500kv变电站给排水系统设计特点及优化探讨

0引言

变电站给排水作为变电站重要部分,对变电站的运行有着重要的影响。500 kv变电站给排水系统一般分为给水系统、排水系统和消防系统。本文针对变电站给排水及消防设计的实际情况逐一进行了深入分析及探讨,可以为合理设计变电站并保障其节能运行贡献一份力量。

1 变电站的给排水设计特点

1.1 给水系统

对变电站而言,给水一般为生活水系统。生活水多为市政供应,少数打井供应。打井取水出水水质需满足规范GB5749—2006《生活饮用水卫生标准》要求,若水质达不到相应标准,则还需设置净水设备。无论是市政供应还是打井供水,均需取得相关部门取水协议。根据市政供水水压,供水量可分直接供给或设置二次加压装置两种形式统计。二次加压装置一般布置在综合水泵房内,由生活水箱、一套带气压罐的全自动恒压变频给水设备及紫外线消毒装置组成。站外自来水来水补充并贮存在生活水箱内,给水机组自生活水箱取水,由水泵加压,经过紫外线消毒装置消毒后通过管道送至各用水点。机组变频调节,当生活水流量为零或很小时,变频泵自动停泵,靠气压罐来维持供水管网压力或少量供水。给水管上设水表,用于计量全站生活用水量。生活用水量计算示例如表1所示。

表1某500 kv变电站综合生活用水量表

1.2雨水系统

变电站雨水系统一般采用有组织排放方式,通过雨水口、雨水管道、雨水井等收集站内雨水。根据周边市政雨水管网情况,可采用重力 自流方式或雨水泵站强排汇入就近雨水管网。若附近无市政管网,可汇入就近河道并获取相关部门排放协议。若地区有要求设置海绵城市,则需根据海绵城市规范,按照年径流总量控制率,设置相关海绵措施及设施,如设置透水铺装、下沉式绿地、雨水调蓄池等。

1.3污水系统

变电站内人员较少,污水量也较少,根据周边市政污水管网情况,可采用重力 自流方式或污水泵站强排汇入就近污水管网并获取相关部门排放协议。若附近无市政管网,也可采用一体化污水处理设备,处理后的达标水可回用于绿化;或者采用化粪池,定期清掏。对于配置厨房、备餐间等建筑物,则需设置隔油池。

1.4 事故油系统

变电站内电气设备众多,大多为带油设备,如变压器、电容电抗、GIS装置等。为防止事故时火灾蔓延,变压器之间、电容电抗之间各 自设置防火墙隔离,设备下方设置油坑,油坑上方设置格栅及鹅卵石。事故油通过水封井、事故油管道及水井排放至总事故油池。油池设置油水分离装置,变压器油回收利用。根据GB 50229—2019《火力发电厂与变电站设计防火标准》(以下简称 《火规》):“户外单台油量为1 000 kg以上的电气设备,应设置贮油或挡油设施,其容积宜按设备油量的20%设计,并能将事故油排至总事故油池。贮油或挡油设施应大于设备外廓每边各1 m。总事故油池有效容积按照最大一台设备的100%油量考虑。”^[1]相较于GB50229—2006,总事故油池的有效容积由按照最大一台设备的60%油量考虑变更为按照100%油量设计,因此,较早之前运行的这些变电站在改建和扩建时,需考虑改造事故油池,使其有效容积满足最大一台变压器100%油量的要求。

1.5 绿化水系统

绿化水管可从生活给水管网上引接,引接处设置倒流防止器,也可采用污水处理设备回收处理后的达标水。

2 变电站的消防设计特点

变电站的消防设计考虑站区各类火灾的防止和扑灭,立足自救。根据“预防为主,防消结合”的消防工作方针,在设计中严格执行国家有关防火规范和标准,优先采用防火材料,在加强火灾监测报警的基础上,对重要设备采用相应的消防措施。变电站消防一般分常规水消防系统、水喷雾系统、气体灭火系统及灭火器系统,较早之前的变电站主变消防还采用泡沫喷雾灭火系统。

2.1 常规水消防系统

根据《火规》要求:“变电站内建筑物满足耐火等级不低于二级,体积不超过3 000 m3,且火灾危险等级为戊类时,可不设消防给水。”^[1]

