特高压换流站消防能力提升措施研究

发表时间:2020/9/18   来源:《中国电业》2020年13期   作者:马明智
[导读] 现如今,人们生活质量在不断提高,对于电力的需求在不断加大,
        马明智
        安徽电力工程监理有限公司  安徽合肥  230000
        
        摘要:现如今,人们生活质量在不断提高,对于电力的需求在不断加大,从电力行业近期几起火灾事故来看,提升特高压换流站的消防系统应急能力对保障设备运行安全,挽回财产损失具有重要意义。为此,文中首先分析了以往特高压换流站常规消防系统的组成及功能,并接着阐述了常规消防措施存在的不足,最后从泡沫消防系统、阀厅屋面喷淋降温系统、应急消防车等3个方面提出了特高压换流站消防能力提升的应对措施,基本实现全站消防全覆盖、高机动性的要求,对后续工程建设具有重要的借鉴意义。
        关键词:特高压换流站;消防能力;水喷雾系统
        引言
        直流输电是目前解决高电压、大容量、远距离送电和电网联网的重要手段。它将交流电通过换流器变换成直流电输送至受电端,再通过换流器变换成交流电送到受端交流电网。与交流输电相比,高压直流输电输送容量大,距离远,传输损耗低,节约占地走廊。
        1特高压换流站地表水源可靠性分析方法
        特高压换流站除外接水源外,根据《直流换流站设计规范》中“当仅有一路水源时,宜设置容积不小于3d用水量的生产用水储水池”的规定,当换流站储水池容量足够时,只需保证水源逐日平均流量累计频率达标即可;当换流站储水池容量或存水不足时,外接水源需保证最小日平均流量频率达标;当换流站无储水池、储水池清洗或检修时,外接水源需保证最小瞬时流量频率达标。同时,由于换流站取水是一个系统工程,其取水水厂设备的可靠性也是需要考量的一个方面。因此,换流站外接水源分析方法如下。1)特高压换流站取水水厂供水能力应满足换流站日用水需求,且水厂水处理设备应可靠且重要设备双重化配置。2)采用频率曲线对外接水源最小日平均流量频率、最小瞬时流量频率和逐日平均流量累计频率进行计算,流量大于换流站需求的频率需大于97%。3)频率计算模型一般采用P-Ⅲ曲线,特殊情况可根据水源流域特点选取。
        2特高压换流站消防能力提升措施
        2.1换流变水喷雾消防系统
        换流变压器是特高压直流换流站核心设备之一,体积巨大,是整个换流站最大的含油设备,通常情况下±1100kV换流变含油280t左右,如若发生火灾,将威胁全站安全稳定运行,为此特高压换流站每台换流变均设计水喷雾消防系统有效覆盖变压器油箱本体、油枕及油坑。换流变水喷雾消防系统主要由雨淋阀、换流变压器感温电缆(感温电缆缠绕在换流变本体上)、水雾喷头和火灾探测报警自动控制系统等组成。当换流变本体上的感温电缆探测到温度升高时,感温电缆检测模块会发送信号到消防系统主机。当消防报警系统接收到火灾探测器发出的报警信号和变压器重瓦斯动作信号,通过控制箱,电动开启与着火设备相对应的雨淋阀组,或由火灾探测传动系统自动开启与着火设备相对应的雨淋阀组,安装在着火换流变四周的所有水雾喷头一起喷雾灭火。
        2.2直流开关场检修、巡视通道优化
        (1)在阀厅端部套管下部增加了1条贯穿直流开关场的检修道路,方便运行单位检修套管、监测箱等设备。(2)为高压出线隔离开关及直流滤波器组高压开关设置了1条检修道路,该道路一直通至直流滤波器高压电容器塔,方便对高压开关和直流滤波器高压电容器塔的检修。(3)利用电缆沟和专设的检修通道对直流开关场内断路器和其他隔离开关进行检修。


