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浅述综合管廊消防安全及预防对策

2023年06月12日 16:49安科瑞电子商务(上海)有限公司点击量:521

安科瑞苏岩
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定  201801
摘要:本文简要介绍了城市综合管廊特点及火灾原因,分别从防火分隔、通风排烟、自动报警以及灭火设施等方面,对电缆隧道消防安全现状进行分析,从规范完善、主动和被动防火措施三方面提出具有针对性的火灾预防对策。
关键词:城市综合管廊 ;防火措施 ;预防对策
一、引言
随着我国社会经济的迅速发展,城市综合管廊由于其有效利用地下空间、改善市容市貌等优势,越来越多的被城市应用,建设规模也越来越大。但由于综合管廊中,电缆采用密集敷设的方式,一旦发生火灾,火势凶猛,蔓延迅速,且燃烧产生大量氯化氢毒气,火灾的扑救难度非常大,很有可能导致城市大面积停电,造成重大财产损失。
二、城市综合管廊的特点
城市综合管廊是指容纳两种及两种以上市政管线的地下构筑物及其附属设施,属于重要的城市基础设施。它可以将给水、污水、天然气、热力、电力、通信、垃圾等市政管线综合布设在同一地下沟道断面内,在一定范围内分别设置人员出入口、吊装口、分支口、通风口,高效合理地利用了地下空间。其中根据容纳物不同,划分为多个区域,包括水舱、垃圾舱、通信舱、电力舱、燃气舱等,集合程度非常高,结构十分复杂。综合管廊电力舱一般容纳110kV及以上高压输电线路,输送容量巨大,并且承担着市政电力输送的重任,一旦发生火灾,很有可能导致城市大规模停电,造成难以估量的经济损失。
三、火灾原因及危害性
1.火灾原因
引发管廊电缆火灾的原因一般可以分成自身原因和外部原因两种,其中自身原因引发的火灾更为常见。
(1)自身原因。①电缆发生过负荷和短路故障时,未能及时切断故障电路,导致电缆过热而着火;②电缆接头处由于接触不良导致电阻变大,造成接头处过热从而引燃绝缘层;③由于电缆受潮使得局部绝缘性能降低从而造成电缆接地和电缆短路事故;④电缆超过使用期限后会发生绝缘层老化,导致线路载流能力下降,热量聚积导致电缆自燃等。
(2)外部原因。①电气设备起火导致电缆被引燃;②施工产生的高温熔渣引燃电缆;③油开关连接处封堵不严发生泄露,导致管廊内存油引发火灾;④附近高温管线过热且未采取防火分隔措施而引燃电缆;⑤与其他建筑或舱室连接处未严格封堵,造成外部火源侵入等。
2.火灾危害性
城市综合管廊空间狭长且较为封闭,其内部敷设大量电缆,电缆被引燃后火焰沿着水平延伸方向蔓延迅速,火势猛烈;管廊发生火灾时烟气浓度高、能见度低,温度能达到1000℃以上,且有机材料燃烧时还会产生大量有毒气体;管廊与地面相连的竖向通道较少,且管廊内狭窄,导致灭火救援人员难以顺利到达着火部位灭火,火灾扑救难度非常大;管廊内设置的多为高压电缆,火灾发生后绝缘外层烧毁,如果没有将全部线路电源切断,一旦有人进入管廊将有可能发生触电事故;管廊内不仅敷设高压电缆,还有控制线路及其他设备,火灾不仅会烧毁电缆,其他线路设备也会遭到破坏,修复工作十分困难[4]。城市综合管廊负担着大型工程项目和城市的电能供应,一旦发生火灾,修复工作困难,恢复周期长,容易造成大面积停电,甚至关系到城市电网能否平稳运行。另外,综合管廊在城市中心区内的建设规模越来越大,火灾事故发生后,如果防火分隔措施不到位,还可能会危及其他舱室的安全,甚至给城市安全带来威胁。
