变配电所内电缆防火阻燃设计要点

变配电所内电缆防火阻燃设计要点
摘要：电力电缆作为城市供电网络的“主动脉”，其运行状态直接影响电
力系统的供电可靠性。

在实际的工程设计工作中，设计师需要结合工程性质、火
灾概率及其特点和经济合理性等因素，从电缆选型、实施防火封堵等方面开展电
缆防火阻燃的设计工作。

关键词：变配电所内；电缆；防火阻燃；设计要点
引言
变电站作为关系到国计民生的重要电力设施，其安全运行尤为重要，而消防
安全是变电站安全运行的重要组成部分，意义重大。

近年来超高压、特高压变电
站接连发生损失巨大的火灾事故，给变电站消防工作敲响了警钟。

随着新版消防
规程的发布，国家有关部门对变电站的消防安全提出了新的要求。

1变电站主要防火规范
变电站的消防设计应遵循或参照的主要标准有以下几种：GB50229—2019
《火力发电厂与变电站设计防火标准》、GB50217—2018《电力工程电缆设计标准》、GB50016—2014《建筑设计防火规范》、DL5027—2015《电力设备典型消
防规程》等。

这些标准或规范中对变电站消防设计涉及的主要方面均做了规定，
但对于一些消防措施的具体要求，例如变电站防火电缆槽盒的应用范围，防火隔
板的耐火极限要求，消防车道与建筑外墙距离等，在实际应用中往往引起争议，
以下分别予以探讨。

2变配电所内电缆防火阻燃设计要点
2.1电缆选型
电缆的阻燃性能取决于其护套材料。

根据《阻燃和耐火电线电缆或光缆通则》（GB/T19666-2019），采用《电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验》
（GB/T18380.11~36-2008）规定的试验条件，阻燃电缆分为A、B、C、D四个类别。

A类和B类阻燃电缆是指体积分别为≥7L/m和≥3.5L/m的成束电缆的非金属
材料在供火温度≥815℃、供火时间40min的条件下，焦化高度≤2.5m、自熄时
间≤1h的电缆。

C类阻燃电缆是指体积为≥1.5L/m的成束电缆的非金属材料在供
火温度≥815℃、供火时间20min的条件下，焦化高度≤2.5m、自熄时间≤1h的
电缆。

D类阻燃电缆是指体积为≥0.5L/m的成束电缆的非金属材料在供火温度
≥815℃、供火时间20min的条件下，焦化高度≤2.5m、自熄时间≤1h的电缆，D
类标准适用于外径不大于Ø12mm的小电缆或光缆，以及导体标称截面积不大于
35mm2的电缆。

氧指数和发烟性是用来评定阻燃电缆性能的主要指标。

正常情况下，空气重氧气含量为21%，因此当某一材料的氧指数超过21时，该材料在空气
中会自熄。

材料的氧指数越高，其阻燃性能也越好。

电缆的发烟性可由透光率表示，透光率越小，表示对应材料燃烧时的发烟量越大。

因此，会产生大量含有害
气体的烟雾，不仅会妨害火灾救援，也会损害人体健康和设备。

2.2防火隔板及封堵材料耐火极限的要求探讨
关于防火隔板及封堵材料，相关标准条文对其在不同敷设场所中的耐火极限
要求的表述不够清晰，导致工程应用中常有困惑和误解。

国家标准GB50217—
2018《电力工程电缆设计标准》中第7.0.8条“对同一通道中数量较多的明敷电
缆实施防火分隔方式，宜敷设于耐火电缆槽盒内，也可敷设于同一侧支架的不同
层或同一通道的两侧，但层间和两侧间应设置防火封堵板材，其耐火极限不应低
于1h”。

