孤山航电枢纽工程消防系统设计研究

柳健 刘朝华 谢方祥

摘要：

孤山航电枢纽工程具有航运、发电等综合效益，是重要的基础设施。为保证工程消防安全，根据工程特点，从总体布置、建筑防火、消防给水及灭火设施、防排烟系统和消防电气等方面开展了消防系统设计方案研究，提出了安全、可靠、经济的消防系统设计方案。孤山航电枢纽工程消防系统设计方案已通过消防审查，对其他电站消防设计具有一定的参考意义。

关键词：

消防工程； 建筑防火； 消防设备； 火灾自动报警； 孤山航电枢纽工程

中图法分类号：TU892

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.S1.006

文章编号：1006-0081（2023）S1-0017-05

0 引 言

水利水电工程是重要的基础设施，工程的消防安全十分重要，一旦发生火灾，不仅枢纽工程本身经济损失巨大，也严重影响其服务区域的工业生产及人民生活［1-2］。因此可靠的消防系统是保证水利水电工程安全的基础之一［3］。

水利水电工程一般地处偏远，灭火主要依靠自身的消防体系［4］，由于工程所在地域、规模、工程布置、水源条件、管理要求不同，消防系统方案也存在差异。只有根据工程的特点，因地制宜采取合理的设计方案，才能保证消防系统的可靠性、适用性、经济性［5］。本文以孤山航电枢纽消防系统设计为例，详细介绍其消防系统设计方案，可为今后类似航电枢纽工程的消防设计提供参考。

1 工程概况

孤山航电枢纽工程位于汉江上游湖北十堰市郧西县及郧县境内，是汉江梯级开发中集发电、航运于一体的综合性枢纽工程。工程枢纽建筑物主要由泄水建筑物、电站厂房、通航建筑物和挡水建筑物等组成。泄水建筑物主要有左区泄水闸和右区泄水闸，采用开敞式平底闸，共布置18个孔口；电站厂房为非地面厂房，安装4台单机容量为45 MW的灯泡贯流式水轮发电机组；通航建筑物为单线一级船闸，船闸级别为Ⅳ级，通航能力为500 t级；挡水建筑物为混凝土闸坝，主要有左、右岸重力坝以及船闸坝段，坝顶高程为188 m。

2 工程总体消防设计

2.1 火灾分析和灭火方案

（1） 水电站厂房机电设备失火时，一般为B类或E类火灾，不易扑灭，且对生产设备危害性较大。

（2） 船闸启闭机房内液压油及电缆量较少，失火时，为小型B类或E类火灾，比较容易扑灭，危害性相对较小。

（3） 该工程船闸不通过油轮（驳）及危险化学品船只，船闸内船只失火时，一般为A类或E类火灾，比较容易扑灭，危害性相对较小。

（4） 枢纽生产管理和生活区内失火时，一般为A类火灾，比较容易扑灭，危害性相对较小。

故本航电枢纽总体灭火方案是：① 电站厂房灭火以消火栓、移动式灭火器为主；② 部分不适宜采用水灭火的地方，采用气体灭火系统、移动式灭火器灭火；③ 水轮发电机组、主变压器等重要的生产用机电设备采用水喷雾灭火系统灭火；④ 船闸、泄洪闸、大坝、生产管理和生活区等部位以消火栓和移动式灭火器灭火为主，辅以消防车机动灭火。

2.2 消防车及消防车道

GB 50987《水利工程设计防火规范》第4.2.4条规定：水力发电厂总装机容量为1 500～3 500 MW，宜配备1辆消防车。该枢纽工程电站厂房总装机容量为180 MW，远小于1 500 MW，故不配备消防车。为确保消防安全，配置2台牵引机动消防泵（1用1备）。

水利水电工程及航电工程消防车道一般依托枢纽内交通道路设置，该枢纽工程现状交通道路由孤山汉江桥、坝顶公路及左、右岸上坝公路构成环路，环路直达船闸及泄水闸，且道路宽为5～7 m。利用现有环路作为消防车道，另从环状消防车道新修消防车道至电站厂房及业主营地，同时在大坝两端头和电站厂房厂前区等处设有回车场，以方便消防车辆进出。

3 建筑物防火设计

电站及船闸建筑物为一组特殊形式的建筑，防火设计除遵循GB 50987-2014《水利工程设计防火规范》，局部还遵照GB 50016《建筑设计防火规范》、GB 50222《建筑内部装修设计防火规范》等。