四、火灾发生发展规律
城市综合管廊属于地下狭长受限空间,狭长受限空间内发生的火灾,与一般的建筑火灾发展过程具有一定的相似性。当火灾发展至充分发展阶段,管廊内所有可燃物同时发生燃烧,管廊内温度将会达到1000℃以上,会严重损坏整个管廊结构和设备,所以为了预防和控制管廊电缆火灾,减小火灾损失,需要在初期增长阶段采取有效措施。
城市综合管廊火灾大多数情况下是由电缆自身故障引起。在电缆的故障状态下,管廊内热量无法正常排出,发热电缆附近温度不断升高,引起电缆绝缘和护套材料的融化热解。当绝缘和护套层失效,则极有可能会发生短路,产生的电弧或电火花能量很高会立即引燃电缆产生明火。当出现明火后,火灾的发展大致分为以下几个过程。当出现明火后,被引燃电缆上方会形成火羽流,周围空气由于浮力作用会被不断卷吸入火羽流中,火羽流在不断上升的过程中,由于周围冷空气的混入,温度会不断降低。当到达管廊顶部时,会被顶棚所阻挡,发生顶棚射流现象。火焰会沿纵向电缆敷设方向蔓延,沿竖向向相邻托架层电缆蔓延,形成立体蔓延态势。热烟气在顶棚处聚集并开始水平蔓延,如果管廊各通风口和防火门未能有效关闭,热烟气则会继续向相邻防火分区继续蔓延,使得火灾进一步蔓延扩大。
五、城市综合管廊消防工程现状
1. 结构与防火分隔
城市综合管廊的内部结构设计需要满足规划、施工、防火等要求,保证结构具有一定的耐久性。为了防止火灾蔓延发展,采用防火分隔措施将长距离的综合管廊电缆仓分隔为不同的防火分区。管廊内电缆的布置还需要考虑散热、防火、以及方便人员维修等。
(1)内部结构与电缆托架。综合管廊内部结构耐火等级为一级,电缆敷设分为单侧和双侧,管廊高度、宽度设置要满足电缆敷设及人员维护施工所需空间。电缆托架层间距大小对于电缆日常散热、火灾时竖向蔓延速度等都会产生较大影响。
(2)防火隔断。管廊内按照一定距离设置防火隔断,能够有效阻止火灾蔓延扩大,将影响范围控制在一定区域内,可采取的主要措施有防火墙、防火门和防火隔板等。防火分区之间应设置防火墙和防火门,并且发生火灾时应能够联动关闭防火门。使用防火隔板来分隔电缆敷设时出现的重叠或交叉区域。
2.  火灾探测报警装置
管廊距离较长,非检修施工时没有人员进入,火灾初期阶段很难被察觉,为了能够及时探测到火情防止蔓延成灾,设置自动报警装置是十分必要的。《城市综合管廊工程技术规范》要求,在敷设电力电缆的舱室中均应设置火灾自动报警系统。
(1)探测器选型:①全线设置火灾监控报警系统;②管廊外容易出现异常发热的重点部位应设置电气火灾监控探测器;③管廊内应在电缆的上表面敷设线型感温火灾探测器,有外部火源进入可能的管廊还应同时在管廊顶部中央设置;④管廊内应设置手动报警按钮和防火门监控系统。
(2)探测器设置要求:①线型感温火灾探测器应采用接触式的敷设方式,缆式线型感温火灾探测器应采用“S”形布设,光纤式探测器应采用一根感温光缆保护一根动力电缆的方式;②管廊内的线型感温探测器可接入电气火灾监控器。
3.  自动灭火装置
