变电站防火系统设计探讨

文/王伟敏 陈群静 俞书献

0 引言

随着国民经济的快速发展，电力系统的安全可靠稳定运行已经是经济社会建设和电力工业生产的重要技术保障。变电站系统是一个电力系统中负责变换电压、接受和合理分配使用电能、控制使用电力的运动流向和随时调整电压的基本电力设施，主要包括电力变压器、断路器、隔离器和开关等设备及电气设施。这些供电设施在正常运行中发生火灾危险性较大，造成的经济损失巨大，对供电系统保障的安全影响也很大。因此，对电力变电站的安全防火保护系统结构设计进行研究十分必要。

1 变电站火灾原因及预防措施

1.1 变压器的火灾原因及预防措施

1.1.1 变压器火灾原因

变压器的内部含有绝缘材料和易燃的气体绝缘油，一旦遇到严重条件过载、短路就会受到大量高温和惰性电弧线的作用而被分解和燃烧，分解和燃烧过程产生的大量易燃气体喷油会直接使内部绝缘压力急剧增大，有可能造成机器外壳破裂爆炸事故风险；而爆炸会引起大量气体喷油，直接使爆炸事故进一步扩大，造成恶劣影响。在实际使用工况下，运行中的电力变压器系统发生此类火灾的原因主要有:

（1）变压器的绝缘出现损坏。变压器的线圈绝缘老化、铁芯绝缘出现老化损坏，或维修不慎导致变压器的绝缘被破坏。

（2）变压器内部部件接触不良。运行中的变压器会遇到冲击负载产生震动引起的螺栓松动、焊接不牢、分接开关触头损坏，这些原因造成变压器接触不良产生局部过热，破坏变压器内部绝缘，绝缘油加速分解产生大量的气体，内部压力突增。

（3）过电压。变电站的变压器内部电流都是从架空线路引过来的，这些架空线路会给变压器引来雷击，过电压会击穿变压器内部的绝缘，从而引起火灾烧毁变压器。

（4）负载短路。当变压器的负载侧出现短路故障，变压器承受巨大的短路电流，如果此时保护系统失灵或者调整的整定值过大，都有可能引起火灾烧毁变压器。

（5）变压器由外界火源引燃。变压器周围堆放的可燃物燃烧后，引燃变压器或变压器室而使变压器起火。

1.1.2 变压器火灾预防措施

针对变压器可能引起火灾的原因，应做到以下预防措施：

（1）总油量超过100kg的室内油浸变压器，需要设置单独的变压器室；

（2）室内单台变压器总油量为100kg以上的电气设备，应在室内设置具有完全贮油或挡油的设施；

（3）室内油浸式变压器应该采用一级耐火等级建筑，建筑出入口门的材料应该设计为非燃烧体或者是难燃烧体；

（4）变压器的运行环境应该通风良好，并且配备机械排风设备；

（5）室内变压器周围不允许存放其他物品，周围环境保持干净整洁无积水。

1.2 油断路器的火灾原因及防范措施

1.2.1 油断路器的火灾原因

油断路器开关是一种由绝缘油材料作为电源开断故障的，具有灭弧静电介质的可靠开关设备，用来快速切断和停止接通短路电源，而且在电流短路时使用能够迅速准确切断有源电流的可靠开关设备。运行过程中的油断路器可能发生重大火灾的原因主要有：

（1）油断路器外部套管污秽受潮，在油断路器长期运行下，这些污秽将造成对地闪络、相与相之间的闪络以及油断路器内部的闪络。

（2）油断路器在分闸动作的过程中，分闸动作过于缓慢或者遮断容量不足，当油断路器不能有效地切断、遮断电流，将导致开关断路器发生燃烧甚至爆炸。

（3）油断路器触点至油面的油层过低、油箱内油面过高、油的绝缘强度劣化、操作机构调整不当、遮断容量小等原因会影响油断路器的正常运行而发生火灾。

（4）其他原因。油断路器绝缘套管与油箱盖、油箱盖与绝缘油箱体之间密封不严时；油箱套管进水受潮或绝缘油箱不洁；绝缘套管有一些机械性的损伤都很有可能会造成对地套管短路等。