3.1 火灾危险性分类和耐火等级

根据生产场所的重要程度、火災危险性类别，将电站厂房各建筑物、构筑物及船闸各部位的火灾危险性类别分成3类，其耐火等级、各生产场所的火灾类别及危险等级见表1。该工程永久建筑物各建筑构件的燃烧性能和耐火极限均符合有关防火规范规定。

3.2 防火分区

该工程厂房为非地面厂房，副厂房局部在地面以上，地面以下厂房不经常有人停留。地面副厂房每层建筑面积不超过800 m2，且每层同时值班人数不超过15人。根据GB 50872《水电工程设计防火规范》第5.1.4条规定、条文说明及电站厂房实际情况，一共设置7个防火分区，主厂房各层合为一个防火分区，面积不限；副厂房除157.90 m层分为两个防火分区外，其他各层各设一个防火分区，确保各防火分区面积均在规范要求的2 000 m2内。

为了确保防火安全，对各防火分区内易失火的重点场所及有特殊要求的部位，如厂内油库、油处理室、电缆吊架等，设置防火隔墙、防火门窗、防火阀等进行防火分隔。

3.3 安全疏散

电站地面副厂房每层建筑面积680 m2，小于800 m2，且值班人数约为8人，小于15人。非地面副厂房每层建筑面积约为46 m2，小于500 m2，无人员值班，每次巡检人数约为3人，小于10人。根据GB 50872《水电工程设计防火规范》5.2.6条规定，设置一个安全出口，副厂房设置2部疏散楼梯连接各层，满足疏散要求。安全疏散通道的位置及宽度满足正常使用及紧急情况下对外安全疏散出口数量及宽度要求。消防控制室设置在一楼大厅内，设有直通室外的安全出口。

3.4 其他防火措施

（1） 船闸控制楼、电站厂房内部各部位装修材料均采用不燃材料，各房间的门窗均为防火门、防火窗。

（2） 电缆采用干式阻燃电缆，其氧指数应大于30。消防电源回路的电缆采用耐火电缆，对进出各房间的电缆孔洞进行防火封堵；电缆通道每隔120 m左右设1个防火分隔物。

（3） 透平油库与油处理室之间用防火墙、甲级防火门分隔；在透平油库下部设事故油池，在油库门口内侧设40 cm高挡油槛。

（4） 每台变压器底部设集油坑，在尾水平台设公共事故集油池。

4 消防给水及灭火设施

孤山航电枢纽工程左岸有高山，为保证消防供水的可靠性，采用高位消防水池供水的常高压供水系统。

4.1 消防水源及水量

在枢纽左坝肩附近高程248 m处设400 m3高位消防水池作为枢纽消防水源。由高位水池附近市政管网引2根DN100水管至消防水池，为消防水池补水。

根据GB 50872《水电工程设计防火规范》第11.1.3条规定，航电枢纽工程同一时间内的火灾次数为1次，消防用水量为机电设备最大消防用水量与建筑物最大消防用水量中较大者。孤山航电枢纽工程各部位消防用水量见表2。

由表2可知，孤山航电枢纽工程一次灭火的最大消防用水量为280.8 m3，为保证灭火的有效性，高位消防水池的有效容积取400 m3。

4.2 消防水池及管网布置

为保证供水可靠性，从400 m3高位消防水池敷设2根DN300水管沿公路，经左岸船闸、大坝、电站厂房至安装场坝段相连，形成航电枢纽消防供水环网。在船闸左、右两侧从DN300消防环管各引1根DN100水管至船闸下闸首，为船闸闸墙室外消火栓及船闸控制楼消火栓供水。在电站厂房左、右两侧从消防环网各引1根DN200水管至电站厂房，为电站厂房的水喷雾系统、消火栓系统等供水。

4.3 船闸消防设计

该工程船闸为不通过油轮（驳）、危险化学品船只的单级船闸，根据GB 50872《水电工程设计防火规范》中第6.3.1条规定，在船闸上闸首、闸室段及下闸首左右两侧各设1套室外消火栓，共6个，室外消火栓間距约50 m。

船闸主体段由上、下闸首和闸室组成，闸室有效尺寸为120.0 m×23.0 m×3.0 m，内设有变电所（16 m×5 m）、集控楼（两层，6.5 m×10 m）等，控制楼及变电所各房间均配置合适数量的移动式灭火器，船闸控制室内设置5套防毒面具，船闸室外消火栓亦可用于船闸控制楼灭火。在船闸电缆通道的出入口处均配置推车式、手提式干粉灭火器和防毒面具等。

