(昆明供电设计院有限责任公司云南昆明650011)
摘要：随着我国现代化社会经济的飞速发展，城市的建设突飞猛进，城市用地的合理规划及景观美化需求日益增高，地下变电站这个新型的模式在众多城市中也脱颖而出。然而地下变电站的消防系统设计也成为整个工程的重中之重，科学合理的设计可以有效地指导地下变电站进行防火、灭火工作。而怎样做好变电站的消防系统设计，针对这一问题，本文以安徽某半地下变电站作为案例展开研究，结合实务就地下变电站的消防设计进行浅析，希望能通过本文的浅析，为云南地区地下变电站的消防设计和建设起到微弱和有益推动，进一步促进我省电力系统的发展和建设。
关键词：地下变电站；消防系统设计；技术优化
通常来说，现在我国一些地区的220千伏地下变电站采用的是绝大部分电气设备设和其他辅助房间置于地下，主变压器室设置于地上的模式。这就导致，一旦发生变压器失火，要进行火灾的扑救存在多方面的困难，这就需要地下变电站的消防设计方案在前期尽量做到完善，争取在火灾发展的初期就将火势进行控制和消灭，尽量避免人员的伤亡，减少财产的损失。
1、火灾火源分析
220千地下变电站的主要房间包括三个部分：1)含油设备房间：主变压器室、高压电容器室、断路器室；2）无油设备房间：主控制室、GIS室、10kV配电装置室等；3）生产辅助房间：水泵房、风机房及其他。
220千伏主变压器为可燃油浸变压器，当发生故障产生电弧时，将变压器内部的绝缘油迅速发生热分解，析出氢气、甲烷、乙炔等可燃气体，压力骤增，造成外壳爆裂而大面积喷油，或者析出的可燃气体与空气形成爆炸性混合物，在电弧或火花的作用下极易引起燃烧和爆炸，变压器爆炸后，火灾将随高温变压器油的流淌而蔓延，造成更大的火灾。
其他无油设备房间的火灾主要为电缆短路造成局部的瞬间高热，达到设备物质的燃点后引起的燃烧，同时也存在运行人员的生活用火不慎引起的火灾。
2、消防系统的设计
2.1消火栓系统
220千伏地下变电站设置室外、室内消火栓系统。变电站的消防水源分别从站外两根市政给水管网的支管上进行引接，并在站内室外产地上形成环状消防给水管网，同时在环管上设置相应的室外消火栓供火灾取水使用。地下变电站的主体建筑设置临时高压室内消火栓系统，在系统最高点设置消防水箱及稳压设备，满足最不利点室内消火栓的水压要求。地下一层设置消防水泵房，泵房内设置2台室内消火栓泵，水泵采用自灌式吸水方式，水泵一用一备。
在站内场地上设置一个消防水池，该水池满足室内消火栓系统在相应的火灾延时时间内的用水量要求。
2.2主变中压细水雾灭火系统
地上主变压器室内设置固定中压细水雾灭火系统，主要的灭火机理为表面冷却、窒息、阻隔热辐射和浸湿作用。保护部位包括变压器侧面、顶部、油枕及油坑，为局部应用式系统。由于细水雾灭火系统对水质要求较高，在负一层的水泵房中设置一个专门针对该系统的不绣钢消防水箱，满足持续灭火时间内的细水雾用水量，在水箱进水管上设置水体过滤器，保证水箱内水质的稳定。同时，在主变压器室内设置火灾自动报警系统，当火灾探测器动作，报警控制器得到报警信号，向消防控制中心发出灭火指令，在得到消防控制中心灭火的指令和启动信息后，联动关闭防火阀、通风等影响系统灭火的开口，并启动控制阀组和高压细水雾泵组，向系统管网供水，喷头喷出细水雾，实施灭火。同时，变压器对应的总事故油池容量按最大一台变压器油量的100%确定，事故油坑设置卵石，将变压器主体和排出的油体进行隔绝分离。
2.3七氟丙烷气体灭火系统
高压电容器室、断路器室均为含油设备房间，在此两个房间内设置七氟丙烷气体灭火系统，着重对其进行防火、灭火设置。七氟丙烷是一种无色无味、不导电的气体，其密度大约是空气的6倍，在一定压力下呈液态储存，为洁净药剂，释放后不含有粒子或油状的残余物，不会污染保护的设备。针对这两个电气房间采用全淹没组合分配式的管网灭火系统，灭火剂按最大一个防护区来确定，当火灾自动报警系统中的探测器动作后，向消防控制中心发出灭火指令，在得到消防控制中心灭火指令和启动信息后，控制选择阀、容器阀等构件，在规定的时间内定向向防护区喷射一定浓度的气体灭火剂，使其均匀地充满整个防护区，从而达到窒息灭火的效果。
