水电站防火设计

百龙滩水电站防火设计

来源：

谢敏，郭淑英

摘要：介绍了百龙滩水电站防火设计的依据，以及消防各系统和设施的设计原则、配置参数、设置方式和主要功能等，并探讨水电站防火设计的问题。

关键词：疏散通道；消防水；气体灭火；自动报警；防火设计；百龙滩水电站

中图分类号：TU998.1;TV73 文献标识码：B 文章编号：1001-408X(1999)03-0053-05

1 前言

由于百龙滩水电站距城镇较远，电厂内电气设备多且分散，厂内储存有透平油与绝缘油，引起火灾的机率大，火灾引起的后果严重、损失巨大。因此水电站的防火就尤为重要。本电站防火设计主要依据《水利水电工程设计防火规程》(SDJ278-90)和国家有关规范。

2 厂房建筑物与安全疏散通道设计

根据“预防为主、防消结合”的消防工作方针，将工程消防设计与枢纽布置统筹考虑，在设计上合理布置厂区内的设备和建筑物，在各主要设备之间设置防火墙、防火门，保证防火间距、消防车道和安全疏散通道及出口等，并满足有关规范要求。

2.1 厂房建筑物

主要生产和辅助生产建筑物、构筑物的耐火等级按二级考虑，其中泵房等按三级考虑；附属建筑物、构筑物的耐火等级按三级考虑。上述场所均按规范配置相应的灭火器。

110 kV和220 kV户外式开关站布置在下游右岸平台上，站内的断路器全部采用瓷瓶式SF6断路器。配置的消防设备有：站内工具间配置2台MFT35推车式干粉灭火器和2个MF4型手提式干粉灭火器。开关站出入口设置2个SS100室外消火栓。

3台主变压器均布置在副厂房顶160.10 m高程层，为敞开式布置，防火间距大于10 m。每台主变均设置水喷雾灭火系统。

消防车道利用交通道路，其宽度为5.5 m，上空障碍物距地面净高大于5 m，回车场地面高程为160.10 m，面积为40.00 m×47.25 m。

2.2 安全疏散通道

根据布置需要在厂房115.00 m～145.50 m高程设置6层，各层均有3个疏散口，可通过下游侧左、右两端的楼梯及电梯上至151.50 m高程或直达厂顶160.10 m高程户外地面，还可通过3号机下游的楼梯上至151.50 m高程层。

151.50 m高程层可通过下游侧左、右岸两端的楼梯或电梯上至厂顶160.10 m高程户外地面。

最远工作点距最近楼梯口距离不超过60 m，各层疏散走道净宽在1.5 m以上，疏散门净宽均在1.2 m及其以上，疏散门采用防火门，各疏散口均安装疏散指示标志。

3 消防水系统

消防水系统主要由消火栓灭火系统和主变水喷雾灭火系统组成。

3.1 厂房消火栓

3.1.1 主厂房消火栓的布置

主厂房分115.00 m高程层和120.00 m高程层的消防。

主机间与安装间同在120.0 m高程层，其净尺寸：140.60 m×18.50 m×22.50 m，主要设备有现地主控屏、压油罐、桥机等。按桥机轨顶以下任何部件有2支水枪水柱同时到达的要求，选用8个SG21/65消火栓箱，单列布置在厂房下游边墙内。消火栓箱内配20 m长的水带和ZQ19水枪。

115.00 m高程层净尺寸：105.60 m×18.50 m×5.00 m，主要设备有调速器的回油箱、机械柜、仪表屏、压油罐、中性点接地柜、机旁动力盘等，在下游墙上布置了6个与120.00 m高程层同规格的消火栓箱。

3.1.2 副厂房消火栓的布置

在115.00 m高程层安装间下游副厂房布置2个SG21/65消火栓箱，供低压厂用配电室、消防水泵房和空压机房及楼梯间消防。

145.50 m高程层副厂房布置有空调机房、空调机水泵房、工具间、透平油罐室及油处理室等。在该层下游0+039.00 m侧的边墙上布置6个消火栓箱，在空调机房及空调机水泵房外布置了2个消火栓箱。消火栓箱的型号为SG18/50，箱内配20 m水带和ZQ16水枪。

