首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 工程综合论文 > 水利水电工程论文 > 东庄水电站火灾自动报警系统设计应用研究

东庄水电站火灾自动报警系统设计应用研究

2024-09-23 101 上传者：管理员

摘要：基于陕西省泾河东庄地下水电站消防设计的特点,提出站内火灾自动报警系统采用先进的火灾探测技术和集成化的控制系统,可有效应对水电站的特定环境和安全需求,以期为同类工程提供参考。

关键词：
安全运营
水电站
火灾
火灾自动报警
集中控制
加入收藏

水电站作为关键的可再生能源设施,不仅对经济发展至关重要,也在保障社会运转和环境保护方面发挥着重要作用。然而,水电站的安全运营面临着多种风险,其中火灾是一种潜在的严重威胁。由于地下水电站设备所处的特殊性和环境的复杂性,一旦发生火灾,后果可能极为严重,不仅造成人员伤亡、设备损坏、电力供应中断,甚至对周边环境造成破坏。火灾自动报警系统可以实现火灾的早期探测和迅速报警,显著缩短应急响应时间,有效降低火灾带来的损失,确保人员安全和电站的稳定运行。因此,配备高效的火灾自动报警系统对于水电站而言至关重要。

1、工程概况

陕西省东庄水利枢纽工程以防洪和减淤为主要任务,同时兼顾供水、发电和生态改善等多重功能。工程级别为一等,规模为大（1）型。东庄水电站的火灾自动报警系统设计范围主要覆盖电站内部（包括地下的主厂房、副厂房、洞室、廊道以及电缆交通和通风竖井等区域）和厂外区域（如地面出线场、GIS综合楼、水垫塘和二道坝等）。火灾自动报警系统的目的是确保区域内的安全防护,及时响应火灾事故,保护设施与人员安全。

2、东庄水电站火灾风险分析

地下水电站内部空间狭窄,易于形成密闭空间,且涉及的范围广。其独特环境和复杂的空间布局增加了火灾发生和扩散的风险,火灾的类型和风险主要以下三方面因素。

1）电气火灾。电气系统包括的高低压电气设备、控制系统和电缆等,这些都是潜在的火灾源。尤其是在地下水电站这种在高湿度和封闭的环境中,电气设备众多、发热量大,且电气线路繁杂,电气设备容易发生短路,引发火灾。此外,绝缘材料长期暴露于潮湿环境下可能引起绝缘性能的钝化,也增加了起火的概率。

2）机械设备火灾。水轮机、发电机和其他旋转设备由于摩擦和过热可能成为火灾的发源地。特别是在维护不足的情况下,设备过热可以迅速导致机械故障并触发火灾。

3）油系统火灾。油系统在高温环境下有发生火灾的可能性,如果油气泄漏在密闭的空间内,通风不良的油气也容易发生火灾。

针对存在的上述火灾风险,必须进行全面的风险评估并采取预防措施全面的风险评估和预防措施。在设计和日常运维中,重视防火分隔、自动喷水灭火系统的安装、定期的设备维护和检查以及员工的火灾安全培训。通过对每个关键区域的风险进行具体分析,可有效地预防和减轻火灾的影响,保障水电站的安全运行。

3、东庄水电站火灾自动报警系统总体设想

东庄水电站的火灾自动报警系统采用的集中报警系统,主要通过微机型集中报警控制器来管理和控制系统内的探测、报警和联动设备。电站按照“无人值班”（少人值守）的技术标准,设置计算机监控系统对全场运行的机电设备运行状况进行集中监控。消防控制中心设置在电站的GIS综合楼中控室,电站不设专门的消防控制室。集中报警系统由集中报警控制层和现地报警控制层组成。

1）集中报警控制层。此层包含多种设备,包括微机型集中报警控制器、火警操作控制站、火警控制电源、火警电话及电话控制装置、光纤测温装置、火警广播控制装置、消火栓系统控制装置、防烟排烟系统控制装置以及打印机等。此外,集中控制设备能与电站计算机监控系统、通风系统监控及工业电视系统设备进行数据交换,并预留了与电站其他系统连接的接口。

2）现地报警控制层。此层包括各类火灾报警探测器、感温光纤、手动报警按钮、火警广播、声光报警器、火警电话分机和火警电话插孔等设备。现地报警控制层主要负责监测全站各区域的火情,当火警发生时,根据集中报警控制设备的指令,启动相关区域的火警广播和声光报警器等报警设备,并联动控制防火灭火设备,同时上传相关设备的状态信号[1]。集中报警系统框图见图1。