此条标准针对的是电缆通道内(包括电缆沟、电缆竖井、二次设备室夹层、专用电缆间等)层间及两侧间采用的防火分隔措施。

而国家标准GB50229—2019《火力发电厂与变电站设计防火标准》中，“11.4.1长度超过100m的电缆
沟或电缆隧道，应采取防止电缆火灾蔓延的阻燃或分隔措施，并应根据变电站的
规模及重要性采取下列一种或数种措施：1‘采用耐火极限不低于2h的防火墙或
隔板，并用电缆防火封堵材料封堵电缆通过的孔洞’”。

同时考虑变电站电缆沟
内防火墙施工主要采用防火隔板内填充其他防火材料的形式，并且除槽盒外，单
纯的层间及两侧间防火隔板不涉及孔洞，故此条标准主要指的是变电站电缆沟内
的防火隔墙。

而对于电缆防火封堵材料的耐火极限，GB50229—2019中规定：“11.4.4防火墙上的电缆孔洞应采用电缆防火封堵材料或防火封堵组件进行封堵，
并应采取防止火焰延燃的措施，其防火封堵组件的耐火极限应为3h”。

有的变电
站工程据此对电缆沟内防火墙封堵材料耐火极限提出3h的要求。

实际上此处防
火墙不应理解为电缆沟内防火隔墙，而应解释为GB50016—2014《建筑设计防火
规范》术语中定义的防火墙，即“防止火灾蔓延至相邻建筑或相邻水平防火分区
且耐火极限不低于3h的不燃性墙体”，在变电站中应为不同防火分区间采用的
防火墙。

参考条文说明中对11.4.4的解释，“防止火灾扩大的基本措施，防火
墙的封堵措施的耐火极限与防火墙一致”。

故变电站电缆沟内防火墙上的电缆孔
洞封堵材料的耐火极限应与电缆沟内防火墙的要求一致，即2h。

2.3电缆或光缆的防火封堵
电缆或光缆防火封堵的部位一般为穿墙孔或穿楼板孔，封堵处的电缆应不容
易受到外力作用。

（1）穿墙孔封堵。

穿墙孔处的封堵主材可选择柔性有机堵料、轻质膨胀型有机堵料、阻火包或速固型无机堵料。

主材为柔性有机堵料的封堵适
合于孔洞较小的情况，孔壁与电缆间应紧密填入不燃纤维（玻璃纤维或矿棉），
两侧填塞厚度>15mm的柔性有机防火堵料。

主材为轻质膨胀型有机堵料或速固型
无机堵料时，封堵主材和电缆之间要填塞柔性有机防火堵料。

主材为阻火包时，
阻火包和电缆之间要填塞柔性有机防火堵料。

可以在墙洞两侧覆盖防火板以增加
封堵的稳固性。

（2）穿楼板孔封堵。

穿楼板孔处的封堵主材可选择柔性有机堵料、轻质膨胀型有机堵料或防火板。

主材为柔性有机堵料的封堵适合于孔洞较小
的情况，孔壁与电缆间应紧密填入不燃纤维（玻璃纤维或矿棉），上侧填塞厚
度>15mm的柔性有机防火堵料。

主材为轻质膨胀型有机堵料时，封堵主材和电缆
之间要填塞柔性有机防火堵料。

如果孔洞过大，应用钢丝网在楼板下侧做支撑。

主材为防火板时，上下两侧的防火板用膨胀螺栓固定在楼板上（如果仅能从上侧
施工，则楼板下侧要先固定好扁钢支架，下侧防火板放在支架上），中空部分填
塞阻火包或者速固型无机防火堵料。

当中空部分填塞速固型无机防火堵料时，可
取消上侧防火板。

2.4敷设耐火
甲板敷料该典型做法常见于广东一带的海上升压变电站，其做法为：在电缆
层上方的甲板上表面敷设A-60级的耐火甲板敷料，使甲板达到A-60级的耐火等
级。

