泵站供配電系統課程設計1

1、 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc360006699 第一章 主接線設計 PAGEREF _Toc360006699 h 3 HYPERLINK l _Toc360006700 1.1 負荷統計 PAGEREF _Toc360006700 h 3 HYPERLINK l _Toc360006701 1.1.1 全站電氣負荷 PAGEREF _Toc360006701 h 3 HYPERLINK l _Toc360006702 1.1.2 泵的選型 PAGEREF _Toc360006702 h 3 HYPERLINK l _Toc360006703 1.1.3

2、配套電機 PAGEREF _Toc360006703 h 3 HYPERLINK l _Toc360006704 1.1.4 主電動機的計算負荷為： PAGEREF _Toc360006704 h 4 HYPERLINK l _Toc360006705 1.1.5 站用電負荷統計 PAGEREF _Toc360006705 h 5 HYPERLINK l _Toc360006706 1.1.6 泵站總計算負荷 PAGEREF _Toc360006706 h 5 HYPERLINK l _Toc360006707 1.1.7 變壓器選型 PAGEREF _Toc360006707 h 5 HYP

3、ERLINK l _Toc360006708 電氣主接線圖 PAGEREF _Toc360006708 h 6 HYPERLINK l _Toc360006709 第二章 短路電路元件參數計算 PAGEREF _Toc360006709 h 6 HYPERLINK l _Toc360006710 2.1 確定各點短路電流 PAGEREF _Toc360006710 h 6 HYPERLINK l _Toc360006711 計算電路圖和等值電路圖如下： PAGEREF _Toc360006711 h 7 HYPERLINK l _Toc360006712 2.1.2 選定基準值 PAGEREF

4、 _Toc360006712 h 7 HYPERLINK l _Toc360006713 計算各元件電抗標幺值 PAGEREF _Toc360006713 h 7 HYPERLINK l _Toc360006714 2.1.4 K1點短路計算 PAGEREF _Toc360006714 h 7 HYPERLINK l _Toc360006715 2.1.5 K2點短路計算 PAGEREF _Toc360006715 h 7 HYPERLINK l _Toc360006716 第三章 一次設備選擇 PAGEREF _Toc360006716 h 9 HYPERLINK l _Toc3600067

5、17 3.1 高壓側電氣設備選擇 PAGEREF _Toc360006717 h 9 HYPERLINK l _Toc360006718 3.1.1 高壓斷路器選擇及校核 PAGEREF _Toc360006718 h 9 HYPERLINK l _Toc360006719 3.1.2 高壓隔離開關選擇 PAGEREF _Toc360006719 h 10 HYPERLINK l _Toc360006720 3.1.3 高壓熔斷器選擇 PAGEREF _Toc360006720 h 10 HYPERLINK l _Toc360006721 3.1.4 高壓電流互感器選擇 PAGEREF _To

6、c360006721 h 11 HYPERLINK l _Toc360006722 3.1.4.高壓電壓互感器的選擇 PAGEREF _Toc360006722 h 12 HYPERLINK l _Toc360006723 3.2 低壓側電氣設備選擇 PAGEREF _Toc360006723 h 12 HYPERLINK l _Toc360006724 3.2.1 低壓斷路器的選擇 PAGEREF _Toc360006724 h 12 HYPERLINK l _Toc360006725 3.2.2 低壓隔離開關的選擇 PAGEREF _Toc360006725 h 14 HYPERLINK

7、l _Toc360006726 3.2.3 低壓熔斷器的選擇 PAGEREF _Toc360006726 h 15 HYPERLINK l _Toc360006727 3.2.4 低壓側電流互感器選擇 PAGEREF _Toc360006727 h 15 HYPERLINK l _Toc360006728 3.2.5 母線的選擇 PAGEREF _Toc360006728 h 16 HYPERLINK l _Toc360006729 3.2.6 電力電纜的選擇 PAGEREF _Toc360006729 h 17 HYPERLINK l _Toc360006730 電容補償的選擇 PAGERE

8、F _Toc360006730 h 18 HYPERLINK l _Toc360006731 交流接觸器的選擇 PAGEREF _Toc360006731 h 19 HYPERLINK l _Toc360006732 第四章 電氣設備的布置 PAGEREF _Toc360006732 h 19 HYPERLINK l _Toc360006733 電氣設備布置 PAGEREF _Toc360006733 h 19 HYPERLINK l _Toc360006734 4.1.1 電氣設備布置要求 PAGEREF _Toc360006734 h 19 HYPERLINK l _Toc36000673

9、5 4.1.2 泵站的防雷設計 PAGEREF _Toc360006735 h 20 HYPERLINK l _Toc360006736 4.1.3 泵站配電裝置的防雷措施 PAGEREF _Toc360006736 h 20 HYPERLINK l _Toc360006737 4.1.4 泵房建筑物的直擊雷防護 PAGEREF _Toc360006737 h 21 HYPERLINK l _Toc360006738 參考文獻： PAGEREF _Toc360006738 h 23第一章 主接線設計1.1 負荷統計 全站電氣負荷長江6#泵站設計流量15立方米每秒，泵站設計揚程7.32 米泵站在

10、計費計量點的功率因數不應低于0.9。 泵的選型根據原始資料知：每臺水泵的流量為2.5立方米每秒，設計揚程為米，所以經過比對選擇泵型號為700ZLB-70（0、+2、+4）.即出水口徑為700mm，比轉速為700，揚程為1-10m，流量為500-220000立方米每小時，口徑為350-4500mm 配套電機（1）電機功率確定水泵所需功率P水泵= QUOTE = 1100 QUOTE 10/6 = kW 電動機所需功率 P電機= kW 根據泵站設計規(guī)范GB/T 50265-97，主電動機容量應按水泵運行可能出現的最大軸功率選配，并留有一定儲備，儲備系數為1.051.10。水泵最大軸功率N軸 約為2

