变电站设计防火标准中部分条文探讨

刘 明

(四川劲拓工程咨询有限公司，四川 成都 610101)

0 引言

GB 50229—2019《火力发电厂与变电站设计防火标准》[1](以下简称《2019版防火标准》)已于2019年8月1日起实施，它是电力工程设计行业的一项重要标准，对保证火力发电厂与变电站消防安全、预防和减少火灾危害、保障人身及财产安全具有重大意义。火力发电厂与变电站防火标准1996年首次发布，2006年第一次修编，2019年版为第二次修编。《2019版防火标准》总结了十年来我国火力发电厂与变电站防火设计的实践经验，反映了消防方面的技术发展和最新科研成果。

变电站的发展趋势是无人化、无油化、小型化、模块化、智能化。随着变电站深入负荷中心，公用变电站的建设密度不断增大，变电站的用地紧张问题非常突出。对照《2019版防火标准》中有关建(构)筑物火灾危险性分类及消防给水等方面的规定，标准对这种趋势针对性不足。

GB 50229—2006《火力发电厂与变电站设计防火规范》[2](以下简称《2006版防火标准》)对变电站的适用范围是“电压为35～500 kV、单台变压器容量5 000 kVA及以上的变电站”。《2019版防火标准》对变电站的适用范围是“电压为1 000 kV级及以下的变电站、换流站”。提高设计标准的适用电压等级是技术进步的必然。取消电压等级下限和单台变压器容量下限的规定，则使标准覆盖了所有35 kV级变电站和20 kV、10 kV终端变电站。防火标准对其适用电压范围和变压器容量作了调整，相关条文却没有适应性修改，在工程应用中给小型和终端变电站设计带来了一定的困扰，部分条文执行困难。

针对《2019版防火标准》变电站内容(第11章)未细化或不明确的部分条文具体应用问题探讨如下。

1 同一房间内布置不同电气设备时建筑物火灾危险性分类问题

变电站常见建筑物有主控制楼、继电器室、配电装置楼(室)、变压器室、电容器室、电抗器室等，《2019版防火标准》分别规定了这些建筑物的火灾危险性分类，11.1.2条还规定了同一建筑物或建筑物的任一防火分区布置有不同火灾危险性的房间时建筑物或防火分区内的火灾危险性类别。

在实际工程中，存在不同电气设备布置在同一房间的情况，如站用变压器、低压电容器与供配电柜同室布置等。DL/T 5155—2016《220 kV～1 000 kV变电站站用电设计技术规程》[3]的7.2.1条：“当站用变压器采用屋内布置时，油浸变压器应安装在单独的小间内。干式变压器可以布置在站用配电屏室内。”GB 50053—2013《20 kV及以下变电所设计规范》[4]的4.1.2条：“非充油的高、低压配电装置和非油浸型的电力变压器，可设置在同一房间内。”5.3.1条：“高压电容器装置宜设置在单独的房间内，当采用非可燃介质的电容器且电容器组容量较小时，可设置在高压配电室内。低压电容器装置可设置在低压配电室内，当电容器总容量较大时，宜设置在单独的房间内。”这些规定都说明一定条件下不同功能的电气设备布置在一起是允许的。

《2019版防火标准》根据布置的设备用途来命名不同的建筑物，并对建筑物进行火灾危险性分类。当同一房间内布置不同的设备时，其建筑物火灾危险性如何分类则没有规定。像站用变压器、电容器或继电保护设备等与配电装置屏柜同室布置，如果按配电装置室标准，则建筑物火灾危险性分类为戊类；如果按变压器室、电容器室或继电器室标准，则建筑物火灾危险性分类至少为丁类。

为避免标准执行出现不统一的情况，建议增加电气设备火灾危险性分类规定，以及室内布置不同火灾危险性分类的电气设备时建筑物火灾危险性分类规定：单独布置某设备的建筑物，火灾危险性分类与设备火灾危险性分类一致；同一房间布置不同火灾危险性分类的设备时，按火灾危险性较大的设备确定建筑物火灾危险性分类等级。

2 主控制楼和继电器室火灾危险性分类问题

主控制楼和继电器室火灾危险性分类，在《2006版防火标准》表11.1.1中为戊类，在《2019版防火标准》中修改为丁类。

《2006版防火标准》和《2019版防火标准》相应条文说明都是这样：“气体式或干式变压器、干式电容器、干式电抗器等电气设备属无油设备，可燃物大大减少，火灾危险性降低，因此建筑火灾危险性分类确定为丁类。主控制楼的火灾危险性为戊类，是按照电缆采取了防止火灾蔓延的措施确定的，可以采用下列措施：用防火堵料封堵电缆孔洞，采用防火隔板分隔，电缆局部涂防火涂料，局部用防火带包扎等。”相同的条文说明，对应两个版本的正文内容却不一致。