1.2.2 油断路器火灾预防措施

（1）油断路器运行时应经常检查油面高度，油面必须严格控制在油位指示器范围之内。发现漏油、渗油或有不正常声音时，应立即降低负载或停电检修，严禁强行送电。

（2）油断路器投入运行前，还应检查绝缘套管和油箱盖的密封性能，以防油箱进水受潮造成断路器爆炸燃烧。

（3）断路器与电气回路的连接要紧密，并可用试温蜡片观察温度。触头损坏应调换。检修完毕应进行绝缘测试，并由专人负责清点工具，防止工具掉入油箱内导致短路发生事故。

（4）断路器在安装前应严格检查。断路器的遮断容量应大于装设该断路器回路的容量。检修时应进行操作试验，保证机件灵活可靠，并且调整好三相动作的同期性。

1.3 电缆火灾原因及预防措施

1.3.1 电缆火灾原因

电缆对变电站的安全运行起着重要作用，但是电缆易燃，燃烧后延伸事故将造成恶劣影响。变电站电缆发生火灾的原因主要有:

（1）电缆本身引起的绝缘故障。电缆终端加工

制作导致电缆质量不良、电缆长期运行导致电缆绝缘老化、在运行工况下电路的电流冲击破坏电缆的绝缘、电缆本体受到机械外力作用破坏电缆的绝缘、敷设过程恶劣环境引起电缆的绝缘水平下降。

（2）电缆外界因素引起绝缘故障。由于电气焊或切割的起火、焊接电缆时熔渣引发起火、故障引燃电缆、电气设备内部发生起火。

1.3.2 电缆火灾预防措施

（1）采取能够有效率地防止竖井电缆接头发生重大火灾之后继续横向蔓延的各种防火分隔阻燃或者部分隔离的防火阻燃措施，防止电缆着火，并且令其在着火后无法延燃；

（2）在沿电缆路径或易燃区段采用安装阻燃防火控制电缆的夹层槽盒或阻燃防火电缆的夹层隔板盒以进行分隔，对沿电缆路径或易燃区段进行有效的防堵消防；

（3）组成电缆的材料中尽量使用不可燃物质，采用隔离冷却部件使得电缆燃烧部位与氧气隔绝，减少传导、遮断热传导，使电缆本身难燃化。

1.4 引起变电站火灾其他原因

变电站除了以上提到的变压器、油断路器、电缆引起的火灾故障以外，隔离开关、开关柜、避雷器、二次设备等设备，在内、外部因素作用下都有可能引起火灾爆炸。

2 变电站的防火设计要求

鉴于变电站的安全运行对国民经济建设和工业发展具有举足轻重的作用，其变电站的防火设计更应该做到严密、经济合理。在变电站的防火设计中，除严格执行《火力发电厂与变电站设计防火规范》(GB50 229－2006)外，还应严格符合《建筑设计防火规范》(GB50016－2014、GB50016－2018)以及《变电站总布置设计技术规范》(DL/T5056－2007)等有关防火设计标准和建筑防火规范的要求。本文结合对消防给水及消防设施设计与应急照明设计进一步讨论。

2.1 变电站消防给水及消防设施设计要求

变电站消防给水及设施设计应满足以下要求：

(1)消防给水系统。变电站的消防规划和给水系统设计，应同时设计与消防相结合给水系统，消防的水源应有可靠的保证；对变电站同一时间内发生的火灾，消防给水次数应按一次确定；变电站消防水泵接合器和室外消火栓之间应有一个永久性的明显消防给水标志。

(2)灭火系统。单台变压器容量范围为125MW及以上的主变压器应同时设置水喷雾灭火控制系统、合成型泡沫喷雾灭火系统或其他固定式的灭火控制装置。其他电气设备应该采用固定式干粉灭火器，油浸变压器，固定式灭火控制系统。

(3)安全火灾自动报警系统。变电站运行过程中，以下工作场所和变电站设备应采用安全火灾自动报警系统:主控通信室、配电装置室、电容器室、继电器室、地下变电站、无人值班的变电站。

2.2 变电站应急照明设计要求

变电站的应急照明设计应满足以下要求：

(1)户内变电站和户外变电站的消防主控线路通信维护管理室、配电装置维护管理室、消防水泵房和建筑疏散应急通道等，应及时设置应急照明。

(2)地下变电站的主控室和通信维护管理室、配电装置维护管理室、变压器室、继电器室、消防水泵房、建筑物的疏散通道和楼梯间等，应安装设置安全应急照明。

(3)地下变电站的安全疏散入口通道和出口处，应同时设置安全发光疏散指示灯等安全标志。

(4) 在房屋墙面或建筑顶棚上，应安装设置具有应急报警装置的专用照明灯。

3 结论

本文围绕变电站内各类电气设备可能发生火灾的原因进行探讨，并按照变电站防火要求进行设计分析。不论是外因还是内因，引起变电站火灾都将造成不可估量的损失。因此，我们应该严格按照国家规定要求，对变电站进行防火设计，做好变电站内防火工作，遏制火灾的发生，保证变电站的安全运行。