11、10.99 KW ，采用直接傳動方式，則電動機配套功率為 QUOTE QUOTE QUOTE QUOTE 1.10/100%= 232.09 KW，按電機容量系列，并考慮使電動機接近于滿載運行，從而提高用電設備的自然功率因數，故選擇電動機額定功率為250 kW。（2）額定參數見表1-1表1-1 電動機的額定參數型號額定功率 額定電壓額定功率因數效率額定電流Y355L250kW380V0.909466外殼防護等級安裝形式絕緣等級堵轉轉矩同步轉速定子繞組接法IP23IMB3B級991r/min接法安裝臺數（臺）6 主電動機的計算負荷為： 單臺電機輸入有功功率 P = PN / QUOTE d =

12、250/0.947 kW 單臺電機輸入功率 S = P / QUOTE = kVA 單臺電機輸入無功功率 Q = S QUOTE = kVAR 取補償后 QUOTE 2= ，則 QUOTE 23 （參照并聯電容器的無功功率補償） 原電動機 QUOTE 1= 0.90 , 則 QUOTE 1= 需補償無功功率為 Qc = PN6（ QUOTE 1- QUOTE 2）/ QUOTE d= 2506（93）/0.947 = kVAR 電機輸入總功率 S= N電機S1= 6 = kVA 站用電負荷統計S排水泵0.85）= 14.71 kVA S電動葫蘆0.85）= 5.88 kVA S檢修動力0.85

13、）= 11.76 kVA S 照明 1） = 7.86 kVA 泵站總計算負荷主變總容量 S總容量 = S排水泵+ S電動葫蘆S檢修動力+ S照明 + S =1624.15 KVA 1.1.7 變壓器選型（1）變壓器臺數的確定由上面計算可知，泵站所需總的用電容量為 KVA， 而泵站的的設計要求是三級負荷，則根據經驗，只需要設置一臺主變壓器即可。（2）確定各變壓器的型號及相關參數根據上訴計算容量選擇兩臺變壓器的型號，并確定相關參數，結果見表1-2。表1-2 變壓器型號及相關參數型 號額 定容 量（kVA）額定電壓（kV）連 接組 別損 耗（W）阻 抗電 壓（%）高壓低壓短路空 載SG3-2000

14、/10200010Y，yn0184342495電氣主接線圖 泵站泵站照明檢修動力電動葫蘆排水泵10kV6臺三相異步電機KVUkSN=2000KVAK1第二章 短路電路元件參數計算2.1 確定各點短路電流短路電流計算的計算電路圖和等值電路圖（見圖2-1圖（a），圖（b），根據設備選擇和繼電保護的需要選擇K1、K2、K3三個短路計算點2.1.1計算電路圖和等值電路圖如下：.2 選定基準值 Sb= 100 MVA ，Ub1= Uav1=10.5kV ，Ub2= Uav2= 0.4 kV 則Ib1= Sb /（ QUOTE Ub1）= 100/（ QUOTE 10.5）= 5.50 kA Ib2= S

15、b /（ QUOTE Ub2）= 100/（ QUOTE 0.4）= 144 kA 計算各元件電抗標幺值架空線路 X*1= X 0 l Sb / Ub12 QUOTE 10 QUOTE 主變壓器 X*T主 = Uk% Sb / (100SN)= QUOTE 100/(1001)= 電動機 X*G = X*Sb / SN = QUOTE X*G總 K1點短路計算 總電抗 X* QUOTE 1= X*l三相短路電流周期分量有效值IK1= Ib1/ X* QUOTE 1 = 7 = kA 三相短路次暫態(tài)電流和短路穩(wěn)態(tài)電流 I” =I QUOTE = IK1 = kA 三相短路全電流最大有效值Ish

16、I= 1.51 = kA 通過K1點短路沖擊電流為 ish= ish1= = kA 三相短路容量:SK1 = QUOTE Ub1I” QUOTE QUOTE 1.73 = 31.5 MVA K2點短路計算 總電抗X* QUOTE 2 = X*1 +X*T = 7三相短路電流周期分量有效值IK2= Ib2 / X* QUOTE 2= 7 = kA6臺電動機總的額定電流 INM= 0. 4666 = kA 由于2.796 IK2= kA 所以應考慮異步電動機提供的反饋沖擊電流 異步電動機反饋短路此暫態(tài)電流：IM”INM QUOTE 0.466= 2.10 KA，式中INM 為電動機額定電流。 is

17、hM=6.36 KshMINM1 kA 三相短路次暫態(tài)電流和短路穩(wěn)態(tài)電流：I”=IK2=I QUOTE =IK2+6 QUOTE IM”= 17.63+6 QUOTE 2.1= 30.32 KA 故通過K2點短路沖擊電流為 ish= IK2+ 6IM”= + = kA 三相短路容量:SK2 = QUOTE Ub1I”= MVA3點短路計算K3和K2兩個短路計算點相比較，K3點比K2點少一臺異步電動機供給的短路電流。同K2點計算過程一致，則省略。短路電流的全部計算結果2-12-1 短路計算值短路點K11.731.731.73K11K318.8121 第三章 一次設備選擇3.1 高壓側電氣設備選擇

18、 高壓斷路器選擇及校核 （1）因為變壓器處于最大工作容量為2000kVA，所以高壓側最大長期工作電流約為IT =S/( QUOTE U) QUOTE 10)= 115.61 A，所以根據額定電壓10kV，工作電流以及裝設在戶內的要求，查閱產品樣本初步選用ZN-10/600型斷路器，其主要參數見表3-1。其固有分閘時間約為0.05s，斷路器的全開斷時間約為。（2）按開斷電流選擇 高壓側短路開斷電流I”= 1.73 kA 小于斷路器額定開斷電流Ioc=8.7 KA，所以滿足要求。（3） 校驗短路時動穩(wěn)定 由于ishimax=22 KA ，所以滿足要求。（4）校驗短路時動穩(wěn)定 經估算周期分量等效時間

19、約為，故短路電流的熱效應可近似算得=1.732 QUOTE 1.8 =5.4(KA2 QUOTE S) ，小于允許發(fā)熱 QUOTE 4 =302.76(KA2 QUOTE S)，故滿足要求。（5）ZN-10/600型斷路器參數見表表3-1表3-1 ZN-10/600型斷路器參數計算數據ZN-10/600型斷路器參數10kV10kVA11.73kV kVkA 22KA5.4(KA2 S)302.76(KA2 S) 高壓隔離開關選擇（1）按UN、IN及裝設地點選擇 根據額定電壓10kV、工作電流以及裝設在戶內的要求，可初步選用GN5-10/400型隔離開關，其主要參數見表3-2.（2）校驗短路時動

