500kv變電站給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及優(yōu)化探討

0引言

變電站給排水作為變電站重要部分,對(duì)變電站的運(yùn)行有著重要的影響。500 kv變電站給排水系統(tǒng)一般分為給水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和消防系統(tǒng)。本文針對(duì)變電站給排水及消防設(shè)計(jì)的實(shí)際情況逐一進(jìn)行了深入分析及探討,可以為合理設(shè)計(jì)變電站并保障其節(jié)能運(yùn)行貢獻(xiàn)一份力量。

1 變電站的給排水設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1 給水系統(tǒng)

對(duì)變電站而言,給水一般為生活水系統(tǒng)。生活水多為市政供應(yīng),少數(shù)打井供應(yīng)。打井取水出水水質(zhì)需滿足規(guī)范GB5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求,若水質(zhì)達(dá)不到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),則還需設(shè)置凈水設(shè)備。無論是市政供應(yīng)還是打井供水,均需取得相關(guān)部門取水協(xié)議。根據(jù)市政供水水壓,供水量可分直接供給或設(shè)置二次加壓裝置兩種形式統(tǒng)計(jì)。二次加壓裝置一般布置在綜合水泵房內(nèi),由生活水箱、一套帶氣壓罐的全自動(dòng)恒壓變頻給水設(shè)備及紫外線消毒裝置組成。站外自來水來水補(bǔ)充并貯存在生活水箱內(nèi),給水機(jī)組自生活水箱取水,由水泵加壓,經(jīng)過紫外線消毒裝置消毒后通過管道送至各用水點(diǎn)。機(jī)組變頻調(diào)節(jié),當(dāng)生活水流量為零或很小時(shí),變頻泵自動(dòng)停泵,靠氣壓罐來維持供水管網(wǎng)壓力或少量供水。給水管上設(shè)水表,用于計(jì)量全站生活用水量。生活用水量計(jì)算示例如表1所示。

表1某500 kv變電站綜合生活用水量表

1.2雨水系統(tǒng)

變電站雨水系統(tǒng)一般采用有組織排放方式,通過雨水口、雨水管道、雨水井等收集站內(nèi)雨水。根據(jù)周邊市政雨水管網(wǎng)情況,可采用重力 自流方式或雨水泵站強(qiáng)排匯入就近雨水管網(wǎng)。若附近無市政管網(wǎng),可匯入就近河道并獲取相關(guān)部門排放協(xié)議。若地區(qū)有要求設(shè)置海綿城市,則需根據(jù)海綿城市規(guī)范,按照年徑流總量控制率,設(shè)置相關(guān)海綿措施及設(shè)施,如設(shè)置透水鋪裝、下沉式綠地、雨水調(diào)蓄池等。

1.3污水系統(tǒng)

變電站內(nèi)人員較少,污水量也較少,根據(jù)周邊市政污水管網(wǎng)情況,可采用重力 自流方式或污水泵站強(qiáng)排匯入就近污水管網(wǎng)并獲取相關(guān)部門排放協(xié)議。若附近無市政管網(wǎng),也可采用一體化污水處理設(shè)備,處理后的達(dá)標(biāo)水可回用于綠化;或者采用化糞池,定期清掏。對(duì)于配置廚房、備餐間等建筑物,則需設(shè)置隔油池。

1.4 事故油系統(tǒng)

