浅析东庄水利枢纽工程地下水电站消防给水设计

张 鹭，门 妮，吴鑫磊

（陕西省水利电力勘测设计研究院,陕西 西安 710001）

0 引言

随着国民经济的飞速发展,我国水力发电工程建设进入了高峰期,随着安全生产的政策要求日益严格,科学规范的消防体系建设就显得尤为重要,而消防供水系统作为保障整个消防系统发挥作用的重中之重,更是确保整个工程安全的重要保障。

由于每个引水发电工程所在地域、总体布置、水源水质等各不相同,因此消防给水系统的设计也各有特点。引水发电系统消防设计是非常复杂的,由于远离城镇,且水源充足,其消防系统应立足于自救,充分发挥水消防优势。只有根据工程的特点,因地制宜、因时制宜,采用有针对性的设计方案,才能保证工程运行稳定,管理方便,技术先进和安全可靠。

以东庄引水发电系统为例,详细阐述了该工程消防给水系统设计思路及取水方式,总结了地下水电站消防给水特点,供同行参考。

1 项目概况

泾河东庄水利枢纽工程位于陕西省礼泉县与淳化县交界的泾河下游峡谷段,工程的开发任务是以防洪减淤为主,兼顾供水、发电和改善生态等综合利用,水库总库容约32.76 亿m3,最大坝高230 m,水库正常蓄水位789 m,死水位756 m,为Ⅰ等大（1）型工程。发电引水洞为1 洞4 机方式,主厂房为地下式,4台机“一”字型布置,装机规模110 MW,年发电量28525万kW·h。

该引水发电工程设有消防供水系统,主要消防供水范围包含：

1）地下电站厂房：包括主厂房、安装间、副厂房、主变洞等主要场所等；厂房内布置4 台水轮发电机组,主变洞内布置2台主变压器等,发电机层高程589.4 m。

2）GIS出线平台：包括GIS楼、控制楼等场所,地坪高程799.0 m。

3）电缆兼交通及通风竖井（以下简称：竖井）：包括楼梯间、电梯间等,竖井顶部高程803.50 m,底部高程590.00 m。

2 消防水系统设计

2.1 消防供水系统设计思路及取水方式

该水利枢纽工程远离城镇,但水源充足,除无法采用水消防灭火的设备外,其余应优先选用水作为灭火剂,其消防系统应立足于自救并充分发挥水消防优势。由于工程体系庞大、相关洞室、构筑物多,高差大,结合地理位置特点,应利用山区特有的地理高差优势,尽可能采用常高压消防供水系统,设置高位水池向场内提供消防水源。高位水池提供水压应满足消防供水管最不利用水点的最小水压要求。

本工程消防水源采用水库水,取水点接自水轮发电机进水压力钢管,经滤水器处理后由水泵提升至高位消防水池,消防水池容积储存火灾延续时间内一次灭火水量。

2.2 消防供水系统总体布局

本工程地下厂房与竖井合为一个防火分区,GIS出线场平台为一个防火分区。考虑到工程整体性设计,消防供水系统采用常高压制,设置两个独立消防供水单元,即地下电站厂房为一单元,GIS出线场平台与竖井为一单元。两个单元各自独立设置消防水池、消防管网、消火栓等,仅水池补水水源及其相关管线合用。

图1 消防给水系统图

2.3 地下水电站厂房消防供水系统

地下电站厂房消防给水系统采用常高压制,在厂房至水垫塘640 m交通洞内设1#消防生活合用水池,有效容积500 m3,池底板高程641.40 m,消防用水设计液位644.6 m,消防用水容积444 m3；生活用水设计液位645.4 m,生活用水容积50 m3。消防水池补水接自水轮发电机阀前压力钢管取水口,减压后经交通竖井供至消防水池,水池泄水管间接排水至交通洞排水沟,最终排入排水廊道。

表1 电站厂房各部位所需最大消防用水量表

本电站为地下式厂房,根据《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）（2018年版）和《水利工程设计防火规范》（GB 50987-2014）中的相关规定：地下厂房室外消火栓消防用水量为20 L/s,室内消火栓消防用水量为25 L/s,火灾延续时间按2 h。发电机或电动机定子两端布线圈圆周长度上的喷雾强度不应小于10 L/（min·m）,持续喷雾时间为1 h；油浸式电力变压器、油开关的设计喷雾强度为20 L/（min·m）,持续喷雾时间为0.4 h。本电站单台发电机水喷雾一次灭火用水量为72 m3；单台主变压器一次灭火用水量为120 m3。