20、穩(wěn)定由于ish=4.41KA，小于imax=52 KA，故滿足動穩(wěn)定要求。（3）校驗短路時熱穩(wěn)定 QUOTE 3.2=9.6 (KA2 S)，允許發(fā)熱=142 QUOTE 5 = 980(KA2 S)滿足要求。將計算數據與所選的GN5-10/400型隔離開關的參數列于表3-2中。 表 3-2 GN5-10/400型斷路器參數計算數據GN30-10/630-20型斷路器參數10kV10kVA400 kV52kA9.6 KA2 S980 KA2 S 高壓熔斷器選擇按UN、IN及裝設地點，選擇對于高壓架空線的進線端的第一個熔斷器型號為RN3-10/200，其參數見表3-3。用于電壓互感器的熔斷器選為

21、RN2-10/0.5，其參數見表3-4。 表3-3 RN3-10/200熔斷器參數型號額定電壓最高電壓額定電流額定斷流容量熔絲額定電流上限下限RN3-10/20010kV11.5 kV2200MVA10MVA15 型號額定電壓最高電壓額定電流額定斷流容量熔管電阻10kV11.5 kV1000MVA90 高壓電流互感器選擇（1）按UN、IN及裝設地點選擇按UN=10 KV、最大工作電流為及戶內安裝要求，選擇高壓電流互感器型號為LAJ-10，其參數見表3-5。3-5 電流互感器的型號及相關參數型 號額定一次電流(A)準確級組合準確度LAJ-102000510%倍數1s熱穩(wěn)定倍數動穩(wěn)定倍數尺寸（mm

22、2）=1.1 Ijs3000瞬時動作的過流脫扣器整定電流900012000分段能力80503. 低壓隔離開關的選擇根據變壓器低壓側k2點算出斷路器額定電壓為400V，最大工作電流為A，初步選擇QP3150型號隔離開關。相關技術參數表3-9。 根據電動機側額定電壓380V，最大工作電流為A，初步選擇QP630型號隔離開關，相關技術參數見表3-9。 根據站用電額定電流為380V，最大工作電流為I站用= P輔機/( QUOTE 2U2 )+ P照明/( QUOTE 3U3)=（14.71+5.88+11.76） QUOTE 1000/( QUOTE QUOTE QUOTE 1000/( QUOTE

23、QUOTE 380) =61.51 + 17.08 = 78.59 A ，選擇型號隔離開關 QA125型號的隔離開關，相關技術參數見表3-9。表3-9 低壓隔離開關參數表型號額定工作電壓/V級數額定工作電流A額定短時（1S）耐受電流/KA通斷能力AC380V/A 主要特征QP31503803315080130000由銅導體串聯連接，不帶熔管的隔離開關，極數：3QP63038036303250000QA1253803125420003. 低壓熔斷器的選擇 根據輔機側額定電壓為380V，工作電流I輔機= P輔機/( QUOTE 2U2 )=61.51 A， 所以輔機側熔斷器型號為RT19-125/

24、80，參數見表3-11。照明側額定電壓為380V 工作電流I照明= P照明/( QUOTE 3U3)=17.08 A，照明側熔斷器型號為RT14 -32/25 ，參數見表表3-113-11 低壓熔斷器參數型號熔斷器額定電流（A）額定電壓（V）熔體額定電流（A）額定分段能力（kA）額定功耗（w）RT19-125/8012538080_RT14 -32/25322510053. 低壓側電流互感器選擇根據變壓器低壓側k2 點算出斷路器額定電壓為400V，最大工作電流Ig = ;以及戶內式安裝形式，初步選擇該處電流互感器型號為LMZJ1-0.5，其參數見表3-12. 根據電動機側額定電壓為380V，最

25、大工作電流為422.54 A以及戶內安裝形式，初步選擇該處電流互感器型號為LMZ1-0.5，其參數見表3-12.根據站用電側額定電壓為380V，最大工作電流為A以及戶內安裝形式，初步選擇該處電流互感器型號為LMZ1-0.5，其參數見表3-12.表3-12 電流互感器參數型號額定一次電流A額定二次電流A一次安匝額定負荷VA需多匝纏繞的一次電流/A30005300020LMZJ500550051匝150515055-150 母線的選擇母線的材料、類型和布置方式的選擇：屋內配電裝置由于線間距離較小，布置緊湊，通常采用硬母線。矩形截面母線散熱條件較好，有一定機械強度，便于固定和連接，但集膚效應較大，為

26、了避免集膚效應過大，單條矩形截面積不應大于10002000mm2。當工作電流過大時，根據需要可采用多條矩形母線并聯。當每相有三條并聯時，中間一條電流約占總電流20%，而邊上兩條各占40%。不易采用每相有四條以上的母線。經過以上分析，考慮采用矩形鋁母線水平布置、平方敷設按最大長期工作電流選擇母線截面：IN QUOTE Iw，max = 按經濟電流密度選擇母線截面：Sec = Iw，max/J = 1584.14 mm2初步確定母線的型號以及相關參數，詳細見表3-13。表3-13 母線的型號及相關參數型號每項銅排數允許載流量（A）導體截面慣性矩彈性模量（Pa）TMY-80*10231001.312

27、5*10-67*1010單位長度質量（kg/m）間距（m）跨距（m）抗彎截面系數自振頻率（Hz）7.88*10-6200熱穩(wěn)定系數（=）等值時間（s）集膚效應系數條間允許應力（Pa）8969*106熱穩(wěn)定性校驗： Smin QUOTE S = mm2，即滿足熱穩(wěn)定性要求母線共振校驗：，故母線不會發(fā)生共振動穩(wěn)定性校驗：相間電動力： 相間應力：， 故滿足動穩(wěn)定性要求經過計算比較，最終確定0.4kV母線選用LMY-50*6.3的鋁母線。3. 電力電纜的選擇選擇電力電纜的型號：確定電纜為敷設在管道中的銅電纜按額定電壓選擇：UN QUOTE Uw=0.4 KV 按經濟電流密度選擇：初步確定電纜為交聯聚氯