该方案的优点在于：施工便利，耐久性好，价格低廉，自重适中。

耐火甲板基层敷料一般分为两种：一种是复合结构型敷料，由下层的轻质耐火绝热材料及上层的乳胶敷料构成，下层负责隔热，上层负责防水，具有良好的综合性能；一种是单层结构敷料，是利用水泥和一定级配的轻质骨料配制而成的水硬性胶凝材料，轻质骨料有效地改善了水泥混凝土易高温爆裂的不良性能，所以该甲板敷料具有较好的耐水性、良好的抗水渗性和足够的机械强度，又有极好的耐火性、简便的施工工艺和经济性。

甲板敷料敷设于甲板之上，位于电缆层上方支撑上部结构的梁与柱均暴露于火灾风险中，没有任何防护，一旦电缆层失火，甲板上层的耐火敷料无法对甲板下方梁柱形成保护。

更有甚者，连A-60级的耐火甲板敷料都不用，设计者认为该层甲板仅为A-0级耐火分隔，这将电缆层错误归类为开敞甲板或是对《海上升压变电站平台指南》相关规范理解错误所致。

2.5变电站消防给水问题
《2019版防火标准》11.5.1条：“变电站的规划和设计，应同时设计消防给水系统。

消防水源应有可靠的保证。

”同时该条备注：“变电站内建筑物满足耐火等级不低于二级，体积不超过3000m3且火灾危险性为戊类时，可不设消防给水。

”该条规定在110kV及以下变电站设计中争议最多，实施最困难，主要体现在以下几点：1)有主控制室是否就必须设计消防给水由于主控制楼和继电器室火灾危险性分类在《2019版防火标准》中为丁类，虽然这些建筑物体积可能远远小于3000m3，按11.5.1规定，无论电压等级多低，所有带主控制楼、继电器室或主控制室的变电站都必须设计消防给水。

为了规避这一要求，有设计人员把电气二次设备及通信设备与35kV、20kV或10kV户内开关柜布置在同一个房间，并将房间称为配电装置室。

因为无含油电气设备的配电装置楼(室)的火灾危险性分类为戊类，这样就可以不设计消防给水。

显然，这种做法违背了标准规定的初衷。

2)二次设备室采用预制舱，是否设计消防给水预制舱的应用是当前智能化变电站标准化设计、工厂化加工、模块化建设、机械化施工的重要支撑。

把继电器室和主控制室布置在一个二次设备预制舱内，全站无其他任何建筑物，如果预制舱被当作火灾危险性分类为丁类的建筑物，则需设计消防给水；如果预制舱被当作不含油的电气设备，则无需设计消防给水。

3)是否因为干式变压器、有可燃介质电容器、干式电容器、干式电抗器布置在室内而设计消防给水《2019版防火标准》
表11.1.1中，电容器室(有可燃介质)火灾危险性分类为丙类，气体或干式变压
器室、干式电容器室、干式电抗器室火灾危险性分类为丁类。

当这些设备与对应
的配电屏柜布置在同一室内，即使容量很小，如果按配电装置楼(室)火灾危险性
分类，可不设计消防给水；按变压器室、电容器室火灾危险性分类，则应设计消
防给水。

GB50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》的3.4.8条：“当
室外油浸变压器单台功率小于300MVA，且周围无其他建筑物和生活给水时，可不
设置室外消火栓。

”其条文说明中提到，变压器灭火主要依靠水喷雾系统(若有)，消火栓只是辅助。

调查表明，变电站发生火灾的主要部位是在变压器等处，而其
他设备(包括站用变压器)都可实现无油化，因此重点做好主变压器等含油设备的
消防是合理的。

110kV及以下无人值班变电站总平面布置紧凑，无生活建筑，除110kV全户内站外，站内生产建筑面积在几十平方米到几百平方米之间。

这类变
电站分布广泛，数量众多，而且很多地方取水困难，或者因为寒冷、风沙等原因，水量、水质无法保证，其消防设计应以预防为主，化学消防为辅，包括主变压器
也尽量采用化学消防。