151.50 m高程层主要为电气房间，在走廊下游侧墙上布置了6个消火栓箱，型号为SG18/50。

在厂房左、右端楼梯间115.00 m、120.00 m高程层各布置1个SG21/65型消火栓箱，在145.50 m、151.50 m高程层各布置1个SG18/50消火栓箱。

3.1.3 其他场所消火栓的布置

绝缘油罐室布置在160.10 m高程层回车场下游侧，布置2个SS100型室外消火栓。

开关站、船闸上闸首各布置SS100型室外消火栓2个。

3.1.4 主变水喷雾灭火

主变采用固定式水喷雾灭火。每台主变选用ZSTG10/14喷头24个，分3层布置。

3.2 消防给水

(1)厂房消防用水量。按主厂房同时使用2个水枪和充实水柱长度确定的消火栓水量为14.7 L/s，所需水压0.44 MPa。由于本电站厂房高度较高，按照《水利水电工程设计防火规程》(SDJ278-90)的规定，其用水量不应小于25 L/s，按火灾延续时间2 h计算，厂房消防用水量为180 m3。

(2)主变压器消防用水量。主变消防喷雾强度20 L/(min*m2)，水量为40 L/s，火灾延续时间20 min，用水量48 m3，喷头处水压为0.35 MPa。

(3)给水设施(水源)。厂房消防水源主要取自电站右岸195.00 m高程生活、消防水池，水池消防有效容积为180 m3，可满足消防水量和水压要求。

由于主变布置在160.10 m高程，且喷头处需水压较高。为满足变压器消防要求，因此在安装间下115.00 m高程消防水泵房内布置了2台200S-95A型消防水泵，直接从上游水库取水，供主变消防，2个取水口的高程分别为118.00 m高程和120.00 m高程，合用1条取水管。2台水泵互为备用。水泵参数：流量86 L/s～55 L/s，扬程80 m～94 m，电动机功率110 kW。

4 事故排烟和通风空调系统的防火设计

4.1 事故排烟系统的防火设计

本电站厂房事故排烟设施与正常排风系统相结合，设置有94.10 m、110.00 m、115.00 m、120.00 m、131.20 m、136.80 m、145.50 m和151.50 m高程层送排风系统，以及透平油罐室、油处理室、蓄电池室、电缆间、电缆廊道和电缆竖井等送排风系统，其中透平油罐室、油处理室采用防爆离心风机排风兼事故排烟。各送排风系统的风机均与对应的防火阀连锁。

在厂房下游侧左、右端楼梯间和电梯间前室各设正压送风系统，每层设消防送风口，所有消防送风口均与送风机连锁，当火灾发生时，可通过消防送风口上的报警按钮和继电保护屏室的消防控制屏上按钮实现现地和远方控制，同时启动送风机进行正压送风。

4.2 通风空调系统的防火设计

通风空调系统设置有主厂房空调送风系统和副厂房151.50 m高程层空调系统，当火灾发生时，可通过现地设备上的停机按钮实现现地控制停机，其中151.50 m高程层空调系统与送回风口上的防火阀实现连锁停机，还与气体自动灭火系统连动，实现自动停机。

5 气体自动灭火系统

由于电站设置计算机监控系统及采用无人值班(少人值守)的运行方式，为了减少火灾危害，保护电站设备安全，电站采用了气体自动灭火系统。

5.1 气体灭火剂的选择

目前，国内气体自动灭火系统主要是采用卤代烷1301气体和CO2气体，特别是卤代烷1301的优越灭火性能得到了充分的肯定和实践的认证。但上述两种气体介质都不同程度地对人类的环境造成损害，因此，1987年9月11日联合国环境计划署颁布了关于使臭氧层逐渐受损物质的蒙特利尔协议，规定在2005年前完全淘汰卤代烷1301气体灭火剂。同时1997年底在日本召开的国际环保会议上各国代表又针对造成全球温室效应的CO2进行了严肃的讨论。鉴于上述情况本电站选择了FM-200洁净灭火气体，主要考虑的因素如下：