28、乙烯護套電力電纜，截面積為185*6mm2的，參數見表3-14表3-14 電纜的參數截面積*芯數(mm2)額定電壓(kV)環(huán) 境條 件允許載流量(A)校 正系 數電 阻（/km）電 抗(/km)185*6115地中直埋27001855304456552.5*3+1.5*155長期發(fā)熱允許電流校驗：KIal =0.91*530*6= QUOTE 所以滿足要求。熱穩(wěn)定性校驗：，故滿足熱穩(wěn)定性要求動穩(wěn)定性校驗： 故滿足動穩(wěn)定性要求從主接線圖可以看出，其他電纜雖然電壓、電流等不相同，但選擇電纜的要求還是一樣的，即選擇步驟一樣的，故可按照同樣地方法依次確定其形式如表18。電容補償的選擇由前面計算的數據可

29、知，本電路中需要補償的無功容量為kvar，然而電容補償器的選擇原則并不是單臺設備的補償容量越大越好，結合課程實習過程中的經驗收獲，確定單臺電容補償設備的容量為25kvar較佳，并且為達到補償220kvar的要求，至少需要9臺這樣的設備，而這恰好彌補了因為忽略站用電的小量補償的損失，即最終的補償容量為30*9=270kvar，對于相應的電容補償器的選擇及校驗，經過比較最終得到如表的電容補償設備。表3-15 電容補償器型 號臺 數額定電壓(kV)額定容量(kvar)額定電容（F）相 數BWF10.5-30-19300.871交流接觸器的選擇接觸器是一種可供遠距離操作和自動控制，而且可以進行頻繁操作

30、的低壓開關電器，他相比于低壓斷路器和低壓隔離開關，優(yōu)點顯著，且價格便宜，被廣泛采用在電容補償回路當中，同時可以按照隔離開關的選擇思路選擇交流接觸器。經過類似步驟的選擇與校驗，最終確定選用CJZD-630，其具體參數見表20。表3-16 交流接觸器型號額定工作電壓額定工作電流額定控制功率額定操作頻率CJZD-630380V630A300kW600次/h第四章 電氣設備的布置電氣設備布置 電氣設備布置要求泵站電氣設備的布置包括電氣設備的總體布置、控制室布置、屋內配電裝置的布置、站房內其他電氣設備的布置及屋外配電裝置的布置等，應與整個泵房布置協調考慮。長江6#考慮到泵站的運行維護和檢修，保證運行的安

31、全，便于進出線，節(jié)約占地面積和建筑費用以及發(fā)展問題，做了如下布置。10kV架空線路進線終端桿處設高壓柱上隔離開關，10kV開關柜5面（其中1面進線柜、1面計量柜、1面互感器柜、2面出線柜）、主變壓器、站用變壓器布置配電房內，采用離墻單列并排布置。0.4kV低壓配電柜2面、無功補償柜1面、水泵控制柜4面布置在泵房內，采用離墻單列并排環(huán)形布置在泵房操作層。10kV開關柜、變壓器和0.4kV低壓配電柜間通過電纜經電纜橋架或支架相連接。閥門、真空泵、排水泵等輔助設備控制箱就地布置，采用掛墻安裝。由于主要采用的是屋內配電，故屋外配電部分只需設置防雷裝置和隔離開關。具體布置圖詳見附錄2.泵站電氣設備的布置

32、圖。 泵站的防雷設計為了防止大氣過電壓及異常運行情況可能產生的過電壓對運行人員及電氣設備的危害，泵站的電氣設備及泵房建筑物按相關規(guī)程規(guī)范要求設置相應的防雷與接地裝置。為了防止沿線路侵入的雷電進行波，在10kV線路進線處均裝設了氧化鋅避雷器。對泵站原有接地系統接地電阻進行實測，如不滿足要求應重新敷設接地裝置，接地裝置主要是利用構造柱、地圈梁中的主鋼筋及進、出水鋼管等自然接地體焊接成等電位基礎接地網。本工程防雷接地、電氣設備的保護接地等共用一個接地裝置，要求接地電阻不大于1歐姆，實測不滿足要求時，增設人工接地極。 泵站配電裝置的防雷措施泵站配電裝置中出現雷電過電壓主要有兩個來源：雷電直擊變電所和沿

33、輸電線入侵的雷電過電壓波。配電裝置的直擊雷防護：由于建筑物采取防雷措施，戶內配電裝置不考慮直擊雷的防護。配電裝置的雷電侵入波保護是利用避雷器及與避雷器相配合的進線保護段來實現的。配電裝置的雷電侵入波防護：每段母線裝設閥式避雷器YH5WS5-17/47（參數見表5-1）。變壓器中性點采用全絕緣，不設保護裝置。未沿全線架設避雷線的10kV輸電線路，在靠近配電裝置12km的線段上架設避雷線，此段線路即為進線段。避雷線防止該段輸電線遭受直擊雷，對于進線段以外的線路遭受直擊雷時，由于進線段本身波阻抗的作用，使進入配電裝置的雷電流幅值收到限制，而導線上沖擊電暈的作用，使雷電波的陡度減小。表5-1 YH5W

34、S5-17/47避雷器參數型號系統額定電壓kV避雷器額定電壓kV避雷器持續(xù)運行電壓kV陡坡沖擊電流下殘壓kV雷電沖擊電流下殘壓kV操作沖擊電流下殘壓kV大電流沖擊耐受kA方波通流容量A（2ms）爬電比距（cm/kV）最大傘徑（mm）總高HcmYH5WS5-17/4710174765100204275 泵房建筑物的直擊雷防護避雷針和避雷線是防護直擊雷的有效措施。避雷針適用于戶外變電所，而架空線路則采用避雷線。由于本站采用戶內式變電所，所以不需要裝設避雷針和避雷線。主、副廠房的直擊雷防護，在廠房的屋頂面板上敷設保護建筑物用的避雷網，將鋼筋混凝土建筑物的鋼筋接地即可。避雷網帶用10圓鋼，刷防銹漆。避

