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雨水系统与消防系统在变电站中功能融合的研究

2023-06-28 87 上传者：管理员

摘要：变电站消防系统可有效预防或降低火灾发生概率，保障电力设备及电网安全稳定运行。目前雨季的暴雨雨水排出是变电站的常见问题，严重时影响变电站的安全运行。将变电站雨水系统与消防系统功能融合，既可缓解强降水引发的内涝问题，又实现了水资源的综合利用目标。以宿迁市某220 kV半户内变电站为例，确定了变电站内消防用水需求及站内排水目标；从水量、水质两方面分析了变电站内雨水系统与消防系统功能融合的可行性，针对变电站内消防用水要求，探讨了变电站内雨水与消防系统功能融合的措施。

关键词：
功能融合
变电站
消防系统
雨水净化
雨水系统
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近年我国高压输电工程迅猛发展，变电站中变压器、高压并联电抗器等充油设备使用多、单体充油量大，因此，变电站内大型充油设备火灾发生率高、危害性大[1]。变电站消防系统可有效预防或降低火灾发生概率，保障电力设备及电网安全运行。变电站消防系统主要包含主变压器消防系统与建筑消防系统两部分。我国变电站主变压器采用的固定灭火系统主要有水喷雾灭火、泡沫喷雾灭火及排油注氮灭火3种[1]。经灭火试验及工程实践证明，水喷雾灭火系统具有较高的可靠性与有效性，是首选的扑救变压器火灾的消防系统[2]。近年由于变电站向着“户内变电站”方向发展，意味着对变电站的消防要求更高，变电站消防水池水量需包含主变压器消防与建筑消防的全部用水量[3]。

另外，户内变电站中的站内雨水杂质少，水质较好，可利用的可能性大。经多地调研，目前多雨季节暴雨雨水排出是变电站的常见问题，严重影响变电站的安全运行。将变电站雨水系统与消防系统功能融合，既可缓解强降水引发的内涝问题，又实现了水资源的综合利用目标[4]。本文以某220 kV半户内变电站为例，首先确定了变电站内消防用水需求及站内排水目标，其次从水量、水质两方面分析了变电站内雨水系统与消防系统功能融合的可行性，最后针对变电站内消防用水要求，探讨了变电站内雨水与消防系统功能融合的措施。

1、变电站给水排水系统概况

1.1变电站给水系统

该变电站给水系统包含生活给水与消防用水2个系统。目前，变电站内给水方式通常是直接引自城镇供水管网。本文主要研究雨水用作变电站内消防给水的问题，生活给水系统在此不作讨论。变电站平面布置示意如图1所示，变电站内有110 kV、220 k V配电楼及室外主变压器。变电站内消防划分为主变压器、110 kV和220 kV配电楼3个防火分区。

1.1.1变电站消防用水量

根据GB 50219—2014《水喷雾灭火系统技术规范》中3.1.2及3.1.4条规定[5,6]，变压器水喷雾系统供给强度（q）为20 L/（min·m2），集油坑供给强度为6 L/（min·m2）。变压器的保护面积包括扣除底面面积以外的变压器油箱外表面积、油枕和集油坑投影面积。该变电站采用的240 MVA变压器、集油坑及油枕尺寸参数及相关计算见表1。由表1可知，变压器消防用水量（Q）为100.83 L/s，取105 L/s。根据GB 50229—2019《火力发电厂与变电站设计防火标准》中11.5.3条规定[7]，当变压器采用水喷雾灭火系统时，变压器室外消火栓用水量不应小于15 L/s。因此，变压器防火分区消防用水量为120 L/s。

图1变电站平面布置示意

表1 240 MVA变压器、集油坑及油枕尺寸参数及相关计算

根据GB 50229—2019中11.1.1、11.5.3及11.5.9条规定[7],110 kV配电楼建筑物火灾危险性类别为丁类、耐火等级为二级，220 kV配电楼建筑物火灾危险性类别为丙类、耐火等级为二级；110 kV配电楼（5 000 m3<V≤20 000 m3）室外消火栓用水量为15 L/s;220 k V配电楼（5 000 m3<V≤20 000 m3）室外消火栓用水量为25 L/s;220 kV配电楼室内消火栓用水量为20 L/s。

