淺析變電站的電氣防火距離

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電氣設備的防火機理分析

電氣設備的防火主要針對帶油設備，設備按照含油量來確定相應的防火標準，這是各標準和規范都明確的。即使在GB50016-2006《建筑設計防火規范》中，也可將帶油電氣設備歸于丙類液體閃點大于等于60℃貯罐類別。GB50229-2006《火力發電廠與變電站設計防火規范》以下簡稱《防火規范》中，針對油浸變壓器的防火機理有著十分詳細的說明，具體如下：油浸變壓器內部貯有大量絕緣油，其閃點在135～150℃，與丙類液體貯罐相似，按照GB50016-2006《建筑設計防火規范》以下簡稱《建筑防火》的規定，丙類液體貯罐之間的防火間距不應小于0.4DD為兩相鄰貯罐中較大罐的直徑。可設想變壓器長度為丙類液體貯罐的直徑，通過對不同電壓、不同容量的變壓器之間的最小防火間距按0.4D計算得出，考慮到油浸變壓器的火災危險性比丙類液體貯罐大，而且是變電站的核心設備，其重要性遠大于丙類液體貯罐，所以規定防火間距應大于0.4D。根據經驗，變壓器著火后，對地面的最大輻射強度是在與地面大致成45°的夾角范圍內，要避開最大輻射溫度，變壓器之間的水平間距必須大于變壓器的高度。因此，《防火規范》中將戶外油浸變壓器含油量大于2500kg之間的防火間距按電壓等級劃分如表1。另外，《防火規范》中6.6.3章節規定“油量為2500kg及以上的變壓器或電抗器與本回路油量為600kg以上且2500kg以下的帶油電氣設備之間的防火間距不小于5m”。

電氣設備的防火距離分析

綜合前節變壓器的防火機理，并結合變電站電氣設備的運行要求，筆者認為設置設備防火距離主要基于設備含油量水平及相鄰設備的重要性分類。1設備含油量水平一般來說，《防火規范》主要適用于含油量為2500kg及以上的電氣設備的防火要求，也就是說變電站內電氣設備具有的足夠火災危險性，即自身燃燒對于一定范圍的輻射影響。由于設備含油量及外廓高度隨著電壓等級的提高而增大，因此不同電壓等級的含油設備可以參照表1確定防火距離。另一方面，對于含油量為2500kg以下的電氣設備防火不在《防火規范》規定范圍，應參照《建筑防火》的丙類液體貯罐防火標準，采用不小于0.4DD為設備外廓長寬之和的一半數值，等效為罐體直徑的數值。2相鄰設備的重要性分類《防火規范》中6.6.3章節中，提出變壓器與本回路600kg~2500kg的帶油電氣設備之間的防火間距可一律選擇5m，從而不受變壓器電壓等級的限制。基于此，筆者創造性提出防火距離兩端的相鄰設備防火指向性概念，以便進一步研究確定防火距離。防火指向性概念的提出，完全建立在相鄰設備含油量和火災危險影響性評估的基礎上。比如，同一間隔的含油設備之間，當含油量達到規范標準時，相對不重要的設備對重要設備的防火要求就是彼此防火距離的主要決定因素。3防火距離分析圖1所示場地為典型的500kV變壓器場地，主要包括主變壓器、35kV配電裝置、35kV電容器及電抗器等設備。各電氣設備一般按照功能區域進行布置，滿足相互之間必要的電氣距離、安裝、巡視、運維及檢修的空間要求，在此基礎上進行設備防火距離的綜合分析。1不同主變壓器之間不同主變壓器例如圖中#1、#2變壓器之間的防火距離嚴格按照《防火規范》要求，500kV等級采用10m控制，緊湊布置時如圖設置滿足標準的防火隔墻。同理，主變壓器與其它主變回路的配電裝置、電容器及電抗器等電氣設備的防火距離均按此控制。500kV變壓器多采用單相型式，根據《防火規范》要求，同組變壓器單相之間防火距離同上，500kV等級采用10m控制，緊湊布置時設置滿足標準的防火隔墻。2主變壓器和相鄰變壓器附屬電氣設備之間分析同1。3主變壓器和本回路35kV配電裝置之間35kV配電裝置中主要含油設備為互感器，單臺設備含油量一般少于600kg，因此按照《防火規范》，主變壓器對于由自身35kV側引接的配電裝置電氣設備應該沒有防火要求。究其原因，35kV配電裝置含油量小，火災危險性及延伸性影響小，因此防火設置是單向的，考慮到35kV配電裝置本質上是輔助變壓器發揮功能，重要性上不如變壓器，按照防火指向性概念，可根據《建筑防火》的丙類液罐的規定確定防火距離不小于0.4D，D值為尺寸較大的主變壓器外廓長寬之和的一半取值。目前變電站的常規布置均能自然滿足該要求。4主變壓器和本回路中性點設備之間分析同上，考慮重要性不同，按照防火指向性概念，按照《建筑防火》規定防火距離不小于0.4D，D值為尺寸較大的主變壓器外廓長寬之和的一半取值。5主變壓器和本回路裝配式電容器之間裝配式電容器由許多含油小單元組成，每個單元的含油量不多約十余千克左右，雖然總體含油量較高，但和相同含油量的單體設備在火災上還是不能相提并論。考慮重要性不同，按照防火指向性概念，可根據《建筑防火》規定防火距離不小于0.4D，D值為尺寸較大的主變壓器外廓長寬之和的一半取值。6主變壓器和大容量集合式電容器、油浸式電抗器之間大容量集合式電容器和油浸式電抗器的單體含油量一般都超過了2500kg。按《防火規范》中同電壓等級變壓器確定，以500kV為例，防火距離設置為10m。735kV電容器之間并聯電容器屬于變電站的無功補償裝置，考慮到電容器投切需要滿足母線電壓波動及系統無功和電壓的調節要求，一般每臺變壓器的電容器分為若干組。同一主變下的電容器比如圖1中的#2、#3電容器實質是發揮了同一種功能，只不過由于電網系統要求而進行分組，其在變電站的重要性可不分開單獨考慮。目前電容器主要應用型式包括裝配式和大容量集合式類型。對于裝配式或單體油量不超過2500kg的集合式電容器，由于單體油量不大，因此同一變壓器下各組電容器之間可參照《建筑防火》的丙類液罐的規定即0.4D。以變電站常規的60Mvar電容器為例，電容器本體最大的等效D值為7~8m，因此同臺變壓器下不同電容器本體之間的防火距離控制在0.4D即3.5m以內。不同變壓器下各組電容器之間參照《防火規范》中同電壓等級變壓器，以35kV為例，防火距離設置為5m。對于大容量集合式，單體油量超過2500kg時，彼此之間的防火距離參照《防火規范》中同電壓等級變壓器，以35kV為例，不論相同主變還是不同主變下，防火距離一律設置為5m。835kV電容器與相鄰配電裝置之間分析同7。935kV油浸并聯電抗器之間考慮到含油量超過2500kg，因此同主變或不同主變下的油浸并聯電抗器之間，均可參照《防火規范》中同電壓等級變壓器的防火要求設置防火距離。以35kV為例，電抗器本體之間防火距離應設置為5m。1035kV電容器和電抗器之間如采用油浸式電抗器，則參考上述9選擇防火距離；如采用干式空心電抗器，則參考上述7選擇防火距離。11其它工程中其它情況都可在上述1~10條中選擇參照執行。上述分析結果以表2匯總表示。

