王 琛，李 舲，張 斌

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

坪頭水電站總裝機(jī)總?cè)萘繛?80MW，主、副廠房均為地下式廠房。主廠房發(fā)電機(jī)層高程為602.50m。

根據(jù)廠址所處位置多山的特點(diǎn),在條件具備時(shí)應(yīng)盡可能修建高位水池，采用常高壓供水系統(tǒng)。高位水池提供的水壓應(yīng)滿足消防供水管最不利用水點(diǎn)的最小水壓的要求。根據(jù)所需最大消防壓力和流量估算，消防水池的設(shè)置高程應(yīng)不低于663.00m，水池容積不小于220m3。

由于電站廠房附近地勢復(fù)雜，經(jīng)現(xiàn)場踏勘及分析，廠區(qū)附近無法找到滿足高位水池修建高度和平面尺寸的場地，如在更遠(yuǎn)處設(shè)置又會(huì)增加管線敷設(shè)施工難度和管理難度。因此，在常高壓消防系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)的情況下，設(shè)計(jì)采用了穩(wěn)高壓消防系統(tǒng)向廠區(qū)各用水點(diǎn)供水。

2 電站供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)坪頭水電站工程建筑布置，采用室內(nèi)外消防、生活給水合用系統(tǒng)。

2.1 供水區(qū)域及保護(hù)對象

經(jīng)計(jì)算，消防及生活各用水點(diǎn)用水量及用水要求見表1。

表1 用水需求

2.2 穩(wěn)高壓供水系統(tǒng)

穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)由一座有效容積為220m3的消防水池、兩套消防主泵(一用一備)、兩套穩(wěn)壓泵(一用一備)及一套氣壓罐組成。系統(tǒng)圖見圖1。

圖1 坪頭水電站廠區(qū)消防及生活供水系統(tǒng)示意

2.2.1 低位消防水池

本工程消防設(shè)計(jì)為室內(nèi)、外消防共用穩(wěn)高壓消防系統(tǒng)，由穩(wěn)壓系統(tǒng)提供消防壓力，此時(shí)消防水池的高程可根據(jù)廠區(qū)地形來設(shè)置。在低區(qū)設(shè)置消防水池，施工難度較小，管理便利。

根據(jù)水利水電工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范SDJ278-90第9.1.3條，消防給水量按一個(gè)設(shè)備一次滅火的最大滅火水量和一個(gè)建筑物一次滅火的最大滅火水量二者用水量的較大者確定。由此確定消防水池有效容積為220m3，其中200m3為消防用水量，不作他用，其余20m3為廠區(qū)生活用水調(diào)節(jié)容積。

2.2.2 消防主泵

在穩(wěn)高壓給水系統(tǒng)中，系統(tǒng)各用水點(diǎn)水壓及流量均由加壓系統(tǒng)提供，其中室內(nèi)、外各消防用水點(diǎn)的水壓及流量由消防主泵提供。由表1可知，用水對象需要的水壓及流量波動(dòng)范圍較大。為滿足系統(tǒng)中所有用水點(diǎn)的用水要求，加壓系統(tǒng)的工作流量應(yīng)為36～500m3/h，最大流量發(fā)生在主變壓器消防時(shí)，主變消防用水點(diǎn)壓力不應(yīng)小于0.5MPa，因此系統(tǒng)提供的壓力應(yīng)不小于70m。通過計(jì)算沿程水損及最不利點(diǎn)與加壓泵房的高差，消防主泵選擇流量為500m3/h、揚(yáng)程為70m的立式離心泵。通過使用變頻器變頻滿足各個(gè)消防用水點(diǎn)的工況。

消防主泵配置兩套，一用一備，主泵發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)備用泵，保證系統(tǒng)的平穩(wěn)可靠性，由各點(diǎn)火災(zāi)報(bào)警情況控制泵的流量及啟停。

2.2.3 穩(wěn)壓泵及氣壓罐的設(shè)置

由于本系統(tǒng)為生產(chǎn)、生活及消防合用系統(tǒng)，生產(chǎn)和生活用水均接自消防管，因此系統(tǒng)還需要考慮電站的生產(chǎn)、生活用水。