(1)该气体灭火剂洁净的特性。

①环保的特性：不破坏大气臭氧层、大气存留期短；

②人身安全性，可以应用于有人工作的保护区；

③不导电，可以带电操作灭火；

④无腐蚀性，灭火后不损害被保护的设备或财产；

⑤无(低)毒性，灭火剂本身不具毒性，灭火过程遇热产生的分解物的毒性浓度不至于影响生命安全；

⑥系统内部压力小(2.50 MPa)，管网系统安装方便；

⑦自挥发性，灭火后不留残余物，便于灭火善后工作。

(2)应用的成本。国内权威的气体灭火剂科研机构“浙江化工研究所”已于1997年完成了国产化的工作，随着工业化的发展其造价必定低于卤代烷1301灭火剂的水平。

(3)设备灭火介质的先进性和可靠性。系统设备经过严格的测试和应用实践的证明，设备生产企业通过国际权威质量认证机构的质量体系审核，产品获国家FM和UL认证，并具有国家消防检测中心的检验合格证。

5.2 系统组成形式和设置

FM200洁净气体自动灭火系统由气体管网系统和灭火控制系统两部分组成。

气体管网系统主要用于将灭火剂有效地释放在保护区域内，由气瓶、瓶头阀、压力表、称量计、防爆防泄漏膜、止逆阀、管接件、镀锌无缝钢管、喷头等组成。

灭火控制系统主要用于自动探测和控制气体管网系统，由智能探测器、手动释放按钮、系统暂停开关、监视模块、控制模块、释放模块、气瓶启动模块、警铃、疏散灯等组成。

根据电站的布置，在中控室、继电保护屏室、载波通讯室、数字程控交换机室4个房间设置FM-200洁净气体自动灭火系统，按固定的封闭空间划分为4个防护区。对4个防护区采用独立单元灭火系统，均按全淹没系统设置。

5.3 系统主要设计参数

(1)环境温度：管网设计计算的环境温度采用20 ℃；

(2)储存压力：2.50 MPa(表压)；

(3)充装密度：不大于1 150 kg/m3，通过计算确定；

(4)FM-200洁净气体的喷射时间：不大于10 s；

(5)灭火设计浓度为7%；

(6)管网流体计算符合：

①喷嘴的设计流量相等；

②管网设计为均衡系统；

③管网内灭火剂百分比不应大于80%。

(7)储存钢瓶：

①容积：230 L和406 L两种；

②工作压力：2.50 MPa；

③数量：7瓶；

④FM-200洁净气体灭火剂充装量：1 962 kg。

(8)管道及其附件：主要有操纵管、连接管和总管，均为镀锌无缝钢管及不锈钢加工件；

(9)喷嘴：能使灭火剂以雾状向指定的方向喷出。喷嘴为360°型，数量28套；

(10)气体自动灭火控制器：达到UL/FM认可核准的标准，输出电气讯号引动启动器进而顺利的释放出灭火剂。备有24 h的备用电源，并拥有手动释放灭火剂的功能。本电站设置1套。

5.4 操作和控制

(1)自动灭火控制器既能利用本系统的探测器，也能与火灾自动报警控制器安全可靠地配合(即当火灾报警控制器分别送来防护区内两种不同类型探测器动作的信号，通过输入输出接口模块引入自动灭火控制器)，实现防护区的火灾自动报警。

