抽水蓄能电站典型场景超前期火灾监测方法探讨

张德浩 赵浩 王利涛 魏冬阳 何李

摘要：

本文主要介绍了抽水蓄能电站的火灾特点，阐述了抽水蓄能电站的常见火灾风险和防火措施，探讨了抽水蓄能电站典型场景超前期火灾监测方法的有效应用，强调了火灾自动报警系统的优化设计，旨在加强抽水蓄能电站的火灾监测能力。笔者建议采用先进的科学手段来规避抽水蓄能电站应用中的火灾风险，以便及时发现抽水蓄能电站火灾问题，并实施针对性措施加以解决，保障抽水蓄能电站安全运行。

关键词：

抽水蓄能；电站；典型场景；超前期；火灾监测

近年来，随着我国社会经济的高速发展，人们的生活水平逐步提升，抽水蓄能电站工程项目数量逐渐增加，规模不断扩大。通过抽水蓄能电站项目，在提供清洁能源的同时，对电网实施削峰填谷措施，满足人们的用电需求。抽水蓄能电站可通过地形来转化能量，大部分的核心电力设备均设置在地下洞体中，封闭环境下的电力设备运行有着更高的安全要求，必须做好防火管理工作。为加强抽水蓄能电站的火灾防治工作，必须根据抽水蓄能电站火灾特点，在常规防火措施的基础上，实施典型场景超前期火灾监测方法，提高抽水蓄能电站的防火水平，避免抽水蓄能电站发生火灾，切实降低火灾损失。

一、抽水蓄能电站火灾特点

抽水蓄能电站中包含了多个项目，其中发电系统处于地下厂房中。发电系统中的控制柜、主变压器、发电机组等设备均集中于封闭环境之中，容易引发电力火灾。抽水蓄能电站的火灾特点主要体现在以下几个方面。

（一）较强的隐蔽性

由于电站厂房主要位于地下，而且承载着高电压、大负荷，属于相关人员的监控盲区，很难及时发现火灾的发生。

（二）烟雾浓度高

抽水蓄能电站一旦发生火灾，容易产生浓度较大的烟雾。因为地下厂房的通风性相对较差，主要处于封闭环境中，只有部分通道和外界相连，这就导致火灾发生后内部空气流通较慢，火灾阻燃时间相对较长，早期的时候容易形成微小烟雾颗粒，烟雾浓度上升速度非常快[1]。

（三）扑救困难

抽水蓄能电站的地下厂房若发生火灾，其内部温度会迅速增高，烟雾浓度快速上升，人员难以进入到其中进行救援，容易导致人员缺氧和中毒，造成较大的伤亡。

（四）损失较为严重

抽水蓄能电站发生火灾后，人员疏散难度较大，而且由于在地下车辆也难以进入，救援难度非常大，再加上烟雾扩散的方向和人员逃生通道的方向相同，设备烧毁速度非常快，很容易造成严重后果。

二、抽水蓄能电站常见火灾风险和防火措施

（一）抽水蓄能电站常见火灾风险

抽水蓄能电站常见火灾风险主要是主变压器室火灾风险。该部分的火灾风险包含了多个方面，比如变压器自身出现故障或异常发热，引发火灾；配套电缆、控制柜火灾。主变压器在实际运行过程中会产生大量熱能，需要向外散发热量，使自身温度维持在标准范围内。其中的绕组、铁芯均会在运行过程中升高温度，产生大量热能，就容易引发短路问题，致使绝缘层老化，存在一定的火灾隐患，甚至有可能发生爆炸。主变压器配套电缆和控制柜火灾风险主要由于设备老化、电阻增加，出现异常发热状况，产生电火花[2]。主变压器配套电缆的类型较为复杂，数量也比较多，如电缆接头制作存在问题或电缆长期超负荷运行，均容易损伤绝缘层，引发火灾问题。电缆发生火灾之后，第一时间难以发现，火势会逐步变大。而相关政策对火灾危险性作出了明确规定，如油浸式变压器室火灾属于丙类火灾，电缆廊道火灾属于丁类火灾等。抽水蓄能电站中的高低压开关柜也容易引发火灾，当柜内导体出现接触不良问题时，电阻会随之增大，设备会异常过热，就可能会熔化接头材料，损坏绝缘层，引发柜内火灾。