35、雷帶一般高出屋脊或屋檐1520mm，每隔一米左右支撐固定。接地引下線不少于兩根，沿四角墻柱外側引下，每根引下線均需設置集中接地體，并與廠房地網連接。參考文獻：1 葛強主編.泵站電氣設備M.北京:現代教育出版社,2008.2 黎文安主編.電氣設備手冊M.北京:中國水利水電出版社,2007.3 丁毓山 雷振山 主編 中小型變電所實用設計手冊 中國水利水電出版社，20004 劉寶林編.電氣設備選擇、施工安裝、設計應用手冊(上、下冊)M.北京:水利水電出版社,19985 3-10k6 狄富清 狄曉淵 主編 配電實用技術 機械工業(yè)出版社 20107王其紅.何樂如.吳潤燕主編：電工手冊 河南科技出版社20

36、10原文已完。下文為附加論文，如不需要，下載后可以編輯刪除，謝謝！ 轟燃對建筑室內火災滅火救援的影響【摘 要】：在室內轟燃研究理論基礎上，簡要介紹了轟燃的定義和轟燃判據，并結合建筑火災實際情況，分析了因轟燃引起的室內火災中滅火救援難點問題，根據轟燃的特點，提出了應對此類火災的滅火救援對策，為消防部隊處置室內轟燃火災提供參考?！娟P鍵詞】：消防； 建筑火災； 轟燃； 滅火救援一、引 言轟燃是室內火災發(fā)展過程中的一種特殊燃燒現象。室內發(fā)生火災后，若具備合適的燃料和通風條件，就可能發(fā)生轟燃。轟燃一旦發(fā)生，室內所有可燃物會在極短時間內同時全面著火，室內整個空間都充滿火焰，可燃物燃燒速率和室內溫度急劇上升

37、，并且室內會產生大量有毒煙氣，氧氣濃度也隨之急劇下降。這些都會使室內人員受到嚴重威脅，也給消防滅火救援帶來極大困難。國內外發(fā)生的很多建筑火災事故中，轟燃就是造成嚴重人員傷亡和財產損失的元兇，如新疆克拉瑪依友誼館火災、洛陽東都商廈火災、吉林中百商廈火災、英國布拉德福市足球場火災和皇家十字地鐵車站火災。因此，結合轟燃的特點和危害性，分析轟燃對建筑火災中滅火救援工作造成的難點問題，有針對性的加強對室內火災的控制，對于提高消防部隊滅火救援工作效率具有重要意義。二、轟燃及相關研究（一）轟燃定義NFPA 921中轟燃定義為：室內火災發(fā)展的一個過渡階段，熱輻射作用下的所有可燃物在轟燃時幾乎同時著火，火焰迅速

38、在室內所有物體傳播蔓延，室內形成一片火海。轟燃的發(fā)生是火災失控發(fā)展的危險信號，產生的高溫煙氣會對建筑結構安全產生嚴重影響，強大的破壞力往往造成惡性死傷事故和巨大財產損失，極易造成群死群傷事故與巨額財產損失，也是火災即將向臨近區(qū)域蔓延的重要標志。目前對轟燃還沒有統一的定義，比較常用的三種：（1）室內火災由局部火向大火的轉變，轉變完成后，室內所有可燃物表面都開始燃燒；（2）室內燃燒由燃料控制向通風控制的轉變；（3）在室內頂棚下方積聚的未燃氣體或蒸氣突然著火而造成火焰迅速擴展。（二）轟燃判據及預測室內火災是一種受限空間內的燃燒，是建筑火災的主要形式，將發(fā)生轟燃的條件量化為可以測量或計算的物理量是一件

39、極為困難的事情?，F在應用最多的三個轟燃判據為：（1）室內接近頂棚熱煙氣溫度超過600；（2）室內地板平面輻射熱通量超過20 kW/m2；（3）通風口有火焰噴出。以上判據都源于火災實驗觀察結果，雖然具有一定局限性，但可以作為判定轟燃的參考標準。對轟燃的預測方法，不同的研究者提出了不同的溫度和熱通量判據。V.Barauskas、McCaffrey、Quintiere、Harkleroad、Thomas等分別提出了基于熱釋放速率預測轟燃的經驗公式。此外，武警學院陳愛平教授將內襯材料的熱慣性因素引入考慮，基于McCaffrey的方法提出了轟燃綜合預測法；B.Hagglund等建議采用臨界轟燃燃燒速率預

40、測轟燃；J.G. Quintiere等提出采用臨界轟燃燃料面積預測轟燃；S.R.Bishop根據經典熱爆炸和非線性熱動力學理論溫度微分方程特征值預測轟燃等。這些預測方法的實用性和精確性還有待改進。三、轟燃對室內火災滅火救援的影響（一）轟燃時間預測困難，影響滅火救援決策消防部隊在轟燃前到達現場，如果未及時預測和偵察到轟燃，急劇升高的溫度和噴出火焰會對消防隊員造成傷害。消防官兵到火場后，沒有人能夠準確預測是否會發(fā)生轟燃和什么時候發(fā)生轟燃。有些火災，消防員內攻進入室內的瞬間就可能被卷入火海中，而有些火災，在滅火救援進行過程中突然轟燃，也有的至滅火戰(zhàn)斗結束也不發(fā)生轟燃。如何在火場快速判斷轟燃發(fā)生的可能

41、性及時間，仍是一線消防指揮員的一個難題。而目前對轟燃的預測研究多限于學術理論方面，并沒有便于在滅火救援現場操作的轟燃預測儀器或技術手段。指揮員只能依靠個人積累的滅火經驗，對轟燃的感官印象及火情偵查情況進行初略判斷，容易導致現場決策低效率、低質量，甚至做出錯誤的決策，造成不必要的人員傷亡和財產損失。（二）火場溫度高，滅火進攻困難室內發(fā)生轟燃后，火勢突然猛漲，進入全面燃燒階段，產生的高溫能達到1000左右。有關研究表明，對于沒有任何保護的皮膚，只要暴露在137-160的環(huán)境中就會造成嚴重傷害。撲救建筑火災最有效的滅火措施是內攻，而轟燃產生如此的高溫會對消防員產生強烈的烘烤，加上可能從門窗噴出的火焰