變電站內(nèi)電氣設(shè)備眾多,大多為帶油設(shè)備,如變壓器、電容電抗、GIS裝置等。為防止事故時(shí)火災(zāi)蔓延,變壓器之間、電容電抗之間各 自設(shè)置防火墻隔離,設(shè)備下方設(shè)置油坑,油坑上方設(shè)置格柵及鵝卵石。事故油通過水封井、事故油管道及水井排放至總事故油池。油池設(shè)置油水分離裝置,變壓器油回收利用。根據(jù)GB 50229—2019《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱 《火規(guī)》):“戶外單臺(tái)油量為1 000 kg以上的電氣設(shè)備,應(yīng)設(shè)置貯油或擋油設(shè)施,其容積宜按設(shè)備油量的20%設(shè)計(jì),并能將事故油排至總事故油池。貯油或擋油設(shè)施應(yīng)大于設(shè)備外廓每邊各1 m?？偸鹿视统赜行莘e按照最大一臺(tái)設(shè)備的100%油量考慮?！?sup>[1]相較于GB50229—2006,總事故油池的有效容積由按照最大一臺(tái)設(shè)備的60%油量考慮變更為按照100%油量設(shè)計(jì),因此,較早之前運(yùn)行的這些變電站在改建和擴(kuò)建時(shí),需考慮改造事故油池,使其有效容積滿足最大一臺(tái)變壓器100%油量的要求。

1.5 綠化水系統(tǒng)

綠化水管可從生活給水管網(wǎng)上引接,引接處設(shè)置倒流防止器,也可采用污水處理設(shè)備回收處理后的達(dá)標(biāo)水。

2 變電站的消防設(shè)計(jì)特點(diǎn)

變電站的消防設(shè)計(jì)考慮站區(qū)各類火災(zāi)的防止和撲滅,立足自救。根據(jù)“預(yù)防為主,防消結(jié)合”的消防工作方針,在設(shè)計(jì)中嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)防火規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)先采用防火材料,在加強(qiáng)火災(zāi)監(jiān)測(cè)報(bào)警的基礎(chǔ)上,對(duì)重要設(shè)備采用相應(yīng)的消防措施。變電站消防一般分常規(guī)水消防系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)及滅火器系統(tǒng),較早之前的變電站主變消防還采用泡沫噴霧滅火系統(tǒng)。

2.1 常規(guī)水消防系統(tǒng)

根據(jù)《火規(guī)》要求:“變電站內(nèi)建筑物滿足耐火等級(jí)不低于二級(jí),體積不超過3 000 m3,且火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)為戊類時(shí),可不設(shè)消防給水。”^[1]

500 kV變電站的建筑物一般為配電裝置樓、主控通信樓、傳達(dá)室等,最大建筑體積一般均超過3000m3,消防系統(tǒng)一般采用獨(dú)立的穩(wěn)高壓給水系統(tǒng)。穩(wěn)高壓系統(tǒng)由消防水池、消防水泵、消防穩(wěn)壓裝置、屋頂水箱、輸配水管網(wǎng)、水噴霧滅火系統(tǒng)以及室內(nèi)外消火栓組成。消防水泵的啟動(dòng)受消防管網(wǎng)內(nèi)水壓的控制,當(dāng)消防穩(wěn)壓裝置不能維持、恢復(fù)管網(wǎng)水壓到定值,水壓下降至某設(shè)定值,延時(shí)一定時(shí)間后, 自動(dòng)啟動(dòng)消防泵,啟動(dòng)消防泵后水壓持續(xù)下降,或者出現(xiàn)故障信號(hào)時(shí),則啟動(dòng)備用消防泵^[2]。高位消防水箱出水管上的流量開關(guān)、報(bào)警閥壓力開關(guān)等開關(guān)信號(hào)也能直接啟動(dòng)消防泵。消防泵房出口為兩路供水,沿站區(qū)道路成環(huán)狀管網(wǎng)布置,當(dāng)其中一路發(fā)生故障或者檢修時(shí),另一路需能通過全部消防用水,保證供水可靠性。室外環(huán)狀管網(wǎng)用閥門分段,每段內(nèi)消火栓的數(shù)量不超過5個(gè),室外消火栓布置間距及保護(hù)半徑按規(guī)范設(shè)置^[2]。