图1 集中报警系统框图

当火灾发生时,火情由探测器等发出报警信号通过总线传回GIS控制楼中控室,中控室内值班人员接收到实时情况,对消防设备进行手动和自动控制,并向外部消防部门上报火警信息。以确保电站值班人员能迅速反应,有效地控制和管理火灾情况,提高了安全管理效率。

4、东庄水电站火灾自动报警系统设计

4.1 火灾报警区域的划分

根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116）和《水力发电厂火灾自动报警系统设计规范》（NBT 10881-2021）的规定,结合东庄水电站厂房特点,东庄水电站报警区域划分为地下厂房区域、地面出线场区域、水垫塘及二道坝三个区域。

4.1.1 地下厂房区域

①主厂房及安装间为一个报警区域；②进场交通洞共分为4个报警区域,约140 m为一个报警区域；③母线洞、主变运输洞为一个报警区域；④主变区域为一个报警区域；⑤电站副厂房为一个报警区域；⑥副厂房至电缆兼交通及通风竖井为一个报警区域。

4.1.2 地面出线场

①电缆兼交通及通风竖井为六个报警区域；②尾水闸交通洞为一个报警区域；③尾水防洪闸为一个报警区域；④GIS综合楼为两个报警区域。

4.1.3 水垫塘、二道坝区域

①水垫塘抽水泵室为一个报警区域；②水垫塘检修交通洞为一个报警区域；③二道坝闸室为一个报警区域。每个报警区域划分为若干个探测区域,各报警区域根据电站的特点和各建筑物的功能划分为若干个探测区域[2],每个探测区域包括若干具有独立地址编码的探测模块,单个探测区域面积不大于500 m2。

4.2 各区域探测器设备的选型

4.2.1 地下厂房及场外区域主要火灾探测器的选择

地下厂房火灾探测器设备,不仅要能够适应地下环境的特殊条件,还要求探测设备对火灾要有高度敏感性。感烟探测器可响应悬浮于大气中的燃烧和热解产生的固体或液体微粒。对火灾初期产生阴燃并产生大量烟雾的区域采用感烟探测器；感温探测器可响应异常温度、温升速率的温差变化,对于火灾发展迅速,可产生大量热、烟等的区域采用感温火灾探测器。线型光束感烟火灾探测器主要以红外光束作为探测源,通过烟雾扩散至探测范围进行报警；图像型火灾探测器通过采集视频信号并转换成图像,对图像进行分析处理来判断火灾情况,对于火灾发展迅速,有强烈火焰辐射和少量烟、热等的场所选用此探测器。

4.2.2 电缆兼交通及通风竖井主要火灾探测器的选择

东庄水电站电缆兼交通及通风竖井位于尾水闸室右侧,作为连接地下厂房和出线场的竖直通道,电梯顶部高程为843.00 m,通过上部平洞与出线场844.00 m衔接,底部高程为590.00 m,电站地下厂房与出线场间有250多米高的落差,既往的水电工程中,鲜有如此高的落差；其在线路设计、敷设安装、电气防火等的要求均高于普通厂房。

缆式线型感温火灾探测器及线型光纤感温火灾探测器均适用于电缆隧道、竖井、夹层等场所,传统的缆式线型感温火灾探测器防火分区不大于200 m,对于长距离敷设,工程量大且敷设成本高,且只能对设定的温度如65℃、85℃、105℃进行报警,在有强电环境下,有误报的可能性。

线型光纤感温探测器适用于长距离敷设,且是一种无电检测技术,非常安全。该技术的原理是通过测量光纤中的瑞利后向散射光的变化来检测温度变化。当温度升高,散射光的强度会有细微的变化,通过专用设备可以检测这些变化,并准确反映出火灾发生的具体位置。光纤感温火灾探测器用于全厂电缆的温度监测和报警。光纤感温探测技术具有多种优势：它能够提供连续的温度监测,覆盖范围广,响应速度快。此外,光纤材料对环境条件（如湿度、化学腐蚀）具有很高的抗性,非常适用于地下水电站这样的恶劣环境中。更为重要的是,光纤感温系统不受电磁干扰,能保证监测的稳定性和可靠性。