42、和高溫煙氣，消防隊員很難近距離滅火，內攻更加危險、艱難。如滅火中水槍掩護不充分，個人防護不周全，還會危及消防員人身安全。同時由于轟燃中可燃物不完全燃燒會產生大量有毒濃煙和氣體，降低了火場能見度，更加難以發(fā)現較隱蔽的火勢威脅，影響了滅火效率。（三）室內充滿煙氣，搜索救援難度大轟燃發(fā)生前，大量積聚的濃煙和高溫會迫使消防員將身子放低，彎腰或匍匐前進，在搜索被困人員時行動不便，效率低下。此外，室內積聚的濃煙具有較強的減光性，室內能見度很低，對偵查和搜救非常不利，受困人員也無法自行安全疏散，消防員也有誤入危險區(qū)域和迷路的危險。轟燃后轉為全面燃燒，燃燒更為猛烈，無法深入開展室內救援，而由于燃燒速率急劇增長

43、，因燃料不充分燃燒會產生大量有毒氣體如：CO、H2S、HCL、SO2等，導致被困人員中毒、窒息，消防滅火救援時間更加緊迫，人員疏散更加困難。（四）建筑受高溫烘烤，結構有倒塌危險室內轟燃發(fā)生后，釋熱速率急劇增大，溫度急劇升高，達到500-600的高溫，最高可達1000左右，建筑構件的強度在高溫、強烈熱輻射作用下會下降?；炷猎诟哂?00溫度作用下抗壓強度線性下降，超過600時抗拉強度基本喪失，在900左右時抗壓強度下降到常溫時的10%；鋼結構雖不燃燒，但在火災高溫中強度會迅速下降，500左右時全負荷鋼結構就會失去靜態(tài)平衡穩(wěn)定性，600其強度下降2/3，進而結構發(fā)生變形引發(fā)倒塌。因此轟燃撲救過程中

44、，建筑結構很容易發(fā)生局部倒塌甚至整體坍塌，使室內人員受到威脅，影響消防救援工作。（五）火焰易竄出蔓延，控制火勢難度大室內具備轟燃條件時，可能在著火3-10 min后就會發(fā)生轟燃，消防隊趕赴火場后可能已經發(fā)生轟燃，火災發(fā)展至猛烈燃燒階段，第一出動力量如對火災形勢估計不足，到達火場后往往控制不住逐漸增長蔓延的火勢。此外，轟燃后伴隨著噴出火焰和飛火，能沖出著火房間，造成火勢蔓延。而且轟燃產生的強烈輻射熱也對臨近可燃物形成威脅，強輻射熱也是火勢向上層和四周擴散蔓延的主要原因。四、預防和控制轟燃的滅火救援對策（一）全面?zhèn)刹榛鹎?，注意轟燃征兆在處置建筑室內火災時，應全面?zhèn)刹榛鹎?，快速掌握起火房間位置、火勢

45、大小、人員被困情況、室內可燃物數量與類別、建筑結構特點、周圍毗鄰建筑情況等，尤其對于通風不好且室內可燃物數量較多時，應提高警惕，密切監(jiān)視，謹防轟燃突發(fā)造成惡性事故。為延緩或避免可能發(fā)生的轟燃，到場后應確保室內自動噴水滅火系統動作，盡量為后續(xù)滅火與人員疏散救援爭取時間。同時應派安全員密切注意轟燃發(fā)生征兆，轟燃的警報信號主要是高溫輻射、“閃燃”和“白煙”。有條件進入室內偵查時，如發(fā)現室內煙氣溫度較低，則轟燃可能性不大，應及時出開花水冷卻；如消防員進入后，明顯受到高溫烘烤，熱煙氣層不斷變厚，表明有轟燃危險，應及時撤離至外圍控制火勢。同時，消防員進入室內時，還應密切關注是否有濃煙從門窗翻滾、溢出，或則

46、濃煙中夾雜有較小火焰和閃燃現象，如果出現這些征兆，則說明此房間具有轟燃的危險。（二）準確迅速，疏散搶救人員轟燃具有一定突發(fā)危險性，消防部隊到達火場后，人員搶救時間非常有限，在迅速掌握火情和人員被困情況后，積極做好冷卻防護同時，立即組織精干人員成立搜救小分隊，展開人員疏散和救援。進入室內救援前，應根據人員被困位置和數量，確定好各小組任務，定好一次作業(yè)時間、緊急情況聯絡方式和撤離路線。每個搜救人員都應穿好滅火服，必要時穿防火服，佩戴空氣呼吸器，在水槍跟進掩護中小心進入。搜索時2人或3人一小組，協同搜尋，盡量靠墻前進，彎腰或則匍匐行進，能見度太低時要利用導向繩保護，防止在濃煙中迷路，并密切注意火情變

47、化，隨時做好緊急撤離準備。在搜救中注意檢查門窗附近有無昏迷人員，當室內煙氣溫度過高時，不能進入火場內部太遠，嚴格按照作業(yè)時間行動，按時返回。如果趕到火場轟燃已經發(fā)生，不要盲目進入室內，應先設法進行通風散熱，控制火勢，適當破拆開辟救人通道，待火勢稍減再內攻滅火救援。（三）噴霧冷卻稀釋，適時通風散熱轟燃前和轟燃后都要出槍射水，如能直接對火源射水，可有效降低火源熱釋放速率，降低火焰區(qū)溫度，能延遲或抑制轟燃發(fā)生。但區(qū)別于普通建筑火災，轟燃火災處置中水槍的射流形式、射水部位都有特殊要求。對于轟燃火災，室內煙氣層很厚，可燃氣體濃度大，如果僅用直流水冷卻滅火，可以對火焰區(qū)起到降溫作用，對未燃材料起到潤濕和減

