姚建國

（中國電建集團昆明勘測設(shè)計研究院有限公司，云南 昆明 650051）

1 前言

黃登水電站位于云南省怒江州蘭坪縣境內(nèi)，工程以發(fā)電為主，總裝機容量1 900 MW。電站按“無人值班（少人值守）”原則設(shè)計。

黃登水電站廠房為地下式，廠內(nèi)裝設(shè)4臺單機容量475 MW大型水輪發(fā)電機組。作為水電站最關(guān)鍵的核心設(shè)備，確保水輪發(fā)電機的安全是電站消防設(shè)計的核心工作。根據(jù)《水電工程設(shè)計防火規(guī)范》GB 50872-2014第8.0.1條規(guī)定：“額定容量為25 MW及以上的水輪發(fā)電機組（含抽水蓄能機組）應(yīng)設(shè)置自動滅火系統(tǒng)”[1]。

2 發(fā)電機滅火方式選擇

目前水輪發(fā)電機的滅火方式主要有兩種。第一種是采用水滅火方式，在發(fā)電機定子上、下兩端設(shè)置消防環(huán)管及水霧噴頭，利用雨淋閥開啟水噴霧滅火，可快速地在發(fā)電機上覆蓋水霧滅火、降溫，水霧可同時隔絕火焰，具有很好的滅火效果；缺點是系統(tǒng)啟動后對發(fā)電機破壞較大，繞組、線圈等需干燥、絕緣處理，生產(chǎn)恢復(fù)工作量大、投資大，對電廠造成的損失大。另一種是采用氣體滅火方式，將氣體滅火劑通過管路噴放到發(fā)電機機坑的密閉空間內(nèi)，形成一定的氣體濃度并保持到規(guī)定的浸漬時間，進而撲滅發(fā)電機火災(zāi)，其優(yōu)點是對發(fā)電機破壞小，滅火完成后只需將發(fā)電機機坑內(nèi)的氣體排至廠外，機組即可重新啟動，停機時間短，對電廠造成的損失較??；缺點是系統(tǒng)復(fù)雜，造價和運行維護費用高。

經(jīng)綜合分析比較，黃登水電站水輪發(fā)電機采用氣體滅火方式。

3 氣體滅火介質(zhì)選擇

目前，在氣體滅火技術(shù)上比較成熟、性能指標符合我國現(xiàn)行防火規(guī)范和其它相關(guān)法規(guī)要求，具有實際推廣應(yīng)用價值的氣體滅火材料主要有FM-200（七氟丙烷）、IG541（煙烙盡）、CO2（二氧化碳）和氣溶膠4種產(chǎn)品，其性能指標及經(jīng)濟性綜合對比[2]見表1。

從技術(shù)、經(jīng)濟、安全性及空間布置等因素綜合考慮，選用IG541混合氣體作為黃登水電站水輪發(fā)電機氣體滅火系統(tǒng)的滅火介質(zhì)。IG541氣體滅火劑由大氣中的氮氣(N2)、氬氣(Ar)、二氧化碳(CO2)3種氣體以52%、40%、8%的比例混合而成[2]，其滅火機理屬于物理滅火方式，具有保護環(huán)境、保護生命安全、保護財產(chǎn)安全、保護距離長、使用維護方便等特點。

4 氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計

4.1 氣體滅火系統(tǒng)形式及設(shè)備選擇

IG541混合氣體滅火系統(tǒng)有組合分配式和單元獨立式兩種形式。經(jīng)分析比較，黃登水電站4臺水輪發(fā)電機采用1套IG541全淹沒組合分配式氣體滅火系統(tǒng)[3,4]，該氣體滅火系統(tǒng)同時覆蓋左端副廠房1 487.00 m高程的地下控制室。4臺水輪發(fā)電機各為1個獨立防護區(qū)，地下控制室為1個獨立防護區(qū)，共5個獨立防護區(qū)。

滅火劑設(shè)計用量按組合分配系統(tǒng)中最大一個保護區(qū)計算，最大一個防火分區(qū)（每臺發(fā)電機風罩內(nèi)）的有效容積約為1 800 m3。根據(jù)GB 50370-2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》進行計算，滅火劑設(shè)計用量見表2，滅火系統(tǒng)設(shè)備配置見表3。

4.2 氣體滅火系統(tǒng)布置

氣體滅火劑儲瓶和啟動氣體儲瓶布置在水輪機層左端頭的氣體消防設(shè)備室，高程為1 470.00 m，通過選擇分配閥及管網(wǎng)分別引至4臺水輪發(fā)電機機坑和左端副廠房地下控制室。發(fā)電機氣體滅火供氣管管徑DN125 mm，地下控制室氣體滅火供氣管管徑DN80 mm。管網(wǎng)采用不銹鋼無縫鋼管，與分配閥連接處采用高壓法蘭連接，與消防噴嘴采用絲扣連接。圖1為IG541氣體滅火系統(tǒng)管網(wǎng)透視圖。