《2006版防火标准》已经实施了十多年，这期间，750 kV及以上的特高压工程陆续建成，并无资料显示变电站主控通信楼、继电器室火灾危险性分类为戊类不恰当。实际上，变电站内电缆采取防火阻燃措施是最基本的要求，因此，这类建筑物火灾危险性分类确定为戊类更具普遍性。

主控制楼和继电器室火灾危险性分类是丁类还是戊类非常重要，这涉及到变电站是否设计消防给水问题，本文后面还会谈到。除极少数电压等级较低的简易变电站和20 kV、10 kV终端变电站外，每个变电站内均设有主控制楼或继电器室，如果建筑物火灾危险性分类由戊类提高到丁类，意味着运行中的变电站很多不符合新规范的要求。在对工程进行改扩建时，设计人员无所适从，不知道是否应该对原有消防设施进行改造完善。

考虑到不同电压等级变电站主控制楼和继电器室重要性是不一样的，建议对其火灾危险性分类按照电压等级、是否有人值班等予以区分，见表1所列。

表1 主控制楼和继电器室火灾危险性分类及耐火等级

220 kV级属于中型变电站，110 kV及以下属于小型变电站。国家电网公司和南方电网公司的220 kV及以下变电站(公用站)已大规模推行无人值班模式，而用户变电站(专用站)最高电压等级通常不超过220 kV，所以表1以220 kV作为火灾危险性分类丁类与戊类的分界点。

3 电容器室火灾危险性分类问题

《2019版防火标准》表11.1.1，电容器室火灾危险性分类有两种：电容器室(有可燃介质)为丙类，干式电容器室为丁类。10～66 kV并联电容器组结构形式分为充油集合式和框架式，小容量10 kV并联电容器、1 kV及以下低压并联电容器多采用柜式。充油集合式是将若干电容器单元集装于一个充满绝缘油的大箱壳中；框架式虽然也有绝缘油，但只作为浸渍剂，无滴流油。除了低压的BDMJ(氮气)型和BKMJ(空气)型属于真正的干式电容器，其余大量用的是浸渍油绝缘介质+膜绝缘介质，本质上还是属于有可燃介质的电容器。

按《2019版防火标准》，只要电容器布置在室内，其所在的建筑物火灾危险性分类属于丙类(有可燃介质)或丁类(干式)，与电容器组电压、容量无关。因此，有必要将电容器室火灾危险性分类细化，根据是否有可燃介质、可燃介质性质，并结合电容器组容量、安装方式进行划分。

由于单组容量5 Mvar电容器普遍用于110 kV级变电站，单组容量1 Mvar电容器通常用于35 kV级变电站，建议的电容器室火灾危险性分类及耐火等级见表2所列。

表2 电容器室火灾危险性分类及耐火等级

对容量1 Mvar及以下油浸渍柜式电容器，或容量1 Mvar及以下的干式电容器，电容器室火灾危险性等级改为戊类后，与配电装置楼(室)火灾危险性等级一致，将此类电容器与配电屏柜布置在一起，符合有关规范要求。

4 其他设备室火灾危险性分类问题

《2019版防火标准》适用范围扩大到35 kV以下，同时取消了单台变压器容量5 000 kVA的限制，但在确定建(构)筑物火灾危险危险性分类时，沿用的仍是之前的条文，部分分类没有全范围覆盖。

参照该标准中表11.1.1已有规定，结合工程实践，建议对变电站部分其他设备室火灾危险性分类调整见表3所列。

表3 部分其他设备室火灾危险性分类及耐火等级

变压器、电抗器在原理及结构上与配电装置的电流互感器、电压互感器是类似的。将油浸变压器室和油浸电抗器室按油量60 kg作为分界点，与配电装置楼(室)设备油量划分一致。

气体或干式变压器按容量划分，是为了区别对待主变压器和站用变压器。110 kV变电站站用变压器容量一般不超过250 kVA，35 kV及以下变电站站用变压器容量一般不超过50 kVA，故以250 kVA为分界点。