室內(nèi)消防則根據(jù)規(guī)范要求,交流變電站的主控制樓、繼電器室、高壓配電裝置樓(無充油設(shè)備)、閥 廳、戶內(nèi)直流開關(guān)場(chǎng)(無充油設(shè)備)、空冷器室、生活/工業(yè)消防水泵房、生活污水/雨水泵房、水處理室、占地面積不大于300 m2的建筑,可不設(shè)室內(nèi)消火栓。除上述建筑外,建筑物需設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng),當(dāng)室外消火栓設(shè)計(jì)流量大于20 L/s,且室內(nèi)消火栓超過10個(gè)時(shí),室內(nèi)消防管布置成環(huán)狀,室內(nèi)不少于兩根進(jìn)水管,室內(nèi)消火栓的間距不大于30 m。屋頂設(shè)置高位消防水箱,與室內(nèi)消火栓系統(tǒng)連接。

戶外變電站消防用水量計(jì)算示例如表2所示。

2.2 水噴霧系統(tǒng)

《火規(guī)》第11.5.4條規(guī)定:“單臺(tái)容量為125MVA 及以上的油浸變壓器、200Mvar及以上的油浸電抗器應(yīng)設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)或其他固定式滅火裝置?！盵1]其他固定滅火系統(tǒng)主要指排油注氮滅火裝置,但排油注氮對(duì)于變壓器的報(bào)警信號(hào)、火災(zāi)信號(hào)要求很高,設(shè)計(jì)中應(yīng)采取措施避免誤動(dòng)作,且變壓器火災(zāi)后大部分油從箱體開裂處噴出,在變壓器外部燃燒,排油注氮裝置不能對(duì)其發(fā)揮作用,需要采取其他手段防止火災(zāi)的蔓延。因此,變電站中變壓器固定滅火較少采用排油注氮,多為水噴霧系統(tǒng)。

水噴霧系統(tǒng)由水源、消防泵、穩(wěn)壓裝置、管道、雨淋閥組、過濾器、水霧噴頭和火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)等組成,一般和常規(guī)水消防系統(tǒng)合用一套消防泵及管網(wǎng)。自消防水環(huán)管上引一路消防水管接至雨淋閥室,通過雨淋閥組再接至變壓器的水噴霧滅火管網(wǎng),最后通過高速離心式水霧噴頭實(shí)施水噴霧滅火。變壓器周圍設(shè)水噴霧環(huán)管,水霧噴頭的理論數(shù)量按保護(hù)對(duì)象的保護(hù)面積、設(shè)計(jì)供給強(qiáng)度和噴頭流量特性經(jīng)計(jì)算確定,實(shí)際布置水霧噴頭總流量需大于理論流量,且應(yīng)根據(jù)噴頭的霧化角、有效射程、與保護(hù)對(duì)象的距離,繪制水霧噴頭曲線及包絡(luò)線,實(shí)際噴頭的布置需完全覆蓋變壓器本體、油枕、散熱器、集油坑表面,其中變壓器絕緣子升高座孔口需單獨(dú)設(shè)噴頭保護(hù)。水霧噴頭之間的水平距離與垂直距離需滿足水霧錐相交的要求^[3]。水霧噴頭應(yīng)帶過濾器,以防止噴頭堵塞。水噴霧管道及噴頭還需核實(shí)與電纜及設(shè)備的帶電安全距離。變壓器水噴霧管道布置示例圖如圖1所示。

2.3 氣體滅火系統(tǒng)

根據(jù)DL5027—2015《電力設(shè)備典型消防規(guī)程》及《國網(wǎng)設(shè)備部關(guān)于印發(fā)變電站(換流站)消防設(shè)備設(shè)施等完善化改造原則(試行)的通知》(設(shè)備變電(2018〕15號(hào))要求,在電纜豎井和電纜隧道設(shè)置懸掛式超細(xì)干粉、氣溶膠或火探管式滅火裝置,變電站一般在電纜層、電纜豎井增設(shè)超細(xì)干粉滅火裝置。