成果的檢驗

為進一步與工程建設現狀相協調，應結合現有規程規范和工程實踐，檢驗前述按照設備含油量水平和重要性分類來確定防火距離的設計思想。1GB50016-2006《建筑設計防火規范》電氣含油設備可歸于丙類液體貯罐，規范中4.2.2條地上丙類液體貯罐之間的防火間距為0.4D，前文分析結果皆大于0.4D，滿足本規范要求。2GB50229-2006《火力發電廠與變電站設計防火規范》規范中11.1.4規定了變電站內各建構筑物及設備的防火間距，其中對于可燃介質電容器與變壓器和配電裝置的防火間距規定為10m，在實際工程執行中有較多爭議，建議按照本文研究的成果對該防火間距進行區別規定。3GB50227-2008《并聯電容器裝置設計規范》規范中9.1.1條要求執行GB50229的相關規定，與第2條一致。4DL/T5352-2006《高壓配電裝置設計技術規程》規程中8.5.5和8.5.7條中規定了屋外油浸變壓器之間、油浸變壓器和本回路含有設備的最小防火間距，前文分析結果能滿足本規范要求。5DL5027-1993《電力設備典型消防規程》規程中7.3.2條規定了屋外油浸變壓器之間、油浸變壓器和本回路含有設備的最小防火間距，，前文分析結果能滿足本規范要求。規程中7.6.3條規定，室外布置的電力電容器與高壓電氣設備需保持5m及以上的距離，并沒有考慮防火指向性，建議以本文分析結果對設備進行重要性分類來確定防火距離。6《國家電網公司變電站通用設計》以通用設計方案中500kV變電站主變壓器場地為例，設備布置的相互間距與第4章的分析結果一致。

變電站的防火是一項系統工程，與電網運行密不可分，有著豐富的理論依據和運行經驗作為支撐。但現有規程和標準的某些規定并不明確，在工程建設中有爭議，因此有必要對于防火距離開展深層次研究，從而尋求安全性和經濟性之間的平衡，這也符合當前電網建設“兩型一化”的指導思想。筆者憑借多年工程設計經驗進行探索，嘗試為今后深入研究拋磚引玉，期冀能給未來相關技術標準的完善和修編提供一些參考。

本文作者：李海烽工作單位：江蘇省電力設計院