4.4 电站厂房消防设计

4.4.1 主、副厂房消防

电站厂房沿坝轴线总长122.3 m，其中机组段长85.8 m，安装场长36.5 m。电站厂房垂直分隔为主厂房和副厂房。主厂房为地下一层，副厂房为地下5层，地面3层。主厂房下面为水轮机，副厂房下面有廊道通往水轮机。

主厂房发电机层除调速系统回油箱和压力油罐内有透平油以外，无其他可燃物，但考虑到安装场有时装卸、临时堆放物品，机组检修时要使用一些器材，可能带进一些可燃物。在发电机层和水轮机层配备有移动式泡沫灭火器和磷酸铵盐干粉灭火器，同时在主厂房发电机层安装场段、4个机组段及水轮机层4个机组段的下游侧各布置1个SNW65型室内消火栓，并保证主厂房桥机以下部分所有设备起火时均有两股充实水柱同时灭火。

在副厂房6层各机电设备间入口附近均设置1个SNW65型室内消火栓，共计23个。

厂内桥式起重机布置在厂房的上部，可能发生电气火灾，根据桥机火灾性质和桥机行走的特点，在桥机上配有手提式干粉灭火器和二氧化碳灭火器。

水轮机层以下主要是各种廊道，设备布置较少，失火的可能性较小。为防万一，在各种廊道进口处均配备有手提式磷酸铵盐干粉灭火器。

4.4.2 水轮发电机组消防

目前，国内外大型水轮发电机灭火主要采用CO2和水喷雾灭火两种方式。

（1） CO2灭火。具有灭火效能高、不沾污设备、发电机修复时间短等优点，但需设CO2气瓶、减压装置和可靠的自动操作系统以及相应的元件，而且，为防止灭火时CO2泄漏至主厂房危及人身安全，对发电机的上下挡风板气密性要求较高；另外还需设置将平时泄漏的与灭火后的CO2从机坑排至厂外的专用风机和风道。

（2） 水喷雾灭火。在国内外水电站中已广泛应用，优点在于造价低，使用方便，对发电机盖板的气密性无特殊要求；但若发电机失火，水喷雾灭火后，修复发电机难度大，周期长。

经比较，孤山航电枢纽工程水轮发电机组灭火方式采用水喷雾方式。水喷雾设计浓度采用15 L/（min·m），上、下游环管均各设置合适数量的喷雾头。

水轮机机坑和发电机机坑内的设备均为钢铁结构，发生火灾的可能性很小，但机坑内的导叶接力器、轴承油箱及漏油箱内有少量的润滑油，机组检修时也有可能带进一些可燃性材料，因此在机坑交通廊道配置适量的手提式磷酸铵盐干粉灭火器。

4.4.3 主变压器消防

孤山航电枢纽工程共设有2台100 MVA主变压器，每台变压器用油量约为33 t，主变压器布置在高程186.00 m的2，3号机组段区域尾水平台，采用敞开式布置。

主变压器采用水喷雾灭火，每台主变压器配置50个喷头（喷雾水量为100 L/min，有效射程为2.5 m）。1台主变压器的消防水量约为300 m3/h。

在每台变压器附近设1处1 m3沙池，每个沙池配备3只消防桶、3个消防铲等。

4.4.4 中央控制室、计算机房消防

电站中央控制室和计算机房内均为精密机电设备，产生热量少，火灾危险性较小，但中控室和计算机房是发电厂的指挥调度中心，属于关键部位，一旦发生火灾事故，后果严重，因此消防问题应引起高度重视。

电站中央控制室布置在安装场段高程186.0 m下游副厂房内，建筑面积约206 m2，根据GB 50016《建筑设计防火规范》8.3.9条规定，中央控制室采用七氟丙烷自动气体灭火系统，其控制设备和贮气瓶组布置在中控室下层高程179.6 m的专用消防设备室内。中央控制室一旦失火，可自动或手动打开相应部位的阀门，经延时后实现气体灭火。另外，中央控制室配备一定数量的手提式磷酸铵盐干粉灭火器。

计算机房布置在安装场段高程179.6 m下游副厂房内，建筑面积约91 m2，面积较小，未配备自动气体灭火系统，只配备一定数量的手提式磷酸铵盐干粉灭火器。

中央控制室和计算机房均设乙级防火门，进出房间及电气柜的电缆洞均进行防火封堵。

4.4.5 蓄电池室、配电装置室等机电设备房间消防

电站副厂房蓄电池室、配电装置室、通信机房及GIS室等电气设备房间可能发生电气火灾。根据GB 50140《建筑灭火器配置设计规范》有关要求，配置合适数量的手提式干粉灭火器。另外，蓄电池室还设置有事故排风系统。上述所有机电设备房间均设置防火门，进出房间及电气柜的电缆洞均进行防火封堵。