變電站地下電纜層和室內(nèi)電纜豎井配置非儲(chǔ)壓 式懸掛式超細(xì)干粉滅火裝置。超細(xì)干粉自動(dòng)滅火裝置工作流程圖如圖2所示。

2.4 泡沫噴霧滅火系統(tǒng)

泡沫噴霧消防滅火系統(tǒng)由儲(chǔ)液罐、泡沫滅火劑、氮?dú)鈫?dòng)源、氮?dú)鈩?dòng)力源、電磁控制閥、水霧噴頭、管網(wǎng)等組成。在系統(tǒng)警戒狀態(tài)下,氮?dú)鈩?dòng)力源被壓縮在高壓鋼瓶內(nèi)并維持系統(tǒng)滅火所需要的壓頭,由瓶頭容器閥組控制氣體的釋放,當(dāng)變壓器或高壓電抗器火災(zāi)探測(cè)報(bào)警裝置報(bào)警后,該報(bào)警信號(hào)聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)瓶頭容器閥組及儲(chǔ)液罐出口的電磁閥或經(jīng)人工確認(rèn)后手動(dòng)啟動(dòng)瓶頭容器閥組及儲(chǔ)液罐出口的電磁閥進(jìn)行滅火。泡沫噴霧管道主要布置在變壓器兩側(cè)及油枕上方,響應(yīng)時(shí)間同水噴霧系統(tǒng),均為60 s。

較早之前的變電站多采用泡沫噴霧滅火系統(tǒng),根據(jù)最新的消防規(guī)范,主變消防采用水噴霧滅火系統(tǒng),泡沫噴霧滅火系統(tǒng)逐漸淘汰。

2.5移動(dòng)式滅火器系統(tǒng)

對(duì)室內(nèi)建筑物和主變區(qū)域,均按GB50140—2005《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50229—2019《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》及DL5027—2015《電力設(shè)備典型消防規(guī)程》的要求,設(shè)置不同類型的移動(dòng)式滅火器。在明顯和便于取用的地點(diǎn)均設(shè)滅火器箱,滅火器分別按規(guī)范要求的種類、危險(xiǎn)等級(jí)、保護(hù)距離等成組設(shè)置,并有明顯標(biāo)記和說明。在主變壓器附近需設(shè)推車式滅火器,并配置成品消防砂箱及消防鏟、消防桶。

3優(yōu)化建議

3.1 給排水優(yōu)化建議

在站區(qū)內(nèi)部做好綠化工作,根據(jù)實(shí)際情況合理選擇植被品種,比如一些耐干旱、生存力強(qiáng)、少養(yǎng)護(hù)的植被,可合理降低綠化用水量,同時(shí)保證環(huán)境效益^[4]。

在變電站給排水設(shè)計(jì)中,管道材質(zhì)的選擇缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況進(jìn)行材質(zhì)選擇,例如當(dāng)?shù)赝临|(zhì)是否是濕陷性土質(zhì)、是否是鹽堿地等,這些都和材質(zhì)的選擇及防腐材質(zhì)的選擇有很大的關(guān)聯(lián)。除此之外,還應(yīng)充分考慮管材的安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、管道管材安全使用的便利性與環(huán)保經(jīng)濟(jì)性。為保證水資源的合理利用,應(yīng)遵循節(jié)水原則,優(yōu)先選擇節(jié)水型設(shè)備。

3.2 消防優(yōu)化建議

3.2.1關(guān)于水噴霧的優(yōu)化建議

根據(jù)GB50219—2014《水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》^[3],變壓器水噴霧滅火時(shí)間為0.4 h,有些偏遠(yuǎn)站區(qū),消防大隊(duì)距離較遠(yuǎn),運(yùn)檢單位提出增加水噴霧滅火時(shí)長,以保證變壓器安全。因此,在投資增加不多的情況下,可適當(dāng)加大消防水池的容積,以保證變電站的安全。