1.1.2变电站消防水池容积

根据GB50219—2014中3.1.2条[5]及GB50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》中3.6.2条规定[8]，变压器水喷雾系统供给时间为0.4 h，变压器室外火灾延续时间为2.0 h。根据GB 50229—2019中11.5.21条规定[7],110 kV配电楼火灾延续时间不少于2.0 h,220 kV配电楼火灾延续时间不少于3.0 h。该变电站各防火分区消防用水量及火灾持续时间见表2。根据GB 50229—2019中11.5.11条规定[7]，变电站站内设计消防用水量不应小于486m3。变电站内消防用水水源为消防水池，因此，变电站消防水池设计有效容积为500 m3。

表2各防火分区消防用水及火灾持续时间

1.2变电站排水系统

变电站内排水系统包含生活污水、事故油池污水及雨水系统。站内排水采用分流制，生活污水、事故油池污水及雨水各自独立进行处理后排出。①生活污水经化粪池处理后存入废水存储池，定期处理；②站内设带有油水分离功能的事故油池1座，与变压器集油坑设管道相联，事故时含油污水排入事故油池，经油水分离后，分离出的废油及时清除，处理后出水进入站内雨水排水系统；③站内雨水根据场地竖向布置分区汇集，经雨水管道、雨水口、雨水检查井汇流，最终汇流至一体化雨水泵站，通过雨水泵提升后送至站外市政管网。

2、变电站雨水系统与消防系统功能融合的可行性分析

根据GB 50974—2014中4.1.3、4.1.6条规定[8]，①市政给水、消防水池、天然水源等可作为消防水源，宜采用市政给水；②雨水清水池、中水清水池、水景和游泳池可作为备用消防水源；③雨水清水池、中水清水池、水景和游泳池必须作为消防水源时，应有保证在任何情况下均能满足消防给水系统所需的水量和水质的技术措施。

2.1水量匹配分析

根据GB50974—2014中4.1.6条[8]及GB50229—2019中11.5.11条规定[7]，消防水源要求供水可靠性高，变电站采用的消防水池作为消防水源应受外界因素影响小，且必须保证在任何情况下消防水池有效容积均满足站区发生火灾时一次最大室内和室外消防用水量之和。在多雨地区，若只采用雨水系统作为消防水源时，要保证在任何情况下均能满足消防给水系统所需水量，那么对雨水系统的储水量要求高，从而导致基建造价增高。在非雨季或少雨地区，若只采用雨水系统作为消防水源则可靠性低，不能满足规范要求。因此，采用以市政给水为主，雨水系统为辅的消防水源，既可解决以雨水系统作为消防水源的造价高、可靠性低的问题，也可利用雨水资源、减轻市政供水压力。消防系统与生活供水系统之间不得直接连接，且需采取其他保障生活用水安全性的技术措施。

以该变电站为例进行分析，根据气象局资料可知宿迁地区年均降水量为910 mm，站内综合径流系数取0.55，变电站年收集雨水量为3 850 m3。该变电站采用地下式消防水池，考虑渗漏损失。消防水池采用钢筋混凝土结构，其渗水系数为2 L/（m2·d)[9]，渗水面积为400 m2，则消防水池年渗水量为292 m3，除去消防水池渗出外可利用雨水量3 558m3，大于500 m3，满足消防用水量要求。此外，站内仍增加一路市政给水管路用以保障消防水池供水安全。