干式电抗器容量划分是参考干式变压器容量。对5 Mvar电容器组，按5%配置串联电抗器，电抗器三相容量250 kvar。

中小型变电站一般不配置柴油发电机。30 kW柴油发电机能满足110 kV变电站应急电源需求，其每小时耗油量约6.3 kg，10 h耗油量约63 kg，因此取储油量60 kg作为柴油发电机房火灾危险性分类分界点。

5 户外独立金属箱体是否属于建筑物问题

有的设备户外布置时，出于防雨或小型化、集约化需要，会配置独立金属箱体(外壳)，如干式接地变及消弧线圈成套装置，组合式变压器(制造标准JB/T 10217，类似美式箱变)，高压/低压预装式变电站(制造标准GB/T 17467，类似欧式箱变)，以及近年来大力推广的装配式变电站、配电化变电站等。

这类金属箱体不是设备的必需组件，主要代替建筑物起到防雨、防风沙等作用。在防火设计中，户外独立金属箱体是否按建筑物来确定防火间距存在分歧。

国家电网公司发布的通用设计方案，所有预制舱均不计建筑面积，按设备对待。

GB 50016—2014《建筑设计防火规范》的5.2.3条及条文说明，10 kV及以下的预装式变电站与临近建筑的防火间距，“比照一、二级耐火等级建筑间的防火间距减少一半，确定为3 m。”说明预装式变电站可不列入一般厂房建筑物。建议对带独立金属外壳、由生产商工厂预制、整体或分段运输到现场拼装、体积不超过1 000 m3(面积不超过250 m2、高度不超过4 m计算得到)的装置，当作单一设备，执行设备防火标准；否则按生产建筑对待。

6 变电站消防给水问题

《2019版防火标准》11.5.1条：“变电站的规划和设计，应同时设计消防给水系统。消防水源应有可靠的保证。”同时该条备注：“变电站内建筑物满足耐火等级不低于二级，体积不超过3 000 m3且火灾危险性为戊类时，可不设消防给水。”

该条规定在110 kV及以下变电站设计中争议最多，实施最困难，主要体现在以下几点：

1) 有主控制室是否就必须设计消防给水

由于主控制楼和继电器室火灾危险性分类在《2019版防火标准》中为丁类，虽然这些建筑物体积可能远远小于3 000 m3，按11.5.1规定，无论电压等级多低，所有带主控制楼、继电器室或主控制室的变电站都必须设计消防给水。

为了规避这一要求，有设计人员把电气二次设备及通信设备与35 kV、20 kV或10 kV户内开关柜布置在同一个房间，并将房间称为配电装置室。因为无含油电气设备的配电装置楼(室)的火灾危险性分类为戊类，这样就可以不设计消防给水。显然，这种做法违背了标准规定的初衷。

2) 二次设备室采用预制舱，是否设计消防给水

预制舱的应用是当前智能化变电站标准化设计、工厂化加工、模块化建设、机械化施工的重要支撑。把继电器室和主控制室布置在一个二次设备预制舱内，全站无其他任何建筑物，如果预制舱被当作火灾危险性分类为丁类的建筑物，则需设计消防给水；如果预制舱被当作不含油的电气设备，则无需设计消防给水。

3) 是否因为干式变压器、有可燃介质电容器、干式电容器、干式电抗器布置在室内而设计消防给水

《2019版防火标准》表11.1.1中，电容器室(有可燃介质)火灾危险性分类为丙类，气体或干式变压器室、干式电容器室、干式电抗器室火灾危险性分类为丁类。当这些设备与对应的配电屏柜布置在同一室内，即使容量很小，如果按配电装置楼(室)火灾危险性分类，可不设计消防给水；按变压器室、电容器室火灾危险性分类，则应设计消防给水。

GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》[5]的3.4.8条：“当室外油浸变压器单台功率小于300 MVA，且周围无其他建筑物和生活给水时，可不设置室外消火栓。” 其条文说明中提到，变压器灭火主要依靠水喷雾系统(若有)，消火栓只是辅助。调查表明，变电站发生火灾的主要部位是在变压器等处，而其他设备(包括站用变压器)都可实现无油化，因此重点做好主变压器等含油设备的消防是合理的。

110 kV及以下无人值班变电站总平面布置紧凑，无生活建筑，除110 kV全户内站外，站内生产建筑面积在几十平方米到几百平方米之间。这类变电站分布广泛，数量众多，而且很多地方取水困难，或者因为寒冷、风沙等原因，水量、水质无法保证，其消防设计应以预防为主，化学消防为辅，包括主变压器也尽量采用化学消防。建议对变电站设计消防给水的标准调整为：变电站内建筑物满足耐火等级不低于二级，体积不超过3 000 m3且火灾危险性为戊类(对110 kV及以下变电站火灾危险性为丁类或戊类)时，可不设消防给水。