建议对变电站设计消防给水的标准调整为：变电站内建筑
物满足耐火等级不低于二级，体积不超过3000m3且火灾危险性为戊类(对110kV
及以下变电站火灾危险性为丁类或戊类)时，可不设消防给水。

2.6电站常规防火措施
电站火灾自动报警系统设计采用集中控制，在洞外中控室设消防中心，常规
消防设施包括火灾报警系统（感烟、感温探测器、手动报警按钮、警报装置、感
温电缆等）、消防控制系统、吸气式感烟系统、火焰探测器、消防供水系统、水
喷雾灭火系统、消火栓系统、气体灭火系统、排烟系统、防火封堵，以及灭火装置、防雷、防静电设施等。

电站消防设计遵循“以防为主、防消结合”的设计原则，对地下厂房会采用一防、二断、三灭、四排的消防方针，通过火灾报警系统
进行现场火灾识别，并联动灭火措施，实现火灾救援目的。

火灾报警系统的探测
器按其探测范围可分为点型火灾探测器和线性火灾探测器，电站以点型感烟火灾
探测器为主，常规点型感烟探测器采用光遮蔽、光散射原理，报警依赖对一定浓
度烟雾的识别，而火灾超前期所释放的不可见热解离子直径非常小，无法形成光
遮蔽、光散射效果，因而无法被常规感烟探测器有效识别。

另外常规灭火措施是
作为火灾发生后的救援手段，而此时，火灾损失和影响已不可避免。

主变压器室
的常规消防措施有点型电子定温探测器、线型缆式感温探测器、光电感烟探测器、火焰探测器、水喷雾系统，部分还设置了吸气式烟感探测器等。

吸气式烟感探测
器能够识别一定浓度的烟雾，其工作原理类似于常规烟感探测器，是通过分析空
气中烟雾对光线的遮挡和散射来发现火险，但其对不可见的热解离子难以有效识别。

基于模式识别技术的图像型火焰探测器，以识别火焰发生时表现出的颜色、
亮度、闪烁、边缘变化等视觉特征为目标，主要是在火焰燃烧阶段发挥作用，其
报警时火苗已经产生。

水喷雾灭火系统是利用水雾喷头将水滴雾化进行灭火或防
护冷却的一种灭火系统，它利用水基灭火剂进行快速降温，水雾喷出后，可以在
燃烧物体表面产生冷却、蒸汽窒息、乳化作用，通过降温，隔离氧气，达到灭火
目的。

电缆防火措施主要包含测温光纤、感烟探测器、灭火球等。

其中测温光纤
采用测点接触测温，将测温光纤缠绕在电缆上，形成接触点/面后进行温度测量，接触不到的地方无法有效探测。

实际应用中，受成本及形式限制，无法大范围布设，且使用中光纤或模块一旦出现中间断裂、损坏，将会影响测温效果和数据传输，增加了维护难度。

电站常规消防措施对起火燃烧阶段的火灾报警和救援作用
明显，但对电力设备的超前期火灾监测尚显不足，为了加强抽蓄电站超前期火灾
预防，有必要研究新的有效的技术手段。

结语
根据相关规程，变电站中，当电力电缆与控制电缆或通信电缆敷设在同一电
缆沟或电缆隧道内时，宜采用防火隔板进行分隔。

而在部分控制电缆、非阻燃通
信光缆敷设较少的电缆通道中，可采取将其穿入阻燃管或耐火电缆槽盒的防火分
隔方式。

动力电缆由于散热需要适合放入防火槽盒。

建议GB50217—2018《电力
工程电缆设计标准》和GB50229—2019《火力发电厂与变电站设计防火标准》在
修订时对于防火隔板及封堵材料的耐火极限，可以区分其在不同敷设场所中的不
同要求进行统一规范，以便能更加明确地指导工程应用。

建议变电站消防车道与
建筑外墙的距离执行GB50187—2012的条文，不需要因为GB50016—2014中考虑
其他因素的要求而增加至5m，特别是在会增大变电站总占地面积的情况下。

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