，消防水系統(tǒng)的漏報(bào)缺陷一般并不容易發(fā)現(xiàn)，但這類缺陷往往對(duì)消防水系統(tǒng)運(yùn)行有見微知著的監(jiān)視作用?，F(xiàn)場(chǎng)人員只有對(duì)消防水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求、規(guī)范等細(xì)節(jié)了熟于心，才能更容易地發(fā)現(xiàn)這類缺陷，進(jìn)而才能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行更全面細(xì)致的檢查維護(hù)，使其更好地發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

4 結(jié)論

變電站內(nèi)設(shè)備繁多，火災(zāi)隱患較大，消防水系統(tǒng)能否可靠工作直接關(guān)系到站內(nèi)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行[6]。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)消防系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)存在較大不足。本文通過分析變電站內(nèi)典型消防水系統(tǒng)的組成，給出了消防水系統(tǒng)各部分的設(shè)計(jì)原理，旨在提高現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員對(duì)消防水系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)程度，強(qiáng)化維護(hù)及消缺能力，進(jìn)而為保證變電站內(nèi)各設(shè)備可靠運(yùn)行提供支撐。