据此在电站内的电缆夹层、电缆竖井、电缆廊道中利用了线型光纤感温火灾探测技术。线型光纤感温火灾探测系统图见图2。

图2 线型光纤感温火灾探测系统图

4.2.3 东庄水电站各关键区域探测器类型选型表

东庄水电站各关键区域探测器类型选型见表1。

表1 东庄水电站主要场所火灾探测器选型表

选择适合各区域的火灾探测技术,可以显著提高地下水电站的火灾检测能力,及时响应潜在的火灾威胁,确保设施和人员的安全。

4.2.4 其他设备配置方案

GIS综合楼中控室（兼做消防控制室）内,设置火灾报警控制器、消防联动控制器以及图形显示装置等火灾报警设备,以实现中央管理和监控。为了确保火情的反应和通报,每个主要的出入口和消火栓附近都配备了配有带电话插孔的手动火灾报警按钮。全厂扬声器的布局设计也保证在任何防火分区内,从任何位置到最近的扬声器的距离不会超过25 m。此外,在走道中,从最后一个扬声器到走道末端的距离保持在不超过12.5 m,确保声音覆盖的连续性和有效性。

每个报警区域均均匀布置了火灾声光警报器,其布置位置考虑到火灾疏散的实际需要,确保在紧急情况下人员能够迅速、有序地撤离。同时,每个防火分区至少配置一个手动火灾报警按钮,以便在发现火情时可以立即报警。

每个报警区域都设有一个区域显示器,以便有助于在火灾发生时提供直观的位置信息,从而加快响应时间并有效指导疏散行动。这些综合性的布置和设施配置有效地提升整体消防安全管理水平[3]。

4.3 消防联动控制系统

东庄水电站火灾报警控制系统采用集中/现地相结合,自动/手动控制相结合。消防联动控制系统通过与以下关键系统的互连,实现了快速且协调的应急控制。

1）火灾报警系统。当火灾探测器捕捉到初期火灾迹象时,消防联动控制器立即激活报警系统,通过声光信号向全站人员发出警报。

2）水喷雾灭火系统。在检测到火灾时,消防联动控制器接收水流指示器、压力开关和雨淋阀组的反馈信号,并可远程或现场控制雨淋阀组的开启,启动水喷雾灭火。

3）通风排烟系统。为控制火灾产生的烟雾扩散并提高可见度,该控制器将启动排烟系统,打开排烟阀门并启动排烟风机,同时关闭相关区域的通风系统以避免烟雾进一步扩散。

4）消火栓系统。消火栓按钮被触发时,其动作信号不仅作为报警信号,也用来启动消防水泵,由消防联动控制器统一控制。

5）消防广播系统。消防控制室可以手动或依据预设逻辑来控制广播分区,并启动或停止应急广播系统。此外,消防联动控制器能在应急广播时自动录音。

6）消防应急照明和疏散指示系统。在火灾报警触发时,应急照明系统会自动激活,确保所有疏散路径和出口都开启应急照明,帮助在场人员快速、安全地导向最近的安全出口[4]。

5、结论

东庄水电站火灾自动报警系统通过采用先进的火灾探测技术和集成化的控制系统,有效应对了水电站的特定环境和安全需求。在“无人值班”的运营模式下,该系统的自动化程度高,能够实现远程监控和控制,确保在紧急情况下快速有效的反应。通过与电站计算机监控系统的集成,实现了数据和信号的实时交换,提高了火灾管理的智能化水平。同时设计中考虑到了未来可能的扩展需求,预留了与电站其他系统连接的接口。且通过有效的消防联动控制系统,能在火灾发生时迅速启动相应的消防设施,如水喷雾系统、排烟系统和应急照明,确保火灾情况下人员的安全疏散和财产的保护。东庄水电站火灾自动报警系统设计不仅提供了一种针对水电站特定环境优化的解决方案,而且为类似的水电站安全系统设计提供参考。

参考文献:

[1]汪栋.盖孜水电站火灾自动报警及消防联动系统设计分析[J].中国水能及电气化,2018(2).

[2]李巧炎.水电站火灾自动报警系统的设计[J].水机电气,2017(6).

[3]王赵玺,季石宇,宋春丽.以色列水电站火灾自动报警系统关键技术研究及国内现状对比[J].电气时代,2023(08).

[4]赵海峰.火灾报警控制系统在锦屏一级水电站的应用[J].水电与抽水蓄能,2018(12).

文章来源:王含羽,彭丹,李宣凝.东庄水电站火灾自动报警系统设计应用研究[J].陕西水利,2024,(10):130-132.