張德浩 趙浩 王利濤 魏冬陽 何李

摘要：

本文主要介紹了抽水蓄能電站的火災(zāi)特點(diǎn)，闡述了抽水蓄能電站的常見火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)和防火措施，探討了抽水蓄能電站典型場景超前期火災(zāi)監(jiān)測方法的有效應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，旨在加強(qiáng)抽水蓄能電站的火災(zāi)監(jiān)測能力。筆者建議采用先進(jìn)的科學(xué)手段來規(guī)避抽水蓄能電站應(yīng)用中的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)抽水蓄能電站火災(zāi)問題，并實(shí)施針對性措施加以解決，保障抽水蓄能電站安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：

抽水蓄能；電站；典型場景；超前期；火災(zāi)監(jiān)測

近年來，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們的生活水平逐步提升，抽水蓄能電站工程項(xiàng)目數(shù)量逐漸增加，規(guī)模不斷擴(kuò)大。通過抽水蓄能電站項(xiàng)目，在提供清潔能源的同時(shí)，對電網(wǎng)實(shí)施削峰填谷措施，滿足人們的用電需求。抽水蓄能電站可通過地形來轉(zhuǎn)化能量，大部分的核心電力設(shè)備均設(shè)置在地下洞體中，封閉環(huán)境下的電力設(shè)備運(yùn)行有著更高的安全要求，必須做好防火管理工作。為加強(qiáng)抽水蓄能電站的火災(zāi)防治工作，必須根據(jù)抽水蓄能電站火災(zāi)特點(diǎn)，在常規(guī)防火措施的基礎(chǔ)上，實(shí)施典型場景超前期火災(zāi)監(jiān)測方法，提高抽水蓄能電站的防火水平，避免抽水蓄能電站發(fā)生火災(zāi)，切實(shí)降低火災(zāi)損失。

一、抽水蓄能電站火災(zāi)特點(diǎn)

抽水蓄能電站中包含了多個(gè)項(xiàng)目，其中發(fā)電系統(tǒng)處于地下廠房中。發(fā)電系統(tǒng)中的控制柜、主變壓器、發(fā)電機(jī)組等設(shè)備均集中于封閉環(huán)境之中，容易引發(fā)電力火災(zāi)。抽水蓄能電站的火災(zāi)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（一）較強(qiáng)的隱蔽性

由于電站廠房主要位于地下，而且承載著高電壓、大負(fù)荷，屬于相關(guān)人員的監(jiān)控盲區(qū)，很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的發(fā)生。

（二）煙霧濃度高

抽水蓄能電站一旦發(fā)生火災(zāi)，容易產(chǎn)生濃度較大的煙霧。因?yàn)榈叵聫S房的通風(fēng)性相對較差，主要處于封閉環(huán)境中，只有部分通道和外界相連，這就導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生后內(nèi)部空氣流通較慢，火災(zāi)阻燃時(shí)間相對較長，早期的時(shí)候容易形成微小煙霧顆粒，煙霧濃度上升速度非?？靃1]。

（三）撲救困難

抽水蓄能電站的地下廠房若發(fā)生火災(zāi)，其內(nèi)部溫度會(huì)迅速增高，煙霧濃度快速上升，人員難以進(jìn)入到其中進(jìn)行救援，容易導(dǎo)致人員缺氧和中毒，造成較大的傷亡。

（四）損失較為嚴(yán)重

抽水蓄能電站發(fā)生火災(zāi)后，人員疏散難度較大，而且由于在地下車輛也難以進(jìn)入，救援難度非常大，再加上煙霧擴(kuò)散的方向和人員逃生通道的方向相同，設(shè)備燒毀速度非常快，很容易造成嚴(yán)重后果。

二、抽水蓄能電站常見火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)和防火措施

（一）抽水蓄能電站常見火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)