2.2水质匹配的分析

根据GB 50974—2014中4.1.2、4.1.4、13.2.4条规定[8]，室内消火栓或水喷雾等自动喷水的消防方式对水质要求较高，水中颗粒物不能堵塞喷头或消火栓水枪，水质不能有腐蚀性；采用地表天然水源作为消防水源时应无杂质、且无腐蚀性，以防堵塞管道、喷头，腐蚀管道等，即水质应符合工业用水的要求；消防给水管道内平时所充水的pH值为6.0～9.0。一般来说，变电站内雨水（酸雨地区除外）通过简单的沉淀过滤处理即可达到消防水源的要求。以该变电站为例，变电站场址位于某经济开发区农田内，站址附近无其他污染源，清洁度较好。变电站内雨水通过设置沉泥井去除雨水中泥土悬浮物，再经多次多层填料过滤（活动式多层填料过滤检查井）处理后用于补充消防水池的储水。

2.3消防水池换水分析

根据GB 50219—2014中10.0.9条规定[5]，微生物、细菌等容易在消防水池繁殖，因此，需要不定期换水以保持消防水池对水质要求。换水时要通知当地消防机构，做好此期间万一发生火灾的灭火准备。根据规范及运维可知，变电站消防水池一般每年换水1次，将换水时段调整至雨季时即可。以该变电站为例，若在雨季进行消防水池换水，消防水池每次换水可节约水量为500 m3。同时，在保障变电站最大水量的基础上，可通过在线控制系统利用消防水池的排空泵缓解变电站外排雨水的压力，降低极端暴雨时期引发的风险。

3、变电站雨水系统与消防系统功能融合的措施

变电站内雨水系统与消防系统功能融合的关键在水质达标与成本控制两方面。在变电站现有采用的排水系统上进行措施优化，以达到二者功能融合的目标，主要流程见图2。变电站内地面径流经沉泥井沉泥后汇流至活动式多层填料过滤检查井（见图3），同时屋面径流经砂滤井去除悬浮物后也汇流至活动式多层填料过滤检查井。在活动式多层填料过滤检查井中，从左到右设置集水板、卵石、活性炭、卵石、集水板多层滤料的结构，或者从上至下设置卵石、活性炭、卵石、集水板多层滤料的结构。去除悬浮物的雨水每流经一次雨水检查井就被多层滤料过滤处理过一次，雨水中的COD会被吸附去除[10,11]。由于雨水中有机物含量较低，多层滤料吸附容量大，经多次过滤的雨水可满足消防用水标准。在无雨时段内，吸附的有机物可被填料上附着的微生物降解，从而恢复吸附容量[12]。在出现突发的雨水处理不达标的情况时，可通过回流处理雨水至活动式多层填料过滤检查井进行再次处理，以满足消防水池的水质要求。

图2该变电站雨水收集及处理流程

图3活动式多层填料过滤检查井

4、结语

变电站内消防系统是保障电力设备及电网安全稳定运行的重要措施之一。目前雨季的暴雨雨水排出是变电站的常见问题，严重时影响变电站的安全运行。若将变电站雨水系统与消防系统功能融合，既可缓解强降水引发的内涝问题，又实现了水资源的综合利用目标。变电站内雨水、消防系统二者的功能融合不仅需要考虑雨水水量、水质两方面内容，更应考虑其成本控制问题。通过在原有雨水排水系统检查井中添加活动式多层滤料的小幅优化，便可实现变电站内雨水系统与消防系统功能融合的目标。该措施及理念在今后的变电站工程设计中可以进行推广，以减轻市政系统负担，对保护环境、维持生态平衡具有重要意义。

参考文献：

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[7]中华人民共和国住房和城乡建设部.火力发电厂与变电站设计防火标准:GB 50229—2019[S].北京:中国计划出版社,2019.

[8]中华人民共和国住房和城乡建设部.消防给水及消火栓系统技术规范:GB 50974—2014[S].北京:中国计划出版社,2014.

[9]中华人民共和国住房和城乡建设部.给水排水构筑物工程施工及验收规范:GB 50141—2008[8].北京:中国建筑工业出版社,2008.

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