消防水量按消火栓水量及最大设备消防水量之和计,即444 m3。

图2 变压器消防供水轴侧示意图

消防水池出水分三路DN200管道重力流供至消防供水管网,地下水电站厂房内消火栓管道系统呈环状布置,满足任一着火点在两个消火栓保护半径内。水喷雾系统为枝状,满足设备消防需求。

2.4 GIS出线平台消防给水系统

本电站出线场平台GIS控制楼为地上式建筑,室外消火栓消防用水量为15 L/s,室内消火栓消防用水量为10 L/s,火灾延续时间按2 h计,因此出线场平台GIS控制楼室内外消火栓一次消防总用水量为180 m3。

GIS出线平台内各建筑物标高及消防水压要求见表2,各部位所需最大消防用水量见表3。

表2 GIS出线平台内建筑物消防水压表

表3 GIS出线平台内建筑物所需最大消防用水量表

GIS出线平台采用常高压制。在开关站附近高地上设2#消防生活合用水池一座,有效容积300 m3,水池底板高程为844.5m。

从消防-生活水池引两根DN150 消防主干管将水送至厂区,消火栓管道在出线场平台厂区内成环状管网布置,室内外消火栓支管均从环管上引出。

2.5 竖井消防给水系统

竖井内布置有电梯、电缆井、通风井、电梯通风井、楼梯,是人员交通的重要通道。其消防给水与GIS出现场平台共用消防供水系统,竖井电梯共15 个停靠站,每个电梯停靠层设置两处室内消火栓,保障2支水枪同时到达。局部消火栓栓口动压超过0.5 MPa的消火栓采用减压稳压型消火栓。

3 地下水电站消防给水特点

3.1 充分利用水利工程自身特点,消防水源就地选择

东庄水电站厂房布置于水库旁,水源充足,消防水源采用水库水,即从压力钢管取水,接点处水压约180 m～213 m,消防供水可充分利用自身水压,叠压供至800 m出线场平台消防水池,保障合理性的同时也保障了经济性,而水库水位往往远大于电站厂房室内消火栓供水压力,可减压后,按常高压供水系统设计。

3.2 消防排水应充分利用地下厂房地坪、交通洞排水沟、排水廊道等,与工程其他排水设施紧密结合

地下厂房火灾事故时,消防水系统流量较高,地面应采取有效消防排水设施,以免危害厂房内主要机电设备使用安全。东庄地下水电站利用地下厂房内地坪高差,设置排水沟,有效与工程其他排水系统结合,最终接入工程整体排水系统。

3.3 室外消火栓的设置

根据《水利工程设计防火规范》8.3.1解读,对于地下厂房室外消火栓用水量按地面建筑物的最大消防需水量计,规范并未对此类无地面建筑物的全地下厂房进行详细注解。但《消防给水及消火栓系统技术规范》3.3.2 中对地下建筑提出了室外消防用水要求。

通过对现行规范的充分解读与联系比较,秉持消防从严的原则,同时参考国内如地铁、地下式污水厂等其他地下工程消防给水设计实例,室外消防用水应计入消防水量,并应设置室外消火栓。针对东庄工程特点,室外消火栓设置于消防车能直接抵达的交通洞最近处,减少消防管道敷设工程量的同时满足消防供水需求。

4 结语

地下水电站的消防设计是十分复杂的课题,地下洞群的布局,防火分区的设置,都与消防给水系统的设计环环相扣,息息相关。参考国内外同规模电站的设计经验,在“无人值班、少人值守”的工作状态下,在“立足自救”的原则下,消防给水设计应切合工程实际,找到切实、准确、经济、安全的供水方案,保障消防系统供水能力的同时,更应保障系统的稳定运行,才能有效预防事故及扑救火灾。同时,应做好应急预案及消防系统的管理和维护,加强对操作工人的教育和培训,确保水电站安全稳定运行。