抽水蓄能電站常見火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)主要是主變壓器室火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。該部分的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)包含了多個(gè)方面，比如變壓器自身出現(xiàn)故障或異常發(fā)熱，引發(fā)火災(zāi)；配套電纜、控制柜火災(zāi)。主變壓器在實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱能，需要向外散發(fā)熱量，使自身溫度維持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。其中的繞組、鐵芯均會(huì)在運(yùn)行過程中升高溫度，產(chǎn)生大量熱能，就容易引發(fā)短路問題，致使絕緣層老化，存在一定的火災(zāi)隱患，甚至有可能發(fā)生爆炸。主變壓器配套電纜和控制柜火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)主要由于設(shè)備老化、電阻增加，出現(xiàn)異常發(fā)熱狀況，產(chǎn)生電火花[2]。主變壓器配套電纜的類型較為復(fù)雜，數(shù)量也比較多，如電纜接頭制作存在問題或電纜長期超負(fù)荷運(yùn)行，均容易損傷絕緣層，引發(fā)火災(zāi)問題。電纜發(fā)生火災(zāi)之后，第一時(shí)間難以發(fā)現(xiàn)，火勢會(huì)逐步變大。而相關(guān)政策對火災(zāi)危險(xiǎn)性作出了明確規(guī)定，如油浸式變壓器室火災(zāi)屬于丙類火災(zāi)，電纜廊道火災(zāi)屬于丁類火災(zāi)等。抽水蓄能電站中的高低壓開關(guān)柜也容易引發(fā)火災(zāi)，當(dāng)柜內(nèi)導(dǎo)體出現(xiàn)接觸不良問題時(shí)，電阻會(huì)隨之增大，設(shè)備會(huì)異常過熱，就可能會(huì)熔化接頭材料，損壞絕緣層，引發(fā)柜內(nèi)火災(zāi)。

（二）抽水蓄能電站常規(guī)防火措施

抽水蓄能電站常規(guī)防火措施包含多個(gè)方面，如設(shè)計(jì)完善的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、在洞外設(shè)置消防中心、按照消防規(guī)定設(shè)置滅火裝置、建立健全消防控制系統(tǒng)、設(shè)計(jì)科學(xué)的排煙系統(tǒng)、做好防雷工作等。在常規(guī)防火工作中應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持以預(yù)防為主，根據(jù)實(shí)際情況合理規(guī)劃地下廠房的防火方案，充分利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)來識別火災(zāi)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，并采取有效措施進(jìn)行滅火救援，將火災(zāi)傷害降到最低?？稍诔樗钅茈娬镜幕馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)中，合理安排探測器，其中使用最多的是點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測器。該探測器的基礎(chǔ)原理是光散射，能夠識別一定濃度的煙霧，但火災(zāi)超前期釋放的不可見熱解離子難以被探測到[3]。要注意的是，大部分常規(guī)防火措施屬于事后措施，未能在事前做好火災(zāi)預(yù)防工作。

主變壓器室的常規(guī)消防措施主要包含了以下幾種：第一，吸氣式煙感探測器。該探測器類似于常規(guī)煙感探測器的運(yùn)行原理，能夠有效識別一定濃度的煙霧，主要是通過分析煙霧對光線的遮擋，來判斷是否存在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，但無法識別不可見熱解離子。第二，設(shè)置圖像型火焰探測器。該探測器以模式識別技術(shù)為基礎(chǔ)，可科學(xué)識別火焰產(chǎn)生時(shí)的各項(xiàng)視覺特征，如顏色、亮度等，但在其發(fā)出報(bào)警時(shí)，火災(zāi)已經(jīng)發(fā)生。第三，設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，通過水滴霧化方式來滅火，起到快速降溫的作用，可將氧氣進(jìn)行隔離。電纜的防火措施則主要采用測溫光纖法，在電纜中纏繞測溫光纖，其能夠進(jìn)行有效的溫度測量，但無法探測到不能接觸的區(qū)域。