5 防、排烟系统

电站厂房共有3个楼梯间。在每个楼梯间分别布置2台风量为32 000 m3/h的防烟风机，平时关闭，火灾时开启，向楼梯间加压送风，便于人员逃生。

因电站厂房为非地面厂房，根据GB 50872《水电工程设计防火规范》第12.1.3条规定，厂房发电机层及非地面副厂房的疏散走道需设置机械排烟系统。在副厂房安装场段198.90 m层设有1座排烟机房，排烟机房内布置1台风量为64 852 m3/h的排烟风机。在主厂房发电机层顶部设置1根1 250 mm×800 mm的排烟风管，贯穿整个主厂房，主厂房失火时，排烟风机开启，将烟气通过排烟管排出厂外，并通过上游墙体埋管和地上建筑连通主厂房的孔洞自然补风，便于人员逃生。在副厂房163.90 m层3号楼梯间旁设有1座风机房，内设1台风量为13 444 m3/h的排风兼排烟风机，平时通风。当副厂房163.90 m层失火时，该排烟风机运行，将163.90 m层内走道烟气排走，便于人员逃生。

大坝左非和右非坝段的两座楼梯间分别布置风量为42 000 m3/h和32 000 m3/h的轴流风机各1台，火灾时开启，向楼梯间加压送风，便于人员逃生。

船闸启闭机房、船闸控制楼均为地面建筑，且有大面积外窗，可自然排烟；船闸管理楼仅有2层，楼梯间有外窗，可自然排烟，不需其他防、排烟设施。

6 消防电气

6.1 火灾自动报警系统

孤山航电枢纽工程火灾自动报警系统为集中报警系统，由右岸电站厂房、河床泄水闸及左岸船闸3套区域报警系统组成，集中报警器设置在电站厂房消防控制室，消防控制室内设置电站厂房集中报警控制器和消防工作站、消防广播系统控制柜、防火门监控系统控制柜。泄水闸集控室、船闸集控室内各布置1台区域火灾报警控制器，2台区域火灾报警控制器与集中报警控制器之间采用通讯线连接，完成系统之间的数据通信及报警等功能。

集中报警系統由1台集中火灾报警控制器、1套消防工作站、2台区域报警控制器、各类火灾探测器、手动报警设备、联动设备、各类连接电缆等设备组成，另外，电站厂房还设有防火门监控系统。

孤山航电枢纽工程火灾自动报警系统对通风空调设备、防排烟风机、防火阀、雨淋阀、气体灭火设备、电梯、机组火灾报警系统、图像监控系统、门禁系统、防火门等进行联动控制。

6.2 消防供电

孤山航电枢纽工程消防用电设备的电源按二级负荷供电，供电电源采用双回电源，互为备用，电源取自枢纽电站厂用电系统，电站厂用电系统电源来自电站10.5 kV发电机电压母线。

电站厂房、船闸控制楼等建筑物室内主要疏散通道、楼梯间、消防电梯、安全出口处和厂房内重要部位，均设置了消防应急照明及疏散指示标志。

消防应急照明及疏散指示标志正常时由0.4 kV系统经EPS直接供电，当0.4 kV系统电源失去后，自动切换到应急电源EPS上，连续供电时间不少于90 min。

局部消防应急照明及疏散指示标志采用自带蓄电池的消防应急照明灯具和消防应急标志灯具，连续供电时间不少于90 min。

7 结 语

孤山航电枢纽工程的消防设计需结合其位于河床狭窄山谷地区、枢纽布置集中紧凑、无法利用城镇消防设施及水源充足等工程特点，消防车道、防火间距、安全出口等消防设计应随整体枢纽布置一起统筹考虑。工程消防应立足自救为主，外援为辅，消防

设施的配置要满足扑救可能发生的不同类别火灾。要充分发挥水消防的优势；厂房内设备布置比较集中，消防设施布置要因地制宜，以目前国内的设备制造工艺水平为前提，保证重点，兼顾一般。

孤山航电枢纽工程消防设计应从可靠性、先进性、经济性、方便性进行统筹考虑，消防系统能满足防火、监测、报警、控制、灭火、排烟、救生等7方面的功能要求。

该工程消防系统已完工，并通过了消防验收。

参考文献：

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