由于管廊环境狭长封闭,灭火救援人员难以接近着火点,且电缆燃烧产生大量烟气造成管廊内能见度较低,常规的消防扑救十分困难。因此自动灭火系统对于扑救管廊早期火灾,控制火灾蔓延,减小火灾损失,能够发挥十分关键的作用。目前不同工程当中使用的自动灭火系统种类众多,其中主要包括超细干粉、气体、水喷雾、细水雾等灭火系统等,分析四种类型灭火系统的优缺点,可以发现,气体灭火系统由于需要形成密闭空间在长距离的管廊中不适用,水喷雾灭火系统用、排水量均较大,造成水渍损失过大,也不适用于管廊。超细干粉和细水雾灭火系统,电气绝缘性都非常好,超细干粉系统具有系统布置简单、造价低的优点,而细水雾灭火系统具有可重复使用和事故后处理简单、没有水渍损失的优点,所以根据实际工程特点可以发现,这两种灭火系统应用于管廊是较为适宜的。
4. 通风及排烟装置
管廊内容纳电缆众多,在日常工作状态下电缆会产生一定的热量,如果散热条件不佳,热量逐渐积累,管廊内气温升高导致电缆绝缘老化速度加快,当绝缘外层发生失效后则可能会引发电缆的异常工作,进而导致火灾的发生。管廊内常用的通风方式包括自然通风或机械通风两种,通风方式的选择是根据通风量及通风区域的长短等因素确定。管廊通风系统应同时满足排热、巡视、换气及事故后排烟四种工况的要求,其中排热工况时通风量需要能够排出综合余热维持管廊内温度不超过40℃,并且要求进、排风之间的温度差不超过10℃,其余工况一般按规定的换气次数来计算风量。风机需要同时满足以上四种工况风量和风压要求,且还需满足管廊内风速小于5m/s,防火门处的风速不宜大于7m/s。当火灾报警控制器收到两个独立的火灾信号后,应能联动关闭通风排烟系统,当火灾扑灭后可由工作人员手动开启事故排烟。
六、城市综合管廊火灾预防对策
通过对现行防火措施的分析研究,结合城市综合管廊特点及火灾原因,针对现行标准中的不足提出三点火灾预防对策。
1. 规范标准完善与建立
目前,城市综合管廊消防安全相关规范标准不够完善,缺少系统的、全面的消防规范,所以难以按照统一的标准来设计施工,不仅使其存在较大的火灾隐患,还给日常的消防管理带来困难。主要存在的问题有:(1)不同设计规范中互相存在矛盾;(2)自动灭火系统的选型和应用及相关参数标准不够完善;(3)对防火措施的考虑不够全面。
通过以上分析可知,针对综合管廊消防安全问题提出一个系统性、全面性的设计规范,将现行不同规范中存在的矛盾和差异进行重新修订,是今后制定和修改规范标准可以参考的方向。
2. 主动防火措施
(1)及时发现电缆绝缘缺陷,并及时对存在隐患的电缆进行修复或更换;
(2)电气保护装置在保证可靠性的前提下,提高其灵敏度,确保电缆故障发生时可以及时有效切断电源,防止内部火源的产生;
(3)对综合管廊全线电缆的表面温度能够实时监控,可以早期发现故障并及时找出隐患点,予以消除。
3. 被动防火措施
防火隔断和防火封堵:综合管廊内部应合理划分防火分区,并设置防火墙、甲级防火门来划分,并且防火门应采取与火灾报警系统连锁的设置,火灾时可以自动进行关闭。电缆穿越墙体的孔洞、通风口、安全孔等开口应采用可靠的封堵措施。
(1)火灾自动报警系统:电缆表面铺设线性感温探测器,管廊空间顶部使用线性感温或感烟探测器,保证及时发现内部及外部火源并得到控制。针对接头、端子等易发生故障的部位应用电气火灾监控系统,发生异常及时切断电源。
(2)自动灭火设施:根据国内外相关规范,可设置水喷雾灭火系统、细水雾灭火系统和超细干粉灭火系统。具体采用哪种需要从综合管廊的危险性、工程成本来考虑。
(3)通风排烟设施:在火灾确认后,应立刻关闭通风系统,防止火灾继续扩大蔓延,也能在一定程度上形成封闭空间达到窒息灭火的作用。火灾事故后,不可在未确认火灾扑灭的情况下开启风机,风机开启会使管廊内缺氧状态得到改善,从而可能发生复燃甚至轰燃。