7 可燃介质电容器(棚)、油浸变压器等与变电站内建(构)筑物防火间距问题

《2019版防火标准》表11.1.5中，可燃介质电容器(棚)与生产建筑和其他设备的防火间距都是10 m，这种不区分电容器组容量大小的规定不尽合理，对电压等级低的变电站，大大增加了场地面积。建议修改为：火灾危险性分类丙类的可燃介质电容器(棚)与生产建筑和其他设备的防火间距10 m，火灾危险性分类丁类或戊类的可燃介质电容器(棚)与生产建筑和其他设备的防火间距减少一半，为5 m。

《2019版防火标准》只规定了单台设备油量大于等于5 t的油浸变压器、油浸电抗器与建(构)筑物的防火间距，建议补充油量小于5 t情况。参照GB 50053—2013的4.2.2条，可规定油量2 500 kg及以上、5 t以下时防火间距为5 m，2 500 kg以下时防火间距为3 m。

8 小型变压器之间防火间距问题

《2019版防火标准》表11.1.7中，对电压等级35 kV及以下、单台油量为 2 500 kg及以上的屋外油浸变压器之间、屋外油浸电抗器之间的最小间距作了规定，但对油量在2 500 kg以下的设备没有规定。

GB 50053—2013的4.2.2条，对20 kV及以下变压器，规定“油重小于1 000 kg的相邻油浸变压器外廓之间的净距不应小于1.5 m；油重1 000 kg～2 500 kg的相邻油浸变压器外廓之间的净距不应小于3.0 m；油重大于2 500 kg的相邻油浸变压器外廓之间的净距不应小于5 m。”

建议将此内容补充到GB 50229中，以覆盖小容量变压器情况。其中油重2 500 kg变压器外廓之间的净距按不应小于5 m(GB 50229—2019与GB 50053—2013规定不统一，取前者给出的数据)。

9 不同大小变压器之间防火墙尺寸问题

《2019版防火标准》11.1.8条规定，“防火墙的高度应高于变压器油枕，其长度超出变压器的贮油池两侧不应小于l m。”当两台变压器尺寸一致或相当时，执行这条规定没有异议。但当一台变压器尺寸明显小于相邻的另一台变压器，如油浸站用变压器与油浸主变压器布置在一排，若按此要求设计防火墙，防火墙高、宽尺寸超出站用变压器外廓远大于1 m，导致材料增加很多。

《2019版防火标准》6.7.3条条文说明：“从变压器着火后其四周对人的影响情况来看，当其着火后对地面最大辐射强度是在与地面大致成45°的夹角范围内，要避开最大辐射温度，故考虑变压器之间的水平间距宜大于变压器的高度。”因此，对不同大小变压器相邻布置情况，建议按照火焰辐射影响范围来设计防火墙，即按外廓尺寸大的变压器火焰呈45°辐射，防火墙高度不低于另一台变压器的高度；水平方向保证火焰辐射路径经过防火墙后其对外廓尺寸小的变压器两侧(若有贮油池则对贮油池两侧)的净距不小于1 m，如图1、图2所示。

图1 不同尺寸变压器与防火墙布置平面图

图2 不同尺寸变压器与防火墙布置立面图

这种做法，既保证了防火效果，又减小了防火墙体积，节约了投资。

10 结语

《火力发电厂与变电站设计防火标准》是火力发电厂与变电站设计中必须遵循的强制性国家标准，《2019版防火标准》适用范围扩大到35 kV以下，取消了单台变压器容量下限的规定后，相关条文未细化或不明确，导致工程应用中部分条文难以实施。本文就110 kV及以下变电站设计在执行《2019版防火标准》时遇到的具体问题进行了分析。针对变电站的发展趋势，为使标准更具适应性与可操作性，同时在保证安全的前提下兼顾经济性，建议在标准中增加电气设备的火灾危险性分类规定，对主控制楼和继电器室、变压器室、电容器室、电抗器室等建筑物火灾危险性分类调整或细分，户外独立金属箱体在一定条件下当作单一设备执行防火标准。110 kV及以下变电站是否设计消防给水影响很大，有关条文可进一步完善。此外，对部分设施防火间距、不同大小变压器之间防火墙设计规定提出了修改建议。