三、抽水蓄能電站典型超前期火災(zāi)監(jiān)測方法的有效應(yīng)用

（一）熱解離子探測法

抽水蓄能電站設(shè)備在運(yùn)行過程中，如出現(xiàn)過熱情況，并且達(dá)到了耐熱極限時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生不可見的熱解離子。當(dāng)電流異常時(shí)，會(huì)產(chǎn)生瞬間電弧，空氣被電離之后便會(huì)產(chǎn)生大量熱解離子，其濃度會(huì)高出正常范圍，但不會(huì)被常規(guī)的探測器檢測到?；诖?，在實(shí)施超前期火災(zāi)監(jiān)測工作時(shí)，可以使用熱解離子探測法來精確識別不可見的熱解離子，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)抽水蓄能電站的火災(zāi)問題。該探測法根據(jù)水凝結(jié)特性，對熱離子進(jìn)行處理，通過增加濕度、壓力再降壓的方式，統(tǒng)一熱解離子的直徑大小，使之成為大直徑霧狀水滴，基于光散射原理后便能夠分析其遮光、透光率，從而識別空氣中的熱解離子濃度，發(fā)出正確警報(bào)。要注意的是，云霧室空間內(nèi)，增加氣體壓力、濕度額時(shí)，壓強(qiáng)也會(huì)增大，內(nèi)部的溫度會(huì)隨之升高，當(dāng)溫度達(dá)到臨界點(diǎn)之后，水便會(huì)氣化，壓強(qiáng)驟降之后，溫度也會(huì)隨之降低，水蒸氣會(huì)被霧化。水霧可使空氣中不可見的熱解離子成為霧狀水滴，直徑大小相同，一般在二十微米左右，這有利于對熱解離子實(shí)施光學(xué)分析[4]。

熱解離子探測法在抽水蓄能電站火災(zāi)防范中的應(yīng)用有著較好的效果，可通過抽氣泵來抽取空氣樣品，進(jìn)行分析和監(jiān)測，該方法的優(yōu)勢在于較快的響應(yīng)速度，識別精確度相對比較高，適合超前期火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)識別工作。

（二）抽水蓄能電站超前期火災(zāi)監(jiān)測流程

首先，要進(jìn)行高效的空氣采樣工作。電力設(shè)備若出現(xiàn)超前期火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，那么需要采集設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場的空氣樣品，并對其進(jìn)行分析。在分析過程中，要綜合考慮現(xiàn)場的空間結(jié)構(gòu)和環(huán)境特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)科學(xué)設(shè)計(jì)采樣管網(wǎng)，合理布設(shè)空間，確保氣流的通暢性?？墒褂霉芫W(wǎng)吸氣方式來監(jiān)測發(fā)生火險(xiǎn)的區(qū)域，以便促進(jìn)空氣采集效率的提升，從而快速開展數(shù)據(jù)分析工作。其次，要利用熱解離子探測識別火災(zāi)信息[5]。相較于常規(guī)的探測器來說，熱解離子探測的效率更高，靈敏度更強(qiáng)，識別準(zhǔn)確率更高，而且有著較為廣泛的探測范圍。最后，要基于所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，綜合考慮引發(fā)抽水蓄能電站火災(zāi)的各項(xiàng)因素，正確實(shí)施熱解離子監(jiān)測工作，合理布設(shè)空氣采樣管網(wǎng)，科學(xué)測定現(xiàn)場環(huán)境下的熱解離子背景值。前端設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)會(huì)不斷更新、儲存，可根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)繪制監(jiān)測曲線圖，基于背景值來進(jìn)行數(shù)據(jù)變化分析，從變化范圍和維持時(shí)間等方面著手，了解火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)情況。當(dāng)數(shù)據(jù)曲線圖持續(xù)升高，則表明抽水蓄能電站中的熱解離子在不斷增加，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較高，反之則表明火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較低。

除此之外，若火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)是人為因素造成，那么監(jiān)測數(shù)據(jù)變化可能較大，無法將其作為常規(guī)的預(yù)警信息來處理，需要基于現(xiàn)場施工實(shí)況、日常管理計(jì)劃來篩選數(shù)據(jù)信息，同時(shí)發(fā)布火災(zāi)預(yù)警信息[6]。

四、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

為有效應(yīng)用抽水蓄能電站典型場景超前期火災(zāi)監(jiān)測技術(shù)，還需要進(jìn)一步優(yōu)化火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將兩者進(jìn)行有效結(jié)合應(yīng)用，才能真正起到防火效果。

（一）科學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能夠?qū)馂?zāi)的初期特征進(jìn)行有效檢測，可通過溫度探測器、煙霧探測器等采集相關(guān)數(shù)據(jù)，對燃燒產(chǎn)生的煙霧、熱量等進(jìn)行分析，將其變?yōu)樾盘柹蟼髦料揽刂浦行?，以便相關(guān)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)問題，在火災(zāi)還未蔓延之前就被撲滅，保障抽水蓄能電站正常運(yùn)行。在設(shè)計(jì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)時(shí)，可采用分層分布式結(jié)構(gòu)，在采集層中安裝各類火災(zāi)探測器，裝設(shè)手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕；在傳輸層設(shè)置火災(zāi)報(bào)警控制器，并在管理層安裝消防控制設(shè)備[7]。

