白鹤滩水电站总装置容量16 000 MW，为世界第二大水电站。电站采用左、右两岸厂房开发，各布置有8台1 000 MW水轮发电机组，为目前世界单机容量最大的水轮发电机组。机电设备主要布置于主副厂房洞及主变洞内，主副厂房洞长438 m，宽31 m，高88.7 m，主变洞总长368 m，宽21 m，高39.5 m。

电站厂房规模庞大，一旦发生火灾，如果失控会造成巨大的人身与财产损失，并严重影响电网运行安全。灭火系统安全可靠是消防系统设计的关键之一。

本工程发电机水喷雾系统与消火栓系统合用管网，根据《水电工程设计防火规范》（GB 50872，以下简称“水规”）相关规定，系统用水量按照设备一次灭火用水量与建筑物一次灭火用水量较大者确定：发电机灭火设计流量(35+10) L/s，火灾持续时间10 min，总用水量27 m?；建筑物灭火设计流量20 L/s，火灾持续时间2 h，总用水量144 m?。系统设计流量按45 L/s，消防水池设计容量按不小于144 m?确定，最不利消火栓位于主变洞顶层（EL.622.30 m）。

消防给水系统采用高压供水系统，利用厂区防渗排水系统灌排廊道（EL.707.40 m）进行扩挖并浇筑形成高位消防水池（有效容积315 m?），消防水池补水取自电站自建3万m?/d净水厂。从消防水池引出两路DN150供水管分别沿两路出线竖井下行，在主变洞电缆廊道交通洞减压至0.44 MPa后接入主变洞消防给水环网。以左岸为例，消防水池布置如图1所示。

图1 地下厂房消防水池布置

根据地下厂房防火分区划分，将消火栓系统划分为主厂房、副厂房及主变洞三大区域环网，各环网之间通过两根DN150供水管联络，并最终与消防水池两根DN150出水管相连，保证各区域消防系统安全可靠。结合百万机组的尺寸特点，主厂房消火栓采用上下游双侧布置，主环网设置于水轮机层，并以机组段为单元在水轮机层及蜗壳下层分别设置上下游联络管，形成一主八副的消防供水环网；主变洞消火栓横干管分别设置于主变搬运道及拱顶通风层，由各消防立管实现互联互通，并通过3#、6#母线洞与主厂房消火栓管网互联互通；副厂房在底层及顶层设置横干管，由各消防立管成环后通过水轮机层与主厂房消火栓管网互联互通。各消火栓直接从环网上引出，布置满足任何着火点均有两股不小于13 m的充实水柱同时到达。消火栓系统原理见图2。

图2 消火栓系统原理

从厂房消火栓给水管网上引出一路支管至安装场进口附近，设置消防车取水点及水泵接合器，用于初期火灾扑救及应急供水。

发电机是水力发电厂最主要的电气设备之一，由转子和定子两部分组成，在运转时产生大量热量，若冷却装置失效会造成定子线棒过热温度升高，使绕组绝缘降低造成漏电或短路，引起绝缘材料燃烧造成火灾。

电站发电机消防采用水喷雾灭火系统，水源取自主厂房水轮机层DN150消防供水总管。系统设计参数依据“水规”进行确定，发电机定子上下端部线圈圆周长度上的设计喷雾强度不小于10 L/（min·m），左、右岸每台发电机的水喷雾灭火水量分别取126 m?/h和120 m?/h，喷雾水压力不小于0.4 MPa，灭火时间取10 min。

每台发电机的水喷雾灭火用水分别由设在消防供水管上的雨淋阀组控制。在发电机机坑内还设有感温、感烟火灾探测器，可自动报警。在消控中心接到发电机火警信号，可经人工确认后远方或现地手动启动雨淋阀组，进行发电机水喷雾灭火；也可自动启动雨淋阀组，进行发电机水喷雾灭火。

副厂房内的二次监视室、计算机室、通信机房和主变洞内的500 kV继保室，考虑其在电网中的重要位置，设置气体灭火系统。在气体灭火系统选择时，对于有人场所目前国内常用的介质有IG541，七氟丙烷以及IG100。各系统基本特性见表1。