(2)灭火设施的供电符合有关规范的规定。

(3)有自动控制、手动控制两种启动方式。

(4)手动控制装置设在防护区外便于操作的地方；自动控制在接到2个独立的火灾信号后启动。

5.5 安全

(1)防护区有足够的通道和出口，以便人员能在30 s内安全疏散。

(2)疏散通道及出口处，设置有事故照明和疏散指示标志。

(3)防护区内设有音响报警装置，以便通知哪些区域的人员应撤离现场，并告知要释放灭火剂。

(4)防护区内设有向外开启的自动关闭门，以便内部人员的撤离。

(5)防护区内及其出、入口处，设有指示牌，说明注意事项。施放灭火剂后，出、入口处有显示。

(6)灭火后的防护区能通风换气。

(7)防护区内的消防保卫人员及检修操作人员应经过培训，熟悉灭火设施的性能和操作方法，按操作规程，正确操作和使用。

(8)本电站建立有义务消防队，并配置2套氧气呼吸器，消防员具有基本救人的技能。

6 消防电气的防火设计

6.1 消防电源

本电站消防用电源设备主要有消防水泵、电梯和消防正压风机等。这些设备均按Ⅰ类负荷考虑，分别从不同的厂用母线采用独立的双回路供电，并在末级配电箱处设置自动切换装置，以保证发生火灾时消防用电设备能正常运行。火灾自动报警装置和气体自动灭火装置用电也均

按Ⅰ类负荷考虑，从厂用母线采用专线供电。

6.2 火灾事故照明和疏散指示标志

为了保证发生火灾时运行人员安全疏散，厂内主要疏散通道、安全出口和楼梯间均设置事故照明。平时事故照明采用交流供电，一旦交流电源消失，自动装置将迅速把事故照明切换到直流电源。事故照明最低照度不低于0.5 lx。所有的安全出口均设置疏散指示标志，疏散指示标志采用应急灯，应急时间为1 h。

6.3 电缆防火设计

全厂电缆比较集中的地方主要有：115.00 m高程电缆廊道、145.50 m电缆层和下游副厂房的3个电缆竖井。所有动力电缆、控制电缆分别选用交联聚乙烯绝缘或聚氯乙烯绝缘电缆，火灾自动报警系统和气体自动灭火系统电缆则选用阻燃屏蔽电缆。

动力电缆、控制电缆一律采用分层排列敷设，电缆桥架层间装设耐火隔板，耐火隔板耐火极限大于0.5 h。

电缆廊道和电缆层分别按机组段和设备房间进行分隔，设置防火墙或防火段，每个机组段长35 m，电缆室最大面积为180 m2，均满足规范的防火分隔要求。电缆通过防火墙和进出开关柜、配电屏、励磁屏、计算机单元控制屏和继电保护屏等处的孔洞，一律采用速固耐火堵料和柔性耐火堵料封堵。防火墙和阻火段两侧各1 m及屏下1 m的电缆区段，刷防火涂料防止串火。厂房至开关站的电缆沟每100 m设1个防火分隔，分隔处亦采用速固耐火堵料和柔性耐火堵料封堵。

每2台机设置1个电缆竖井。电缆竖井的上、下端，采用速固耐火堵料和柔性耐火堵料封堵，竖井内的电缆全线刷防火涂料。

所有的电缆室、电缆竖井和电缆廊道均设置火灾自动报警装置，并在出入口附近设置MF2和MF4型手提式干粉灭火器。

6.4 火灾自动报警系统设计

6.4.1 系统的形式及设备布置

电站的火灾自动报警系统选用简化的控制中心报警系统。在中控室装设1套消防计算机监视系统，在继电保护屏室装设1面集中火灾自动报警控制柜和1面消防控制屏。在报警区域现场不设区域报警控制器。

6.4.2 设备的选择和设置

本电站火灾自动报警系统的设备选择与设置如下：

智能光电感烟探测器的设置部件：中控室、继电保护屏室、数字程控电话交换机室、载波机室、蓄电池室、电气试验室、水情测报室、电梯井、母线风机房、电缆廊道、电缆竖井、烘箱室及其小间、油处理室、各电缆间等。