2.4移动消防器材
对可能带电的电气设备应使用干粉、二氧化碳、六氟丙烷等灭火器灭火；对油断路器、变压器在切断电源后可使用干粉、六氟丙烷等灭火器灭火，不能扑火时再用泡沫灭火器灭火，不得已时可用干砂灭火；地面上的绝缘油着火，应用干砂灭火。根据地下变电站不同房间的功能要求，将其按照严重危险级、中危险级、轻危险级来进行划分，并按照相应的保护面积来配置灭火器，此地下变电站全站采用磷酸铵盐干粉灭火器，并配置一定数量的消防砂桶和消防铲、消防斧。移动消防器材不得损坏、挪用或者擅自拆除。
3、消防排水系统
3.1主变排油排水系统
主变压器室采用中压细水雾灭火系统，事故油池容量不单要考虑最大一台主变100%的油量，还需要考虑中压细水雾在工作喷射时产生的消防用水量，即事故油池容量=最大一台主变100%油量+消防用水用量。当主变发生火灾时，主变主动排油，将油体和中压细水雾的消防用水排至主变下面的事故油坑，用无缝不锈钢管将油体和水体引接至室外事故排油系统，排油系统设置带水封的排水检查井，最终将油体和水体排至事站内故油池中，油体和水体在事故油池中自身进行物理油水分离，将多余的水体继续排至站内排水系统，事故油池中最终剩下的油体，由运行人员用潜水排污泵抽走，排放到环保机构指定的排放点。
3.2室内消火栓排水系统
此地下变电站在建筑每层的走廊内均设置有室内消火栓，当发生火灾的时运行人员可使用走廊内的消火栓用于灭火，帮助人员及时逃生。由于是地下变电站，若使用了消火栓后就会产生大量的水体，此部分水体若不及时排至室外则会发生水体浸入其他配电房间造成设备短路和导电等危险情况。因此该地下变电站在每层走廊尽头均设置了集水坑，室内地坪采用找坡和浅盲沟结合的工艺，将室内的积水至排水坑，同时在排水坑内设置了排污潜水泵，设置最高自动启泵水位
和最低自动停泵水位，用于及时排走坑中的积水，避免室内积水的可能性。
4、消防技术的优化建议
本工程主变压器采用的是中压细水雾灭火系统，系统的水箱放置于地下一层泵房内，中压细水雾系统工作压力为3.5MPa，喷头的设计流量q=K√(10P)计算出单个喷头的设计流量，再根据公式V=Q*t的系统水箱的有效储水容积，计算得出中压细水雾的水箱有效容积约为10m3左右，再加上需配置2台中压细水雾泵和一套独立的中压细水雾系统稳压设备，这就导致整个主变中压细水雾设备的占地面积较大，管网系统也较负责。而近年来，在电力工程中，相比中压细水雾更加节用地的整体组合式高压细水雾系统得到了较多发达地区的推荐和应用，相比该工程中分体布置的中压细水雾系统，整体组合式的高压细水雾成套系统占地面积小较小，由于将水箱，高压细水雾泵、稳压设备全部设置为一套整体，避免了较为复杂的管网设计和较大的占地面积，从而可以减少负一层水泵房的建设面积和土建整体工程量。在变压器灭火效果上相比较，高压系统相比中压系统的冷却和穿透能力更强，更适合扑救深位火灾。
参考文献:
【1】DL/T5216-200535kV-220kV城市地下变电站设计规定【S】
【2】DL5027-2015电力设备典型消防规程【S】
【3】GB50898-2013细水雾灭火系统技术规范【S】
【4】GB50974-2014消防给水及消火栓系统技术规范【S】
【5】GB50370-2005气体灭火系统设计规范【S】
【6】高晓华，朱亚平.220kV地下变电站消防技术优化研究.华东电力，2011,39（8）:1324-1326
【7】袁晓明，朱亚平.地下变电站给排水设计优化措施.华东电力，2014,42（3）：0577-0580
【8】魏晟晟.世界最大地下变电站探密.国家电网，2009年5月：78-79
作者简介：
余文婕（1983-），女，汉族，云南昆明，双本科，工程师。主要从事变电站给水排水专业及消防专业设计工作。