500 kV变电站的建筑物一般为配电装置楼、主控通信楼、传达室等,最大建筑体积一般均超过3000m3,消防系统一般采用独立的稳高压给水系统。稳高压系统由消防水池、消防水泵、消防稳压装置、屋顶水箱、输配水管网、水喷雾灭火系统以及室内外消火栓组成。消防水泵的启动受消防管网内水压的控制,当消防稳压装置不能维持、恢复管网水压到定值,水压下降至某设定值,延时一定时间后, 自动启动消防泵,启动消防泵后水压持续下降,或者出现故障信号时,则启动备用消防泵^[2]。高位消防水箱出水管上的流量开关、报警阀压力开关等开关信号也能直接启动消防泵。消防泵房出口为两路供水,沿站区道路成环状管网布置,当其中一路发生故障或者检修时,另一路需能通过全部消防用水,保证供水可靠性。室外环状管网用阀门分段,每段内消火栓的数量不超过5个,室外消火栓布置间距及保护半径按规范设置^[2]。

室内消防则根据规范要求,交流变电站的主控制楼、继电器室、高压配电装置楼(无充油设备)、阀 厅、户内直流开关场(无充油设备)、空冷器室、生活/工业消防水泵房、生活污水/雨水泵房、水处理室、占地面积不大于300 m2的建筑,可不设室内消火栓。除上述建筑外,建筑物需设置室内消火栓系统,当室外消火栓设计流量大于20 L/s,且室内消火栓超过10个时,室内消防管布置成环状,室内不少于两根进水管,室内消火栓的间距不大于30 m。屋顶设置高位消防水箱,与室内消火栓系统连接。

户外变电站消防用水量计算示例如表2所示。

2.2 水喷雾系统

《火规》第11.5.4条规定:“单台容量为125MVA 及以上的油浸变压器、200Mvar及以上的油浸电抗器应设置水喷雾灭火系统或其他固定式灭火装置。”[1]其他固定灭火系统主要指排油注氮灭火装置,但排油注氮对于变压器的报警信号、火灾信号要求很高,设计中应采取措施避免误动作,且变压器火灾后大部分油从箱体开裂处喷出,在变压器外部燃烧,排油注氮装置不能对其发挥作用,需要采取其他手段防止火灾的蔓延。因此,变电站中变压器固定灭火较少采用排油注氮,多为水喷雾系统。

水喷雾系统由水源、消防泵、稳压装置、管道、雨淋阀组、过滤器、水雾喷头和火灾探测系统等组成,一般和常规水消防系统合用一套消防泵及管网。自消防水环管上引一路消防水管接至雨淋阀室,通过雨淋阀组再接至变压器的水喷雾灭火管网,最后通过高速离心式水雾喷头实施水喷雾灭火。变压器周围设水喷雾环管,水雾喷头的理论数量按保护对象的保护面积、设计供给强度和喷头流量特性经计算确定,实际布置水雾喷头总流量需大于理论流量,且应根据喷头的雾化角、有效射程、与保护对象的距离,绘制水雾喷头曲线及包络线,实际喷头的布置需完全覆盖变压器本体、油枕、散热器、集油坑表面,其中变压器绝缘子升高座孔口需单独设喷头保护。水雾喷头之间的水平距离与垂直距离需满足水雾锥相交的要求^[3]。水雾喷头应带过滤器,以防止喷头堵塞。水喷雾管道及喷头还需核实与电缆及设备的带电安全距离。变压器水喷雾管道布置示例图如图1所示。

2.3 气体灭火系统

根据DL5027—2015《电力设备典型消防规程》及《国网设备部关于印发变电站(换流站)消防设备设施等完善化改造原则(试行)的通知》(设备变电(2018〕15号)要求,在电缆竖井和电缆隧道设置悬挂式超细干粉、气溶胶或火探管式灭火装置,变电站一般在电缆层、电缆竖井增设超细干粉灭火装置。

变电站地下电缆层和室内电缆竖井配置非储压 式悬挂式超细干粉灭火装置。超细干粉自动灭火装置工作流程图如图2所示。

2.4 泡沫喷雾灭火系统

泡沫喷雾消防灭火系统由储液罐、泡沫灭火剂、氮气启动源、氮气动力源、电磁控制阀、水雾喷头、管网等组成。在系统警戒状态下,氮气动力源被压缩在高压钢瓶内并维持系统灭火所需要的压头,由瓶头容器阀组控制气体的释放,当变压器或高压电抗器火灾探测报警装置报警后,该报警信号联动启动瓶头容器阀组及储液罐出口的电磁阀或经人工确认后手动启动瓶头容器阀组及储液罐出口的电磁阀进行灭火。泡沫喷雾管道主要布置在变压器两侧及油枕上方,响应时间同水喷雾系统,均为60 s。