（二）做好報(bào)警分區(qū)工作

為了方便日常的有效管理，可根據(jù)抽水蓄能電站實(shí)際情況以及典型場景來合理劃分報(bào)警區(qū)域，尤其要關(guān)注地下廠房區(qū)域，這一區(qū)域不僅包含主廠房和副廠房，還涵蓋主變洞。由于該區(qū)域位于地下，較為隱蔽，一旦出現(xiàn)火災(zāi)，難以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，因此必須采取有效的報(bào)警措施。可進(jìn)一步劃分該部分的探測區(qū)域，遵循相應(yīng)原則，如可將發(fā)電機(jī)層、母線層等較大空間區(qū)域劃分成四個(gè)探測區(qū)域；對于副廠房中空間較小的蓄電池室或二次盤柜室等，實(shí)施一個(gè)樓層一個(gè)探測區(qū)域，樓梯間則要每兩層設(shè)置一個(gè)探測區(qū)域。與此同時(shí)，對于逃生通道、通風(fēng)支洞等區(qū)域，要重點(diǎn)關(guān)注，將其劃分為單獨(dú)的探測區(qū)域，安裝火災(zāi)探測器，并且要基于防火分隔來劃分電纜部分的探測區(qū)域。

（三）合理選擇抽水蓄能電站的火災(zāi)探測器

在地下廠房控制室、電纜層等位置可設(shè)置煙感探測器，發(fā)電機(jī)層和主變室等位置則可設(shè)置紅外光束煙感探測器；發(fā)電機(jī)風(fēng)洞、主變壓器室內(nèi)設(shè)置點(diǎn)式感溫探測器；利用光纖測溫裝置來監(jiān)測電纜。同時(shí)，必須靈活運(yùn)用熱解離子監(jiān)測法，做好超前期防火監(jiān)測工作。

（四）實(shí)施有效的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制工作

一方面，要加強(qiáng)對防火排煙設(shè)備和通風(fēng)設(shè)備的控制?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，火災(zāi)報(bào)警控制器要根據(jù)預(yù)先編制的控制指令來關(guān)閉、停運(yùn)通風(fēng)風(fēng)機(jī)和防火調(diào)節(jié)閥，防止火勢蔓延。另一方面，要控制電梯和卷簾門。在發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，要將電梯升降到疏散層，關(guān)閉卷簾門，為人們爭取更多的逃生時(shí)間[8]。除此之外，還要有效控制消防水泵和氣體滅火系統(tǒng)，實(shí)施有效的高壓細(xì)水霧滅火措施。

結(jié)束語

總之，應(yīng)當(dāng)重視抽水蓄能電站典型場景超前期火災(zāi)監(jiān)測工作。應(yīng)基于常規(guī)的防火措施，充分利用熱解離子監(jiān)測方法，不斷優(yōu)化超前期火災(zāi)監(jiān)測流程，提高超前期火災(zāi)監(jiān)測效率，保障監(jiān)測質(zhì)量，并結(jié)合火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用，加強(qiáng)抽水蓄能電站火災(zāi)防控，盡量避免發(fā)生火災(zāi)，并降低火災(zāi)帶來的損失。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：

張德浩（1970- ），男，滿族，遼寧開原人，研究生，高級工程師，研究方向：基建及機(jī)電工程；趙浩（1989- ），男，漢族，陜西靖邊人，本科，中級工程師，研究方向：水利水電工程、能源動(dòng)力、機(jī)械制造；王利濤（1984- ），男，漢族，陜西渭南人，本科，中級工程師，研究方向：抽水蓄能電站智能應(yīng)用；魏冬陽（1993- ），男，漢族，甘肅會(huì)寧人，本科，研究方向：水力發(fā)電工程技術(shù)及建設(shè)管理；何李（1991- ），男，漢族，吉林九臺人，本科，工程師，研究方向：機(jī)械制造。