【原】±800 kV及以上特高压直流工程换流站消防设计及解决方案

  

换流站是电力运作活动的重要装置，对促进电力运作活动的有效进行，对特高压直流换流站进行合理化的设计和构建，促进电力工程活动良好的进行，为电力行业的可持续发展做保障有着重要作用。

换流站中应包括的主要设备或设施有：换流站阀厅（含高、低端阀厅）、控制楼（含主、辅控楼）、站用电室、继电器室、综合水泵房、消防泵房、取水泵房（或深井泵房）、雨淋阀间（或泡沫消防间）、综合楼、检修备品库、专用品库、车库、警传室等。其他建筑物如户内直流场、GIS室、阀外冷设备间、油泵房、换流变压器组装（或检修）厂房、备用干式平波电抗器室等。

 

GIS室、站用电室、继电器室、综合水泵房、取水泵房（或深井泵房）、雨淋阀间（或泡沫消防间）阀外冷设备间、油泵房、综合楼、检修备品库、专用品库、车库、换流变压器组装(或检修)厂房、备用干式平波电抗器室。

换流站发生火灾的危险性

1. 生命危险：当一座大型的换流站起火后，最先受到威胁的是电站的工作人员，火灾会应发线路的损毁，有可能引发变压器的爆炸，在场的人员就面临着生命危险。

2. 大规模的停电，人们的日常生活用电造成影响，企业生产面临停工，公司日常运作停止.

3. 设备损坏：一座大型的换流站发生火灾如果不及时的将输入电缆和输出电缆及时关闭，还有可能引发上下游的电力枢纽站出现电力设备损坏，严重的有可能形成一场新的火灾，就会像一个多米诺骨牌一样影响整个区域，那样所带来的经济损失数以亿计;

4. 有发生爆炸的可能；

5. 火灾持续时间久，灭火困难。

 
诱发换流站发生火灾隐患原因

1.设计不合理，安装过程中出现问题，在通电后造成火灾隐患；
2.没有按照要求接装设备装置，增加了有电的负荷；
3.日常检修遗漏，未察觉发现线路异常；
4.短路、电弧和火花短路的主要原凼是载流部分绝缘破坏，如：绝缘老化，耐压与机械强度下降，过电压使绝缘击穿，错误操作或将电源投向故障线路，恶劣天气，如大风暴雨造成线路金属连接，短路点与导线连接松动的电气接头出会产生电弧或火花，将附近的可燃材辩、蒸汽和粉尘引燃；
5.接触不良，造成局部过热引发火灾；
6.雷电雷电瞬间放电产生电孤、电火花使建筑物破坏，输电线路或电气设备损坏；
7.静电，在换流站这样的环境中，摩擦静电也是也是诱发火灾的原因之一；
8.人员遗留在厂内的一些易燃物质。

换流站设备繁多、危险点或隐患出现的几率大，而且隐蔽性很强，主要有以下几个方面：
    设备因素：设备因素是导致换流站事故的一个重要原因，换流站作业现场使用不合格不规范的机具，现场使用的机具防护不到位，缺乏危险标识等会对人体及设备直接造成伤害或损害。

电气设备缺少防误闭锁装置，装置的设计、安装不合理或者损坏失效。安全工器具损坏或超过试验周期。

电气设备缺少应有的警示标志，状态位置显示装置不清晰不明确，编号设置不规范易混淆等。

电气设备生产不合格，质量达不到国家安全标准。

管理制度因素：在以往工作中，由于换流站运行管理的失误，导致了许多变电事故的发生，这主要是因为换流站运行管理缺乏科学性、规范性，变电运行管理工作没有贯彻落实好相关规程和各级岗位责任制，各种监督机制、规章制度落实不到位。

人为因素：在换流站运行中，人是最为关键的因素，变电工作人员操作的规范正确与否，直接关系到变电运行的稳定和安全。

±800千伏昭沂直流输电工程沂南换流站突发故障着火

2019年3月13日22时56分，国家电网有限公司±800千伏昭沂直流输电工程沂南换流站极II低端Y/Y-C相换流变压器突发故障着火，3月13日23时50分，明火被扑灭。

国网1000千伏特高压泉城换流站爆燃致1死2伤

2019年11月22日，山东省济南市仁凤镇一换流站发生火灾,先是变压器爆燃，后引起火灾,事故已造成1死两伤，均是电力公司检修人员。

 