        2.3换流变雨淋阀系统
        换流变压器含有大量的绝缘油,发生火灾时,蔓延速度快,传统消防水泵不能及时有效覆盖着火区域,为此特别设计了雨淋阀系统。该系统主要由雨淋阀、换流变压器感温电缆(感温电缆缠绕在换流变本体上)、水雾喷头和控制装置组成。当换流变本体上的感温电缆探测到温度升高时,感温电缆检测模块会发送信号到消防系统主机。如果主机屏设置为手动模式,系统会提醒运行值班人员手动起动雨淋阀喷水灭火;如果主机屏设置为自动模式时,主机会发控制命令至雨淋阀就地控制箱,雨淋阀自动打开,喷水灭火。此外,其启动回路中还串入换流变所在500kVGIS交流场串的开关常闭接点,确保换流变所在串的边开关及中开关都在分位即换流变不带电时,雨淋阀才具备起动条件,防止换流变带电运行时雨淋阀系统误动作。
        2.4电气设计
        为了避免由电气元件造成的火灾,换流阀的电气设计应遵循以下原则:(1)电气元件均采用无油化设计。(2)尽可能减少电气连接。(3)设计电气元件参数时,应留有足够的安全系数,确保换流阀在任何运行条件下都不会过热;电气连接采用螺栓或焊接螺栓,确保连接牢固、可靠,避免接触电阻过大而产生过热和电弧。(4)阻尼电容为干式电容器,采用不易燃烧气体(氮或SF6或这些气体的混合物)作为电介质,消除起火的可能性。(5)阻尼电阻采用专门的散热器冷却,采用过负荷试验校核。(6)电抗器结构紧凑、设计容量大、连接牢固。对于电抗器设计详细的散热结构并合理设计其热特性,使得其在大电流通过时,不会由于电抗器过热或者散热结构不合理而引起火灾发生。(7)TTM板中的电子元件尽可能留有充分的功率裕度,并采用专门的电子散热器件为其散热,由阀内触发监控系统对其进行实时自检。
        2.5泡沫消防系统
        为提高特高压换流站灭火系统灭火能力,保障换流站核心设备运行安全,特高压换流站应增设泡沫消防系统,主要用于换流变压器区域的灭火。该系统由泡沫发生部分和就地灭火部分组成。其中,泡沫发生部分包括泡沫原液及原液罐、平衡式比例混合装置、给水稳压增压装置、消防管网等,主要用于现混产生泡沫,当发生严重火灾时,打开比例混合器进水阀和出液阀;压力水流经比例混合器时,泡沫消防泵的驱动装置(自动或者手动)启动消防水泵抽取泡沫原液罐内的泡沫原液,注入比例混合器中,进而得到一定比例的泡沫混合液,再经过泡沫消防管路将泡沫混合液输送到消防炮塔,消防炮塔上的消防炮自动捕捉火灾区域,喷洒高压泡沫。当泡沫消防泵的出口压力波动时,平衡阀根据消防水的压力和泡沫原液的压力自动调节泡沫原液进口大小,以保证混合比维持在一定范围内。而就地灭火部分包括固定式泡沫消防炮、泡沫消火栓等。固定式泡沫消防炮主要布置在换流变压器的两侧,具有远程手动控制、现场手动控制二种控制方式。远程手动控制可在控制室通过监控图像,远程手动控制炮嘴瞄准火源,启动系统对准火灾设备喷射泡沫灭火;现场手动控制盘具有优先控制功能,手动控制炮嘴瞄准火源,启动系统对准火灾设备喷射泡沫灭火。
        结语
        (1)换流阀结构复杂,元件数量庞大,运行电压、容量较高,是火灾发生的重要隐患。换流站内引起火灾的通常并不是换流阀的主设备晶闸管,而是一些辅助设备,如TE板、电抗器、电容器及阀内冷却系统等均为易于引起火灾事故的薄弱环节。(2)从换流站的设计角度,应尽可能从电气设计、元件选型、阻燃材料选取及机械结构设计等几个方面充分考虑到设备对火灾的预防。(3)作为火灾监测设备,VESDA特早期烟雾探测系统相对于其他监控手段,适用于阀厅内超大空间和复杂的换流阀结构,可作为换流站推荐火灾监测方法。(4)阀厅内换流阀元件故障、冷却系统泄漏、穿墙套管故障等都会引起火灾,可根据对材料的可燃性研究,区别不同的火灾特征,快速地选择出一个适当的消防措施,可减少或消除火灾带来的损失。
        参考文献
        [1]舒印彪,刘泽洪,袁骏,等.2005年国家电网公司特高压输电论证工作综述[J].电网技术,2006,30(5):1?12.
        [2]刘振亚.中国电力与能源[M].北京:中国电力出版社,2012.
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