较早之前的变电站多采用泡沫喷雾灭火系统,根据最新的消防规范,主变消防采用水喷雾灭火系统,泡沫喷雾灭火系统逐渐淘汰。

2.5移动式灭火器系统

对室内建筑物和主变区域,均按GB50140—2005《建筑灭火器配置设计规范》、GB50229—2019《火力发电厂与变电站设计防火标准》及DL5027—2015《电力设备典型消防规程》的要求,设置不同类型的移动式灭火器。在明显和便于取用的地点均设灭火器箱,灭火器分别按规范要求的种类、危险等级、保护距离等成组设置,并有明显标记和说明。在主变压器附近需设推车式灭火器,并配置成品消防砂箱及消防铲、消防桶。

3优化建议

3.1 给排水优化建议

在站区内部做好绿化工作,根据实际情况合理选择植被品种,比如一些耐干旱、生存力强、少养护的植被,可合理降低绿化用水量,同时保证环境效益^[4]。

在变电站给排水设计中,管道材质的选择缺乏统一的标准。在实际设计过程中,应结合当地的实际情况进行材质选择,例如当地土质是否是湿陷性土质、是否是盐碱地等,这些都和材质的选择及防腐材质的选择有很大的关联。除此之外,还应充分考虑管材的安全卫生标准、管道管材安全使用的便利性与环保经济性。为保证水资源的合理利用,应遵循节水原则,优先选择节水型设备。

3.2 消防优化建议

3.2.1关于水喷雾的优化建议

根据GB50219—2014《水喷雾灭火系统技术规范》^[3],变压器水喷雾灭火时间为0.4 h,有些偏远站区,消防大队距离较远,运检单位提出增加水喷雾灭火时长,以保证变压器安全。因此,在投资增加不多的情况下,可适当加大消防水池的容积,以保证变电站的安全。

水喷雾要求响应时间为60 s,则雨淋阀室布置的位置显得尤为重要,路程越远,沿程损失越多,响应时间越长,供水压力需求越大。若雨淋阀放置于配电楼,则距离末端变压器太远,有可能满足不了响应时间要求,建议雨淋阀室单设于各变压器相对中间位置。

对于厂区水喷雾主管的最低点处,也需注意设置放空阀排至雨水系统,在试水或火灾结束后放空管道,以免积水造成管道腐蚀。另外,冬天应注意防止管道冻裂。

3.2.2关于消防水泵的优化建议

消防水泵按两台工作泵、一台备用泵配置时,建议消防泵之间设置的启动压力间隔值适当加大。

消防系统平时靠稳压泵和气压罐维持管网压力,消防水泵的启动受消防管网内水压控制。第一台消防工作水泵与第二台消防工作水泵之间设置启动差值,第二台消防工作泵和备用泵之间设置启动差值。现场消防水系统试验过程中,发现设置差值间隔很小,当启动变压器水喷雾时,管网压力下降很快,两台工作泵间隔启动时间很短,几乎同时启动,易造成跳闸事故。

其根本原因如下:水喷雾灭火系统为开式系统,雨淋阀一打开,消防流量大,电动消防泵启动后达到额定出力需要有一个过程,瞬时达不到额定出力,则设定的压力维持不住,管网压力下降很快,造成两台消防泵几乎同时启动,甚至备用泵也会启动,易造成跳闸事故,影响供电及系统安全。

因此,建议在配置两用一备消防工作泵时,将两台工作泵之间及工作泵和备用泵之间的启动压力间隔值适当加大,满足消防泵安全要求。

3.3 事故优化建议

根据《火规》规定,户外单台油量为1 000 kg以上的电气设备,应设置贮油或挡油设施,其容积宜按设备油量的20%设计,并能将事故油排至总事故油池[1]。故单台小于1 000 kg的电气设备,一般设备下方不设置油坑。但据运行人员反馈,电气设备检修或者故障时,会有油泄漏,流至雨水管道,造成污染。建议在未设置油坑的电气区域设置排水沟,统一接至事故油池,经油水分离后,可截留油污,避免污染。

4 结束语

为保证变电站的安全和稳定运行,需先制定好给排水及消防设计的标准,再根据当地实际情况,结合运检单位实际运行的经验反馈,进行系统的优化。设计的过程中需满足变电站稳定运行、消防安全、环保、节能要求,给变电站的建设奠定一个扎实的基础。

[参考文献]

[1] 火力发电厂与变电站设计防火标准:GB 50229—2019[S].

[2]沈聪儿.新标准颁布后的燃煤电厂消防给水设计[J].浙江电力,2015,34(4):49-53.

[3] 水喷雾灭火系统技术规范:GB 50219—2014[S].

[4]石成杰.变电站给排水设计特点及对策[J].建筑工程技术与设计,2017(11):1720.

2024年第11期第10篇