  

消防火灾探测解决方案：

参考设计规范：

GB 22134    火灾自动报警系统组件兼容性要求

GB 50016    建筑设计防火规范

GB 50116    火灾自动报警系统设计规范

GB 50140    建筑灭火器配置设计规范

GB 50151    泡沫灭火系统设计规范

GB 50219    水喷雾灭火系统设计规范

GB 50229-2006    火力发电厂与变电站设计防火规范

GB 50338    固定消防炮灭火系统设计规范

GB 50789    ±800kV直流换流站设计规范

GB 50974    消防给水及消火栓系统技术规范

GB/T 4718    火灾报警设备专业术语

GB/T 13498    高压直流输电术语

DL 5027    电力设备典型消防规程

DL 5056     变电站总布置设计技术规程

DL 5218    220kV-750kV变电站设计技术规程

DL/T 5223    高压直流换流站设计技术规定

DL/T 5390-2014    火力发电厂和变电站照明设计技术规定

CECS 187    油浸变压器排油注氮装置设计规程

换流站火灾自动报警系统的探测范围应包括下列场所：

阀厅主、辅控楼：主控制室、培训室、资料室、会议室；站及双极控制保护设备室、极/阀组控制保护设备室；极/阀组阀冷却设备室；站公用蓄电池室、极/阀组蓄电池室；通信设备室；极/阀组380 V配电室等。

1) 就地设备室：就地继电器室；蓄电池室；380 V公用配电室；35 kV及10 kV配电室；户内GIS室、户内直流场等。

 

2) 电缆隧道、电缆竖井、电缆夹层、户内电缆沟、重要功能房间活动地板下的电缆区域。

3) 设有电控屏或柴油消防泵的综合水泵房。

4) 综合楼：会议室、办公室、值班休息室、餐厅、厨房等。

5) 换流变压器组装/检修厂房。

6) 检修备品库、车库等。

换流站火灾自动报警系统的探测范围应包括下列设备：

换流变压器。

油浸式平波电抗器。

7) 单台容量为125 MVA及以上的油浸式变压器。

8) 单台容量为200 Mvar及以上的高压并联电抗器。

1.1.1.1　对于阀厅内火灾探测器的设置，宜符合下列规定：

阀厅内红紫外双鉴式成像感烟复合型火灾探测器（烟雾、火焰、温度）的设置布置宜完全覆盖阀厅面积，阀厅中有火焰产生时，发出的明火或弧光能够至少被 2 个探测器检测到。

阀厅空调进风口处应设置吸气式感烟火灾探测器，启动周边环境背景烟雾浓度参考值设定功能，防止外部烧秸秆等产生的烟雾引起阀厅极早期烟雾探测系统误动。

阀厅内吸气式感烟火灾探测器的管路布置以探测范围覆盖阀厅全部面积为原则， 至少要有2个探测器检测到同一处的烟雾。

1.1.1　消防联动控制

1.1.1.1　换流站不宜设置独立的消防控制室，消防控制室宜与主控制室合并设置。

1.1.1.2　火灾自动报警系统应能实现与风机、空调、消防系统的联动控制。联动设备宜通过总线模块联动，对重要设备还应通过主控制室设置的多线制手动控制盘实现手动控制。

 

1.1.1.3　阀厅火灾自动报警系统与直流控制保护系统的联动控制

阀厅火灾跳闸信号，宜直接接入冗余的两套控制系统，联动闭锁相应阀组。阀厅火灾跳闸回路宜设置压板，方便投退。

闭锁判据应包括极早期烟雾报警和紫外(红外)火焰探测两类报警信号，其联动触发信号应采用两类报警触发装置的最高级别报警信号。

阀厅火灾跳闸逻辑宜符合下列规定：

1) 阀厅内所有吸气式感烟火灾探测器有1个监测到烟雾报警，且同时阀厅内所有红紫外双鉴式成像感烟复合型火灾探测器（烟雾、火焰、温度）中有1个监测到明火或弧光，当上述两个条件同时满足时跳闸。

9) 如果阀厅进风口处吸气式感烟火灾探测器监测到烟雾报警，闭锁跳闸出口，如果这种情况下有2个及以上红紫外双鉴式成像感烟复合型火灾探测器（烟雾、火焰、温度）同时发出报警，仍跳闸。