（二）抽水蓄能电站常规防火措施

抽水蓄能电站常规防火措施包含多个方面，如设计完善的火灾自动报警系统、在洞外设置消防中心、按照消防规定设置灭火装置、建立健全消防控制系统、设计科学的排烟系统、做好防雷工作等。在常规防火工作中应当坚持以预防为主，根据实际情况合理规划地下厂房的防火方案，充分利用先进科学技术来识别火灾，及时发现火情，并采取有效措施进行灭火救援，将火灾伤害降到最低。可在抽水蓄能电站的火灾报警系统中，合理安排探测器，其中使用最多的是点型感烟火灾探测器。该探测器的基础原理是光散射，能够识别一定浓度的烟雾，但火灾超前期释放的不可见热解离子难以被探测到[3]。要注意的是，大部分常规防火措施属于事后措施，未能在事前做好火灾预防工作。

主变压器室的常规消防措施主要包含了以下几种：第一，吸气式烟感探测器。该探测器类似于常规烟感探测器的运行原理，能够有效识别一定浓度的烟雾，主要是通过分析烟雾对光线的遮挡，来判断是否存在火灾风险，但无法识别不可见热解离子。第二，设置图像型火焰探测器。该探测器以模式识别技术为基础，可科学识别火焰产生时的各项视觉特征，如颜色、亮度等，但在其发出报警时，火灾已经发生。第三，设置水喷雾灭火系统。该系统能够在火灾发生时，通过水滴雾化方式来灭火，起到快速降温的作用，可将氧气进行隔离。电缆的防火措施则主要采用测温光纤法，在电缆中缠绕测温光纤，其能够进行有效的温度测量，但无法探测到不能接触的区域。

三、抽水蓄能电站典型超前期火灾监测方法的有效应用

（一）热解离子探测法

抽水蓄能电站设备在运行过程中，如出现过热情况，并且达到了耐热极限时，便会产生不可见的热解离子。当电流异常时，会产生瞬间电弧，空气被电离之后便会产生大量热解离子，其浓度会高出正常范围，但不会被常规的探测器检测到。基于此，在实施超前期火灾监测工作时，可以使用热解离子探测法来精确识别不可见的热解离子，以便于及时发现抽水蓄能电站的火灾问题。该探测法根据水凝结特性，对热离子进行处理，通过增加湿度、压力再降压的方式，统一热解离子的直径大小，使之成为大直径雾状水滴，基于光散射原理后便能够分析其遮光、透光率，从而识别空气中的热解离子浓度，发出正确警报。要注意的是，云雾室空间内，增加气体压力、湿度额时，压强也会增大，内部的温度会随之升高，当温度达到临界点之后，水便会气化，压强骤降之后，温度也会随之降低，水蒸气会被雾化。水雾可使空气中不可见的热解离子成为雾状水滴，直径大小相同，一般在二十微米左右，这有利于对热解离子实施光学分析[4]。

热解离子探测法在抽水蓄能电站火灾防范中的应用有着较好的效果，可通过抽气泵来抽取空气样品，进行分析和监测，该方法的优势在于较快的响应速度，识别精确度相对比较高，适合超前期火灾风险识别工作。

（二）抽水蓄能电站超前期火灾监测流程

首先，要进行高效的空气采样工作。电力设备若出现超前期火灾风险，那么需要采集设备运行现场的空气样品，并对其进行分析。在分析过程中，要综合考虑现场的空间结构和环境特点，应当科学设计采样管网，合理布设空间，确保气流的通畅性。可使用管网吸气方式来监测发生火险的区域，以便促进空气采集效率的提升，从而快速开展数据分析工作。其次，要利用热解离子探测识别火灾信息[5]。相较于常规的探测器来说，热解离子探测的效率更高，灵敏度更强，识别准确率更高，而且有着较为广泛的探测范围。最后，要基于所采集的数据进行科学分析，综合考虑引发抽水蓄能电站火灾的各项因素，正确实施热解离子监测工作，合理布设空气采样管网，科学测定现场环境下的热解离子背景值。前端设备的监测数据会不断更新、储存，可根据所采集的数据绘制监测曲线图，基于背景值来进行数据变化分析，从变化范围和维持时间等方面着手，了解火灾风险情况。当数据曲线图持续升高，则表明抽水蓄能电站中的热解离子在不断增加，火灾风险较高，反之则表明火灾风险较低。

除此之外，若火灾风险是人为因素造成，那么监测数据变化可能较大，无法将其作为常规的预警信息来处理，需要基于现场施工实况、日常管理计划来筛选数据信息，同时发布火灾预警信息[6]。