水噴霧要求響應(yīng)時(shí)間為60 s,則雨淋閥室布置的位置顯得尤為重要,路程越遠(yuǎn),沿程損失越多,響應(yīng)時(shí)間越長,供水壓力需求越大。若雨淋閥放置于配電樓,則距離末端變壓器太遠(yuǎn),有可能滿足不了響應(yīng)時(shí)間要求,建議雨淋閥室單設(shè)于各變壓器相對(duì)中間位置。

對(duì)于廠區(qū)水噴霧主管的最低點(diǎn)處,也需注意設(shè)置放空閥排至雨水系統(tǒng),在試水或火災(zāi)結(jié)束后放空管道,以免積水造成管道腐蝕。另外,冬天應(yīng)注意防止管道凍裂。

3.2.2關(guān)于消防水泵的優(yōu)化建議

消防水泵按兩臺(tái)工作泵、一臺(tái)備用泵配置時(shí),建議消防泵之間設(shè)置的啟動(dòng)壓力間隔值適當(dāng)加大。

消防系統(tǒng)平時(shí)靠穩(wěn)壓泵和氣壓罐維持管網(wǎng)壓力,消防水泵的啟動(dòng)受消防管網(wǎng)內(nèi)水壓控制。第一臺(tái)消防工作水泵與第二臺(tái)消防工作水泵之間設(shè)置啟動(dòng)差值,第二臺(tái)消防工作泵和備用泵之間設(shè)置啟動(dòng)差值?，F(xiàn)場(chǎng)消防水系統(tǒng)試驗(yàn)過程中,發(fā)現(xiàn)設(shè)置差值間隔很小,當(dāng)啟動(dòng)變壓器水噴霧時(shí),管網(wǎng)壓力下降很快,兩臺(tái)工作泵間隔啟動(dòng)時(shí)間很短,幾乎同時(shí)啟動(dòng),易造成跳閘事故。

其根本原因如下:水噴霧滅火系統(tǒng)為開式系統(tǒng),雨淋閥一打開,消防流量大,電動(dòng)消防泵啟動(dòng)后達(dá)到額定出力需要有一個(gè)過程,瞬時(shí)達(dá)不到額定出力,則設(shè)定的壓力維持不住,管網(wǎng)壓力下降很快,造成兩臺(tái)消防泵幾乎同時(shí)啟動(dòng),甚至備用泵也會(huì)啟動(dòng),易造成跳閘事故,影響供電及系統(tǒng)安全。

因此,建議在配置兩用一備消防工作泵時(shí),將兩臺(tái)工作泵之間及工作泵和備用泵之間的啟動(dòng)壓力間隔值適當(dāng)加大,滿足消防泵安全要求。

3.3 事故優(yōu)化建議

根據(jù)《火規(guī)》規(guī)定,戶外單臺(tái)油量為1 000 kg以上的電氣設(shè)備,應(yīng)設(shè)置貯油或擋油設(shè)施,其容積宜按設(shè)備油量的20%設(shè)計(jì),并能將事故油排至總事故油池[1]。故單臺(tái)小于1 000 kg的電氣設(shè)備,一般設(shè)備下方不設(shè)置油坑。但據(jù)運(yùn)行人員反饋,電氣設(shè)備檢修或者故障時(shí),會(huì)有油泄漏,流至雨水管道,造成污染。建議在未設(shè)置油坑的電氣區(qū)域設(shè)置排水溝,統(tǒng)一接至事故油池,經(jīng)油水分離后,可截留油污,避免污染。

4 結(jié)束語

為保證變電站的安全和穩(wěn)定運(yùn)行,需先制定好給排水及消防設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn),再根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況,結(jié)合運(yùn)檢單位實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)反饋,進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化。設(shè)計(jì)的過程中需滿足變電站穩(wěn)定運(yùn)行、消防安全、環(huán)保、節(jié)能要求,給變電站的建設(shè)奠定一個(gè)扎實(shí)的基礎(chǔ)。

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2024年第11期第10篇