廠區(qū)內(nèi)僅有副廠房，值班室設(shè)衛(wèi)生間，計(jì)算得生活用水流量為4.32m3/h；廠區(qū)生產(chǎn)用水單獨(dú)設(shè)置水池，水池僅有少量滲漏水的補(bǔ)水取自消防系統(tǒng)。設(shè)兩套流量為5.5m3/h、揚(yáng)程為70m的變頻穩(wěn)壓泵，兼作生活泵，提供生活雜用水及系統(tǒng)滲漏水的補(bǔ)水所需流量及壓力。

同時(shí)為保證系統(tǒng)穩(wěn)定并減少穩(wěn)壓泵啟動(dòng)次數(shù)而設(shè)置氣壓罐。參考GB50045-95《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中第7.4.8條規(guī)定，對于氣壓給水設(shè)備的氣壓水罐其調(diào)節(jié)水容量為兩支水槍和5個(gè)噴頭30s的用水量，氣壓罐的容積設(shè)為0.45m3。

為防止生活用水管超壓，在生活用水管上設(shè)置可調(diào)式減壓閥，閥后壓力為0.4MPa。

2.2.4 控制要求

消防主泵每套設(shè)置1臺(tái)控制柜，穩(wěn)壓泵設(shè)置1臺(tái)控制柜，PLC控制柜設(shè)置在這3臺(tái)控制柜任意一臺(tái)中。2臺(tái)主泵和2臺(tái)穩(wěn)壓泵分別由變頻器控制，控制方式為變頻控制一對一，一用一備，穩(wěn)壓泵為消防系統(tǒng)保壓的同時(shí)兼向廠區(qū)生活供水。變頻控制器帶有自動(dòng)、手動(dòng)開關(guān)，以及單臺(tái)水泵的啟停開關(guān)，操作人員可通過操作盤上的調(diào)節(jié)器手動(dòng)給定每臺(tái)水泵的變頻值。

正常運(yùn)行時(shí)，供水主管上的壓力傳感器對管道內(nèi)水壓進(jìn)行檢測，將信號(hào)傳至控制柜的PLC，通過PLC控制器與設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較、運(yùn)算和調(diào)節(jié)，并根據(jù)比較、運(yùn)算、調(diào)節(jié)結(jié)果實(shí)施對水泵的啟動(dòng)和變頻進(jìn)行控制；變頻供水成套設(shè)備消防主泵啟動(dòng)由消防報(bào)警信號(hào)控制(主變消防、主廠房、發(fā)電機(jī)層、副廠房部位的消防報(bào)警信號(hào))以及消防控制中心人工按鈕啟動(dòng)。不同的地點(diǎn)發(fā)生火災(zāi)消防控制中心反饋不同的信號(hào)，PLC根據(jù)此信號(hào)在保證壓力的同時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)所需的流量。

消防主泵的變頻控制系統(tǒng)和穩(wěn)壓兼生活變頻系統(tǒng)采用各自的壓力變送器采集壓力信號(hào)。當(dāng)生活用水時(shí)，氣壓罐作為穩(wěn)壓裝置首先向管網(wǎng)提供少量補(bǔ)水；當(dāng)生活用水壓力繼續(xù)降低時(shí)，信號(hào)反饋給控制柜，啟動(dòng)穩(wěn)壓泵增壓；若管網(wǎng)中壓力仍舊持續(xù)降低，則啟動(dòng)報(bào)警信號(hào)，說明供水系統(tǒng)中有管網(wǎng)大量漏水，應(yīng)立即派出檢修人員排查問題并及時(shí)檢修；在自動(dòng)模式下，啟動(dòng)消防主泵應(yīng)有消防控制中心信號(hào)反饋和壓力降信號(hào)同時(shí)反饋才能啟動(dòng)，避免消防主泵的誤操作。當(dāng)消防火災(zāi)發(fā)生時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉穩(wěn)壓系統(tǒng)運(yùn)行，確保消防供水。

3 結(jié) 語

對于在山區(qū)無條件設(shè)常高壓消防給水系統(tǒng)的水電站，采用建立穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的方式，通過設(shè)置消防主泵滿足各消防工況的用水要求，通過設(shè)置穩(wěn)壓泵及氣壓罐，滿足平時(shí)少量的生活用水要求和穩(wěn)定管網(wǎng)水壓，既隨時(shí)保持了最不利點(diǎn)的水壓和流量要求，又保證了消防給水的可靠性。穩(wěn)高壓系統(tǒng)可設(shè)置在廠房附近，管線敷設(shè)短，施工難度低，同時(shí)又便于維護(hù)管理。