四、火灾自动报警系统的优化设计

为有效应用抽水蓄能电站典型场景超前期火灾监测技术，还需要进一步优化火灾自动报警系统设计，将两者进行有效结合应用，才能真正起到防火效果。

（一）科学设计系统总体结构

火灾自动报警系统能够对火灾的初期特征进行有效检测，可通过温度探测器、烟雾探测器等采集相关数据，对燃烧产生的烟雾、热量等进行分析，将其变为信号上传至消防控制中心，以便相关人员及时发现火灾问题，在火灾还未蔓延之前就被扑灭，保障抽水蓄能电站正常运行。在设计火灾自动报警系统时，可采用分层分布式结构，在采集层中安装各类火灾探测器，装设手动火灾报警按钮；在传输层设置火灾报警控制器，并在管理层安装消防控制设备[7]。

（二）做好报警分区工作

为了方便日常的有效管理，可根据抽水蓄能电站实际情况以及典型场景来合理划分报警区域，尤其要关注地下厂房区域，这一区域不仅包含主厂房和副厂房，还涵盖主变洞。由于该区域位于地下，较为隐蔽，一旦出现火灾，难以被及时发现，因此必须采取有效的报警措施。可进一步划分该部分的探测区域，遵循相应原则，如可将发电机层、母线层等较大空间区域划分成四个探测区域；对于副厂房中空间较小的蓄電池室或二次盘柜室等，实施一个楼层一个探测区域，楼梯间则要每两层设置一个探测区域。与此同时，对于逃生通道、通风支洞等区域，要重点关注，将其划分为单独的探测区域，安装火灾探测器，并且要基于防火分隔来划分电缆部分的探测区域。

（三）合理选择抽水蓄能电站的火灾探测器

在地下厂房控制室、电缆层等位置可设置烟感探测器，发电机层和主变室等位置则可设置红外光束烟感探测器；发电机风洞、主变压器室内设置点式感温探测器；利用光纤测温装置来监测电缆。同时，必须灵活运用热解离子监测法，做好超前期防火监测工作。

（四）实施有效的火灾自动报警系统联动控制工作

一方面，要加强对防火排烟设备和通风设备的控制。火灾发生时，火灾报警控制器要根据预先编制的控制指令来关闭、停运通风风机和防火调节阀，防止火势蔓延。另一方面，要控制电梯和卷帘门。在发生火灾事故时，要将电梯升降到疏散层，关闭卷帘门，为人们争取更多的逃生时间[8]。除此之外，还要有效控制消防水泵和气体灭火系统，实施有效的高压细水雾灭火措施。

结束语

总之，应当重视抽水蓄能电站典型场景超前期火灾监测工作。应基于常规的防火措施，充分利用热解离子监测方法，不断优化超前期火灾监测流程，提高超前期火灾监测效率，保障监测质量，并结合火灾报警系统的应用，加强抽水蓄能电站火灾防控，尽量避免发生火灾，并降低火灾带来的损失。

参考文献

[1]远征，曹永闯，刘新航，等.抽水蓄能电站火灾自动报警系统设计[J].云南水力发电，2023，39（01）：275-278.

[2]潘钰，奚日磊.沙河抽水蓄能电站消防系统改造分析及应用[J].水电站机电技术，2022，45（03）：137-139.

[3]李国宾，李世昌，龙福海，等.消防远程监测系统在抽水蓄能电站的应用研究[J].消防界（电子版），2021，7（02）：54-55.

[4]黎平，刘德祥，王书华，等.洪屏抽水蓄能电站火灾自动报警系统设计综述[A].中国水力发电工程学会电网调峰与抽水蓄能专业委员会.抽水蓄能电站工程建设文集，2018：179-182.

[5]肖海明.清远抽水蓄能电站火灾自动报警系统设计[J].广东水利水电，2017（02）：44-46+56.

[6]江琦文，林礼清.仙游抽水蓄能电站消防系统综述[J].福建水力发电，2016（01）：32-35.

[7]梁洋.浅谈我国抽水蓄能电站中的防、排烟系统及其电气控制[J].科技展望，2016，26（09）：123.

[8]李晓春.惠州抽水蓄能电站火灾自动报警系统设计综述[J].广东水利水电，2008（07）：74-76.

作者简介：

张德浩（1970- ），男，满族，辽宁开原人，研究生，高级工程师，研究方向：基建及机电工程；赵浩（1989- ），男，汉族，陕西靖边人，本科，中级工程师，研究方向：水利水电工程、能源动力、机械制造；王利涛（1984- ），男，汉族，陕西渭南人，本科，中级工程师，研究方向：抽水蓄能电站智能应用；魏冬阳（1993- ），男，汉族，甘肃会宁人，本科，研究方向：水力发电工程技术及建设管理；何李（1991- ），男，汉族，吉林九台人，本科，工程师，研究方向：机械制造。