表1 各气体灭火系统比较

尽管七氟丙烷以其价格低廉、储存压力较低的优点被广泛应用于民用、工业建筑，但其在高温条件下分解产生的氟化氢对精密电气设备有一定程度上危害，同时对于其温室效应业内也有一定争议；而IG541介质中由于其含有少量的CO2气体，一旦在充装过程中混入了水分，钢瓶经长期腐蚀后会造成强度降低，近年来南京、杭州等地均发生IG541气瓶爆炸事故。依托于设计、制造、验收规程规范的不断完善以及制造成本不断降低，IG100系统以其高效、环保、安全的特点逐渐崭露头角。本工程亦采用了IG100气体灭火系统，系统设计参数依据《惰性气体灭火系统技术规程》（CECS312）及《气体消防系统选用、安装与建筑灭火器配置》（07S207）进行确定，灭火设计浓度不小于40.3%，不大于无毒反应浓度43%，喷放时间不大于60 s。系统采用自动、手动及机械应急3种启动方式，同时瓶组采用1主1备，在线手动切换。

细水雾系统因其灭火效果好、电气绝缘性好、灭火用水量少等优点已广泛应用于档案、地铁等场所。水电行业中运用较多的为电缆隧道场所，而在主变压器消防上仅在63 MVA的小规模变压器上进行了探索。为保证白鹤滩左、右岸16台375 MVA主变压器灭火系统设计的安全可靠，有必要在完成细水雾系统设计后采用灭火试验进行数据验证。

6.1 系统构成及喷头布置

试验模型以主变压器实体为基准1∶1构建，细水雾系统按照局部应用开式系统设计，由储水箱、供水装置、过滤装置、控制阀、管路系统、细水雾喷头、火灾探测报警系统等组成，补水水源取自生活供水系统。系统设计参数按照《细水雾灭火系统技术规范》（GB 50898）进行确定，设计喷雾强度不小于2 L/（min·m2），系统设计流量为471 L/min，持续喷雾时间24 min，一次用水量为12 m?。供水装置采用高压柱塞式泵组，主泵按照4用2备进行配置，单泵参数Q=125 L/min，H=15 MPa；稳压泵按照1用1备配置，单泵参数Q=30 L/min，H=1.28 MPa。系统管网采用316 L奥氏体不锈钢。

喷头分两层围绕变压器本体布置，第一层离地1.5 m，第二层离地4.2 m，对底部集油坑、冷却器及油枕增设专用喷头保护，如图3所示。喷头流量系数K采用1.0/1.7，工作压力不小于10 MPa。

图3 主变细水雾系统

6.2 火灾模拟及监测

在试验模型底部设置14个油盘，油盘平面尺寸2 580 mm×2 000 mm至1 070 mm×1 000 mm不等，每个油盘注入100 mL汽油和一定量柴油作燃料，燃料层总厚度按20  mm控制，以此进行火灾模拟，油盘布置见图4。对每个油盘设置温度监测，对主变第二层管网、油枕喷头管网及冷却器顶部管网设置压力监测。

图4 试验油盘布置情况

6.3 试验结果及分析

部分探测仪器因在试验过程中受损严重，不纳入统计数据范围，有效的9组温度数据见表2。

表2 各油盘温度及灭火历时

可见各油盘的最高温集中出现在点火后第55 s；点火后第53 s，灭火系统启动，各油盘的温度迅速降低，第63 s各油盘温度已低于柴油燃点（350 ℃），第107 s各油盘温度低于柴油闪点（65 ℃），最长灭火计时为54 s，灭火历程见图5。综合分析油盘所处位置，灭火历时最长的3#/4#油盘均靠近试验区进风口，供氧充足且受一定风速影响，表明环境因素对细水雾系统的灭火效果有一定影响。

图5 各测点实测温度与压力值

试验结果表明，在受限空间下细水雾系统对于主变压器火灾具有较好的降温和灭火效果。

（1）拱顶层主要用于布置通风排烟管路及风机，且大多仅在两端头设置楼梯，无法满足疏散距离要求，故以往工程一般将其定义为吊顶空间而非一个自然层。但根据2018年实施的《建筑防烟排烟系统技术标准》(GB 51251）将拱顶内的排烟风机设置了独立隔间后，该区域再认定为吊顶空间显得稍显牵强，基于消防灭火系统安全性考虑建议对该部位增设消火栓系统。

（2）慎重使用双栓消火栓，确实要使用时必须从消火栓环网的检修阀两侧接出，且应征得当地行政主管部门同意后实施。

（3）气体灭火系统配置药剂量除满足防护区最低环境温度下设计浓度要求时，还应核算防护区最高环境温度下的实际设计浓度，不宜高于无毒反应浓度。

（4）细水雾系统在主变室封闭空间下有较好的灭火效果，同时对于大型变压器可有效减小配套设施（主变消防排水管、事故油池）的规模，但在室外敞开主变环境下的应用效果还有待研究。

推荐资料：

某水电站厂区工程施工管理工作报告

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[新疆]一级水电站厂区枢纽工程施工组织设计2015