48、緩熱分解作用，但對熱煙氣層效果不明顯，所以射水直擊火源的同時還需要開花水或噴霧水對熱煙氣層實施稀釋、冷卻。向熱煙氣層噴水霧一方面可以降低煙氣溫度，減小熱煙氣的熱輻射，另一方面水霧滴吸熱汽化后可以稀釋可燃氣濃度?，F在大多室內頂部有易燃裝修材料，還要注意向屋頂和墻壁射水冷卻。撲救轟燃火災時，還要注意適時通風和排煙，李晉等研究發(fā)現在增大房間送風量，轟燃時間提前，穩(wěn)定送風量并加大排煙量時，轟燃不發(fā)生。杜蘭萍等研究表明，燃料一定時，排煙量與送風量之比大于某定值就不會發(fā)生轟燃。送風可通入新鮮空氣，排煙可減少熱煙氣濃度，有利于室內散熱，所以在轟燃前采取合理通風排煙措施，比如打開門窗、啟動機械排煙裝置等都有利

49、于滅火救援。但對于通風的時機和通風量的大小，指揮員一定要正確把握，對于已經充滿濃煙的高溫密閉的房間，謹防因開門通風引起回燃。（四）小隊突擊，內攻滅火通常對建筑火災最有效的滅火措施就是內攻，直擊火點，消滅火勢。轟燃火災由于高溫、強輻射、室內熱煙氣濃、建筑有倒塌風險等特點，應該謹慎選擇內攻時機，把突發(fā)險情的危害降到最低。在仔細偵查火情，掌握火勢發(fā)展態(tài)勢后，確保無轟燃發(fā)生危險征兆，比如：觀察門窗有無濃煙翻滾或閃燃，著火房間門把手是否很熱，室內煙氣是否有明顯的烘烤灼熱感等。同時還應確保建筑沒有倒塌危險，內攻進入時以精干小組為單位，做好安全防護和掩護，交叉掩護前進，注意避開吊頂、高熱區(qū)等危險，遇有緊急情

50、況，立即撤離。內攻應量力而行，火勢太過猛烈時，不能勉強內攻，應先控制住火勢，增援力量到達或兵力相對火勢具有一定優(yōu)勢時再內攻滅火。（五）重點監(jiān)護，防止倒塌和火勢蔓延轟燃產生的高溫對建筑構件和結構有巨大破壞作用，滅火過程中，要對建筑承重構件加強冷卻保護，并應指定人員密切注意建筑破壞情況，一旦有倒塌危險就及時撤離。對于著火時間較長的建筑，冷卻承重構件時，避免用沖擊力過大的直流水直接向構件射水，盡量用開花水均勻冷卻降溫，防止高溫的混凝土在水流沖擊和冷卻作用下開裂，強度下降。此外，撲救轟燃火災中，把握火場全局，重點突破，加強冷卻降溫的同時，還應出槍抑制從門窗噴出的高溫煙氣和火焰，防止火勢從門窗及管線向上

51、層和四周蔓延。對于已經發(fā)展成全面燃燒的大火，應從整體上合理部署兵力，集中優(yōu)勢兵力控制火勢，再逐步消滅火災。五、結 語由于轟燃現象的復雜性，對于轟燃產生的條件及轟燃本質等問題研究還存有爭議，需要進一步的理論研究和實驗驗證，隨著轟燃研究的不斷深入，我們可以更加有針對性地預防和抑制轟燃的發(fā)生，轟燃火災中的消防滅火救援工作也會更加科學高效。 電石火災處置對策研究摘 要：根據電石的理化性質和化學危險特性，結合電石火災的特點，對電石火災事故的處置方法和措施進行了探討，具體從現場火情偵查、初期控制、滅火劑選用、安全防護與防暴和防止環(huán)境污染五個方面進行分析，研究了如何高效處置電石火災事故。關鍵詞：電石；火災；

52、滅火救援一、引言電石作為重要的基礎化工原料，在保障國民經濟平穩(wěn)較快增長、滿足相關行業(yè)需求等方面發(fā)揮著重要的作用，它廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、建筑、醫(yī)藥等領域。電石本身不可燃，但遇水劇烈反應生成易燃易爆的氣體乙炔，在工業(yè)生產中常引發(fā)火災甚至爆炸。丹江口市轄區(qū)內的漢江集團電化公司、宏茂冶金公司電石年產量都達20萬噸以上，新港金家灣工業(yè)園及三官殿還有數家小型電石生產、經營企業(yè)，丹江口市已經成為華中地區(qū)電石重要生產基地。然而，近幾年因電石在生產、運輸、貯存過程中發(fā)生的火災事故比較頻繁，造成了嚴重的經濟損失。因此，我們有必要全面認識電石的火災危險性，研究出高效的事故處置對策，提高滅火救援人員對電石火災事故的

53、處置能力。二、電石的理化性質（一）電石理化性質電石是碳化鈣的俗稱，它是工業(yè)上廣泛使用的基本原料。純凈碳化鈣為無色晶體，暴露空氣中會吸水受潮而呈灰白色。工業(yè)電石為碳化鈣與氧化鈣的混合物，碳化鈣含量70%-80%，外觀呈灰色、棕黃色或黑褐色，一般由焦炭和石灰經高溫熔煉得到。電石的化學分子式為CaC2，密度為2.22g/cm3，熔點447，沸點2300，閃點17，可導電，遇水劇烈反應生成乙炔，并放出熱量，屬于甲類第2項火災危險物品。（二）電石的化學危險性（1）遇濕受潮燃燒。電石為一級遇濕易燃物品，遇水反應劇烈，生成乙炔和氫氧化鈣，并放出熱量，每公斤碳化鈣水解放熱約為1962J。乙炔爆炸極限為2.5%

54、82%，在空氣中達到爆炸極限濃度時，遇明火即發(fā)生爆炸。若電石包裝不嚴而不慎受潮，會積聚一定的乙炔氣和熱量，當乙炔濃度處于爆炸極限范圍內時，遇明火則爆炸。此外，乙炔的過量積累也可能導致物理爆炸。（2）受撞擊引發(fā)爆炸。電石在受到碰撞、摩擦時，電石與容器間可能產生靜電、火花，造成電石自燃甚至引爆聚集的乙炔。電石中一般含有少量硅、鐵、鎂、鋁等雜質，這些雜質在碰撞摩擦中更容易產生火花。（3）高溫下電石能與氯、硫、磷、乙醇、氯化氫等發(fā)生劇烈反應。電石與酸性溶液反應激烈，比遇水反應更劇烈，可能引起液體飛濺。（4）對人體皮膚具有腐蝕作用。電石粉末接觸到皮膚，能與汗液反應生成氫氧化鈣，對皮膚有腐蝕作用，可能引起