普通光电感烟控测器通过寻址中继器配合设置于电缆间、空调水泵房等。

智能定温探测器的设置部位：中控室、继电保护屏室、数字程控电话交换机室、载波机室、烘箱室等。

光电分离式感烟探测器的设置部位：透平油罐室、绝缘油库。

手动报警器的设置部位：115.00 m层、120.00 m层、145.50 m层及151.50 m层各楼梯间。

线型感温探测器设置在主变压器场所和115.00 m层板下，通过与普通探测器寻址中继器配合实现对主变和电缆的火灾探测。

利用主变压器内配置主变温控器的开关量接点，通过与联动设备用中继器配合实现对主变的火灾探测。

消防端子箱设置在相应高程的电缆竖井内。

所有电缆选用阻燃屏蔽电缆。

6.4.3 主要功能

(1)以探测器为单位分别采集、传输、显示、记录其设置环境的参数，进行自我诊断，并实现预报警、报警、联动三级报警与控制；

(2)具备各种自检功能和定期自动试验功能；

(3)具备语音合成报警功能；

(4)具备消防电话功能；

(5)在火情发生并经过确认后，通过面板上设置的按钮和机内预置的程序，可由电站值班人员手动或程序自动，对发生火情部位的灭火设备进行相应的控制。当采用程序自动控制方式时，有不小于30 s可调的延时，延时期间，可进行人工干预、中断控制指令的输出；

(6)火灾自动报警系统设置电源和备用电源，主电源采用消防电源，直接由厂用电采用阻燃电缆专线供电；备用电源采用报警控制器柜内的专用DC 24 V、6 Ah的免维护蓄电池。当主电源消失时，备用电源自动投入工作，可警戒时间不小于24 h；当主电源恢复时，备用电源自动退出工作，同时充电器自动对蓄电池进行充电，直至浮充状态。在火灾自动报警控制柜内另设一套整流充电器及一组DC 24 V、30 Ah蓄电池，用于防火阀等设备的操作电源；

(7)火灾自动报警系统能通过联动设备中继器与4个防护区的气体自动灭火控制系统联动，当任一防护区内的任一探测器动作时由该报警系统通过联动设备中继器启动该防护区的灭火控制系统报警；当任一防护区内的第二探测器动作时由该报警系统通过联动设备中继器启动该防护区的灭火控制系统灭火，经延时后释放灭火气体。

6.4.4 消防计算机监视系统

该系统设置在水电站中控室，由电站值班人员负责监视和操作。主要功能如下：

(1)消防计算机监视系统通过标准计算机串口与火灾自动报警系统通讯，在彩色CRT上显示建筑平面图、立面图、消防设备分布图、火灾及故障发生部位等信息。

(2)根据电站值班人员的指令及火灾信号，手动或自动显示出火灾部位的平面布置图，并在平面布置图上指示出动作的设备，以及设备的种类、编号，给出各种火灾事故相应的处理提示，存储并打印火灾事故信息及自动报警和控制系统自检信息等。

(3)采用菜单操作方式，人机界面良好。

(4)可运行绘图软件，值班人员根据需要修改和增加画面。

(5)主机采用PⅡ系列，主频336 Hz以上，内存64 M，硬盘4 GB，Sony50.8 cm彩色CRT(分辨率大于或等于1 024×768)，打印机采用HP彩喷，带MODEM(56kbps)并通过电话线实现远程监视和维护。

7 水电站防火设计几个值得探讨的问题

(1)随着技术与经济的发展，《水利水电设计防火规程》(SDJ278-90)有不少地方需要完善与修订，如：

①水电站的附属建筑物升船机和船闸的防火设计无具体规定；

②水电站消防车的使用范围；

③高层副厂房的定义；

④水轮发电机采用何种灭火介质的固定式灭火装置?如果水轮发电机在设计中已考虑防火，并采用难燃或不燃材料制造，是否还需设置固定式灭火装置?

⑤采用阻燃电缆是否还需要采用耐火隔板等防火措施?

⑥应更改规范中采用卤代烷与CO2灭火装置以及灭火器的规定；

⑦绝缘油和透平油系统的电气设备与布线是否均按防爆设计?

⑧增加“无人值班(少人值守)”水电站的防火设计规定等。