阀厅火灾探测系统应包括阀厅火灾探测报警系统和消防联动控制系统构成。其中阀厅火灾探测报警系统应包括吸气式烟雾探测系统和红紫外双鉴式成像感烟复合型火灾探测器（烟雾、火焰、温度）。消防联动控制系统应包括通风与空气调节系统联动、灾后机械排烟系统联动及控制保护系统联动。

A.1.1.1　阀厅吸气式烟雾探测器的布置原则

高端阀厅吸气式烟雾探测器应布置在屋架下弦层、巡视走道下、14 m以下层、空调新风口及回风口；低端阀厅吸气式烟雾探测器应布置在屋架下弦层、巡视走道下、空调新风口及回风口；吸气式烟雾探测器采样管总长不宜超过200 m，单管长度不宜超过100 m。探测器每侧单管宜采用“L”形布置，管间距不宜大于5 m。

A.1.1.2　阀厅吸气式烟雾探测器数量：

以轴线尺寸为86.2 m×33.5 m、屋架下弦高度26m的高端阀厅和76.5 m×23.1 m、屋架下弦高度
16.2 m的低端阀厅为例，管间距为5m：

 

高端阀厅屋架层需9台（共计18只管路，能够覆盖90 m宽区域，大于阀厅长度86.2 m），巡视走道下需1台，14 m层需1台，空调新风口和回风口各需1台，共计13台。

低端阀厅屋架层需8台（共计16只管路，能够覆盖80 m宽区域，大于阀厅长度76.5 m），巡视走道下需1台，空调新风口和回风口各需1台，共计11台。

A.1.1　阀厅红紫外双鉴式成像感烟复合型火灾探测器（烟雾、火焰、温度）设计计算：

A.1.1.1　阀厅红紫外双鉴式成像感烟复合型火灾探测器（烟雾、火焰、温度）的选择

阀厅内宜配置点式红紫外双鉴式成像感烟复合型火灾探测器（烟雾、火焰、温度）。

A.1.1.2　阀厅红紫外双鉴式成像感烟复合型火灾探测器（烟雾、火焰、温度）的布置原则

阀厅内红紫外双鉴式成像感烟复合型火灾探测器（烟雾、火焰、温度）可采用单层布置，也可采用多层布置。阀厅内红紫外双鉴式成像感烟复合型火灾探测器（烟雾、火焰、温度）为单层布置时，布置高度宜高于换流阀阀塔顶部且应低于屋架下弦；多层布置时，顶层布置高度宜高于换流阀阀塔顶部且应低于屋架下弦；全部探测器探测范围应覆盖阀厅全部空间，无死角盲区。对于换流阀等重要设备应保证同一位置能同时被2台探测器探测范围覆盖。

A.1.1.3　阀厅红紫外双鉴式成像感烟复合型火灾探测器（烟雾、火焰、温度）数量：

以轴线尺寸为86.2 m×33.5 m、屋架下弦高度26m的高端阀厅和76.5 m×23.1 m、屋架下弦高度
16.2 m的低端阀厅为例，红紫外双鉴式成像感烟复合型火灾探测器（烟雾、火焰、温度）单层布置：

 

高端阀厅长度方向每面侧墙布置6台红紫外双鉴式成像感烟复合型火灾探测器（烟雾、火焰、温度），直流场与控制楼侧山墙中点处各布置1台，共计14台。

低端阀厅与高端阀厅布置方式一致，长度方向每面侧墙布置6台红紫外双鉴式成像感烟复合型火灾探测器（烟雾、火焰、温度），宽度方向每面山墙中点处各布置1台，共计14台。

A.1.2　阀厅火灾报警联动系统设计

阀厅火灾报警系统应与通风及空调系统和控制保护系统联动控制。各火灾探测区域的报警信号既通过消防模块箱向中央火灾报警屏发出报警信号，又接受中央火灾报警屏给出的联动控制指令，主要联动包括：通风空调设备的供电电源的切断与复位、通风空调系统防火阀的关断与复位。同时报警信号经扩展装置发送到控制保护系统，由控制保护系统进行火灾报警逻辑判断，决定是否闭锁换流阀。