55、皮膚瘙癢、發(fā)炎；不慎接觸到眼睛，會引起結膜炎，灼傷眼部組織；吸入到體內會傷害呼吸系統和腸胃器官。三、電石火災事故的特點（一）致災因素多，突發(fā)性強由于電石的遇濕易燃性，在生產、儲存、運輸中任一環(huán)節(jié)出現問題都可能引起火災，而且電石一旦燃燒，發(fā)展極為迅速。生產中防潮、防暴措施不到位，操作失誤，電石意外淋雨，運輸中貨物碰撞等都能引發(fā)電石著火，遇明火還可能發(fā)生爆炸，使人猝不及防。此外，近年的電石火災多發(fā)生于公路運輸途中，并伴隨著交通事故，事故發(fā)生地點不確定，情況復雜，也給救援力量的到達和現場救援組織展開帶來了困難。（二）燃燒猛烈，易爆炸造成人員傷亡電石著火后會引起連鎖反應，燃燒產生的高溫會加速火焰?zhèn)鞑ィ?/p>

56、如果散落的電石附近有水源，或則遇到大雨天氣又沒有遮雨工具，火勢會越燒越猛烈。電石與水、酸接觸會放出乙炔和熱量，遇明火、受高溫烘烤都能引發(fā)爆炸，造成人員傷亡和火勢蔓延擴大。工業(yè)電石中還含有磷、硫等雜質，燃燒生成的硫化氫、磷化氫氣體不僅易燃易爆，而且毒性大，易導致人員中毒事故。（三）現場情況復雜，處置難度大發(fā)生在廠房的電石火災，因工廠布局復雜，危險化學品儲量多，處置起來十分困難。工藝生產裝置的高溫高壓環(huán)境也不利于滅火，管線的破環(huán)會引起危險品泄漏擴散，形成多點燃燒、立體燃燒。如果錯過初期有利戰(zhàn)機，猛烈燃燒的高溫烘烤，也不利于近距離滅火作戰(zhàn)，無法發(fā)揮最佳滅火效果。公路運輸途中的電石火災，若發(fā)生在市區(qū)、

57、人員密集地區(qū)，處置干擾因素將增多；若發(fā)生在農村偏僻地區(qū)，消防力量難以及時趕赴現場，滅火救援器材裝備的使用和補給也會受環(huán)境限制。四、處置電石火災的關鍵環(huán)節(jié)在確保安全的前提下，應根據電石的理化性質，科學實施滅火救援。消防部隊接到報警后，首先應明確電石燃燒狀況和人員傷亡情況，加強第一出動力量。并迅速啟動應急聯動預案，與公安、交警、醫(yī)療、市政、環(huán)保、安監(jiān)等部門做好協同。（一）現場偵查消防部隊趕到火災現場后，應通過外部偵查、詢問知情人、儀器偵查等方式，快速掌握火勢發(fā)展情況，為下一步行動方案提供依據。需要偵查掌握的內容有：（1）詢問報警人、目擊者及知情人，簡要了解火災發(fā)生的經過和所采取的處置措施情況；（2

58、）查清電石燃燒數量、包裝形式、散落、泄漏情況、火勢蔓延方向，周圍有無受到威脅的危險物品和易燃易爆品，附近有無水源、點火源；（3）密閉廠區(qū)內應利用可燃氣體檢測儀和有毒氣體偵檢儀，檢測空氣中乙炔、硫化氫、磷化氫等氣體濃度，并根據檢測情況確定安全防護等級，劃定警戒范圍；（4）查清現場有無受傷、中毒人員，受傷人員數量、分布位置和人員疏散情況；（5）現場的風向、風速、空氣濕度、下雨征兆等氣象情況；（6）現場地勢、周圍建筑物、道路、交通狀況。（二）初期控制根據偵查檢測情況，結合電石燃燒、乙炔擴散發(fā)展趨勢，果斷決策，制定滅火救援行動方案。工程技術人員和醫(yī)療救護人員要協助消防人員，加強處置中的技術指導。（1）

59、確定警戒范圍。根據火勢和氣體檢測結果，劃出警戒范圍，必要時實施交通管制，嚴格控制人員、車輛出入。保持危險氣體濃度實時檢測，乙炔氣體濃度過高時，現場禁火、斷電，適時對空氣進行水霧稀釋保護，防止爆炸。（2）控制火源、水源。及時清除危險區(qū)內火源，控制水源，封堵鄰近下水道，避免散落電石與水接觸，可以對未燃電石采取圍堰筑堤或沙土覆蓋的保護措施。（3）及時轉移，防止擴散。在安全前提下，迅速將包裝完好的電石疏散到安全地帶，受到火勢威脅的散落電石收集到干燥容器內，及時轉移到安全場所處理，數量太多時也可用阻燃帆布覆蓋保護。（三）滅火劑的選用撲救電石火災應遵循“先控制，后消滅”的戰(zhàn)術原則，控制火勢蔓延的基礎上，集

60、中力量逐步消滅火災。由于電石遇濕易燃的危險特性，撲救電石火災的滅火劑選擇有特殊要求。（1）嚴禁使用的滅火劑。電石忌水，撲救常規(guī)A類火災的水、泡沫滅火劑都不能用于電石火災；由于電石遇酸劇烈反應，也禁止使用酸堿滅火劑；水蒸氣、細水霧較適合小密閉空間窒息滅火，但出于安全考慮，同樣不用于撲救電石火災。（2）常用的滅火劑?？梢杂酶缮?、泥土覆蓋窒息滅火，一般電石庫房配備有干砂滅火劑，泥土也很廉價，容易獲取；使用干粉滅火劑滅火，如碳酸氫鈉干粉滅火劑，但注意防止復燃；水泥蓋熄滅火，水泥具有一定吸水性，遇水生成水化硅酸鈣和水化鐵酸鈣凝膠，覆蓋在電石表面，隔開了空氣，同時也減少了乙炔的產生，滅火效果較好；國外發(fā)達