七、 AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台

1.平台概述
AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台集电力监控、能源管理、电气安全、照明控制、环境监测于一体,为建立可靠、安全、高效的综合管廊管理体系提供数据支持,从数据采集、通信网络、系统架构、联动控制和综合数据服务等方面的设计,解决了综合管廊在管理过程中存在内部干扰性强、使用单位多及协调复杂的根本问题,大大提高了系统运行的可靠性和可管理性,提升了管廊基础设施、环境和设备的使用和恢复效率。
2.平台组成
安科瑞城市地下综合管廊能效管理系统是一个深度集成的自动化平台,它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电所环境监控系统、智能马达监控系统、电气火灾监控系统、消防设备电源系统、防火门监控系统、智能照明系统、消防应急照明和疏散指示系统。用户可通过浏览器、手机APP获取数据,通过一个平台即可全局、整体的对管廊用电和用电安全进行进行集中监控、统一管理、统一调度,同时满足管廊用电可靠、安全、稳定、高效、有序的要求。

3.平台拓扑图


4.平台子系统
4.1电力监控
电力监控主要针对10/0.4kV地面或地下变电所,对变电所高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控,对0.4kV出线配置多功能计量仪表,用于测控出线回路电气参数和用能情况,可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS,包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。


4.2环境监测
环境监测包括温湿度、烟感温感、积水浸水、可燃气体浓度、门禁、视频、空调、消防数据的采集、展示和预警,同时也可接入管廊舱室内的水泵和通风排烟风机等设备集成的第三方系统完成管廊环境综合监控。



4.3马达监控
马达监控实现对管廊电机的保护、遥测、遥信、遥控功能,实现对电机过载、短路、缺相、漏电等异常情况的保护、监测和报警。在需要的情况下可以设置联动控制。


4.4电气安全
AcrelEMS-UT能效管理系统针对配电系统的电气安全隐患配置相应的电气火灾传感器、温度传感器,消防设备电源传感器、防火门状态传感器,接入消防疏散照明以及指示灯具的状态实时显示,并且对UPS的蓄电池温度、内阻进行实时监视,发生异常时通过声光、短信、APP及时预警。


4.5智能照明控制
① 防火分区单独控制,分区内设置智能控制面板就地驱动器;开关驱动器连接消防报警系统,接收消防报警信息,强制打开驱动器回路。
② 廊内上方安装智能照明传感器,使人员进入管廊内自动开启灯具,在管廊内停留灯具保持常亮,离开后灯具关闭。
③ 除了现场的控制方式外,还可用电脑端实现集中控制,实时远程监控当前区域的照明情况,必要时可远程控制该区域的照明。
④ 考虑现场模块分布较广,距离过长,除了现场的控制方式外,还可用电脑端实现集中控制,实时远程监控当前区域的照明情况,必要时可远程控制该区域的照明。
⑤ 系统支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式,支持延时控制,避免同时亮灯负荷对配电系统造成冲击。模块不依赖系统,可独立工作,每个模块均自带时间模块,可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能。
、相关平台部署硬件选型清单
1.电力监控及配电室环境监控系统
2.智能照明系统
3.电气火灾监控系统
4.消防设备电源监控系统
5.防火门监控系统
6.消防应急照明和疏散指示系统
九、结语
综上所述,通过分析地下综合管廊的特点火灾特征,提出有针对性的火灾预防对策,可以有效增强地下综合管廊的火灾防控能力,为地下综合管廊的安全稳定运行提供保障。
参考文献
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[4]安科瑞企业微电网设计应用手册.2020.06版.
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