4.3 防護區(qū)泄壓設(shè)計

當氣體滅火系統(tǒng)投入時，氣體滅火劑高速噴入防護區(qū)內(nèi)，由于防護區(qū)為密閉空間，防護區(qū)的內(nèi)壓會顯著增加，如果沒有可靠的泄壓措施，防護區(qū)的圍護結(jié)構(gòu)和防護區(qū)內(nèi)設(shè)備將可能承受不住增長的壓力而遭到破壞[5,6]。

表2 氣體消防滅火劑用量計算表

表3 滅火系統(tǒng)設(shè)備配置表

根據(jù)GB 50370-2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》計算，每臺發(fā)電機機坑防護區(qū)泄壓口面積不應(yīng)小于0.57 m2，左端副廠房地下控制室泄壓口面積不應(yīng)小于0.26 m2。在每臺發(fā)電機機坑壁上設(shè)置兩個700 mm×500 mm泄壓口，左端副廠房地下控制室外墻上設(shè)置一個700 mm×500 mm泄壓口。泄壓口處裝設(shè)自動泄壓閥，在防護區(qū)內(nèi)壓力達到1 050 Pa時泄壓閥自動開啟泄壓。

圖1 IG541氣體滅火系統(tǒng)管網(wǎng)透視圖

4.4 系統(tǒng)控制方式

IG541氣體滅火系統(tǒng)設(shè)有自動控制、手動控制和應(yīng)急機械手動控制3種方式。自動控制和手動控制可通過專用的自動/手動選擇開關(guān)切換[2]，在無人值班時采用自動聯(lián)動控制方式，有人工作或值班時采用手動操作控制方式，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)故障時可采用現(xiàn)場應(yīng)急[3]機械手動控制方式。

裝設(shè)在發(fā)電機機坑內(nèi)的空氣采樣管、光纖感溫探測器和裝設(shè)于機坑外壁的空氣采樣感煙探測裝置、裝設(shè)于機旁盤區(qū)域報警控制柜內(nèi)的光纖測溫報警裝置承擔著氣體滅火區(qū)域的火情監(jiān)視和自動報警任務(wù)，信號傳遞給電站火災(zāi)自動報警及消防控制系統(tǒng)和機組氣體滅火控制系統(tǒng)，并聯(lián)動與氣體滅火有關(guān)的風機、風閥等設(shè)備，同時獲取氣體滅火動作的狀態(tài)反饋信號。氣體滅火系統(tǒng)的自動控制應(yīng)在接到兩個獨立的火警信號后才能啟動，并能將滅火控制系統(tǒng)正常、故障及滅火等信息發(fā)送到電站火災(zāi)自動報警及消防控制系統(tǒng)。每個防護區(qū)的出入口外側(cè)均設(shè)有1套釋放滅火劑的緊急啟動/停止按鈕、聲光報警器和放氣指示燈[4]。

4.5 滅火后通風設(shè)計

水輪發(fā)電機機坑不具備自然通風條件，氣體滅火后的機坑應(yīng)進行通風換氣。按換氣次數(shù)5次/h計算事故通風量，選用一臺排風量不小于12 230 m3/h的離心風機，布置在左端副廠房1 501.50 m高程的排風機室。每臺發(fā)電機機坑下游墻上引出一根900 mm×500 mm排風管并設(shè)置自動復(fù)位防火閥，接到主廠房中間層下游墻邊的900 mm×500 mm排風總管，排風總管從中間層引至左端副廠房下游側(cè)排風夾墻內(nèi)，并向上引至1 501.50 m層排風機室的發(fā)電機機坑消防排風機，排風機排風管引至主廠房排風洞。

發(fā)電機滅火后開啟相應(yīng)機組段排風管上的自動復(fù)位防火閥，啟動離心風機排風，通過排風機排到主廠房排風洞，再通過地面主排風樓的離心風機排出室外。

5 結(jié)束語

IG541混合氣體滅火劑取自于大自然，滅火時只是將這些天然氣體放回大氣，該滅火系統(tǒng)具有優(yōu)良的技術(shù)性能、環(huán)保性能和安全性能。

經(jīng)綜合分析比較，黃登水電站水輪發(fā)電機采用IG541混合氣體作為氣體滅火系統(tǒng)的滅火介質(zhì)，并粘度、穩(wěn)定性好，膠凝時間可控，結(jié)石率高，結(jié)石體滲透系數(shù)能達到10-6～10-9cm/s，防滲效果佳等。采用粘土固化劑灌漿，水泥的用量小，對粘土料的質(zhì)量要求低，可就地取材，運距短，成本低、施工簡便，施工基本不受天氣影響。

總之，粘土固化劑防滲灌漿技術(shù)已成為水利工程防滲中一種比較成熟的新防滲技術(shù)，施工簡單，經(jīng)濟實用，低碳環(huán)境，應(yīng)大力推廣。

金鉤水庫大壩經(jīng)過粘土固化劑漿液灌漿處理，工程運行4年來，大壩右壩肩繞壩滲漏已消失，說明防滲效果好，達到了防滲的目的。粘土固化劑漿液防滲灌漿技術(shù)在金鉤水庫大壩壩基防滲處理中成功的設(shè)計和施工經(jīng)驗，供類似工程的防滲設(shè)計與施工時借鑒和參考。