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期刊导读

基于±800kV特高压换流变消防工程安全收益的对比分析

Comparative Analysis of Fire Protection Project Safety Benefits Based on ±800kV
UHV Converter Transformer

张燕红 ZHANG Yan-hong
(国家电网公司直流建设分公司,常州 213003)
(State Grid DC Construction Branch,Changzhou 213003,China)

摘要:本文以±800kV特高压换流变消防工程为实例,运用安全经济学原理,引入安全收益概念,通过对消防系统2种方案安全收益E值的计算,分析换流变防火措施的安全经济性,为不同消防工程的方案提供了一个量化比选的方法。在此基础上,通过对提升消防工程安全收益的措施的探讨,为换流站的建设提供科学参考依据。
Abstract: Taking ±800kV UHV converter fire protection project as an example, this paper uses the principle of safety economics, introduces the concept of safety benefit, and analyzes the safety and economy of converter fire protection measures through the calculation of safety benefit E value of two schemes of fire protection system, which provides a quantitative comparison method for different fire protection projects. On this basis, through the discussion of measures to improve the safety benefits of fire protection projects, it provides a scientific reference for the construction of converter stations.
关键词:换流站;消防系统;安全收益  
Key words: converter station;fire protection system;safety benefits
  中图分类号:TM7;TM4                                 文献标识码:A                                  文章编号:1006-4311(2021)01-0031-03

0  引言
换流站是直流输电系统中交流电和直流电转换的站点, 换流变和换流阀是实现换流功能的核心设备。换流变紧靠阀厅布置,通过防火墙与阀厅隔离,每台换流变阀侧套管通过防火墙预留的孔洞进入阀厅,与阀厅内部的换流阀组连接。换流变的阀侧套管底部的升高座与换流变的油箱相通,充满了绝缘油,伸入阀厅,导致换流变火灾隐患源有可能会延伸至阀厅,扩大火灾事故影响的范围。因此,提升换流变的消防系统,强化火灾的应急处置能力,是规避换流变的火灾风险的主要措施。
安全经济是企业的本质[1]。企业设备、设施和人员在一定安全功能的保障下,才能正常运行。罗云和刘潜在九十年代初就提出了安全投入和安全效益两者之间的关系,以及安全功能、安全投入和安全收益的定量分析方法[2]。本文以特高压换流站为实例,引入安全收益概念分析和评价换流变防火措施的安全经济性。
1  安全经济分析
1.1 安全性区间
在一定的条件下,安全功能与安全投入具有一定的相关关系。随着安全投入的增加,安全损失就会减少,安全功能就会增强。如图1,系统的安全性与安全功能F(s)、安全投入成本函数C(s)成正比,与损失函数L(s)成反比[3]。在a、b两点,当安全投资成本过小,C(s)<Cmin,系统的安全功能过小,安全损失L(s)较大,安全收益E(s)为负数,不可取。但安全投资C(s)>Cmax,系统损失很小,安全功能F(s)增强,但系统的安全投资成本C(s)超出了安全收益E(s)所达到的效果,不经济。再者系统安全性接近100%,安全投入趋于无穷大是不可能实现的。所以,在安全性区间S0=[Smin,Smax]范围存在安全收益E(s)曲线,S0点所对应的安全收益E0最大。

1.2 安全收益E
安全收益E(s)是评价系统的安全性一个指标,其相对值为安全经济效益E=安全产出B/安全投入C[4]。对具体一个项目来讲,安全投入C是获得安全功能的工程投资额,安全产出B=减损产出B1+增值产出B2,其中安全的减损产出B1=∑(安全设施实施前损失-安全设施实施后损失),损失事项包括事故财产损失,人员伤亡损失,危害的经济损失等。安全的增值产出B2是安全对工程投运后运营价值的贡献。
安全收益计算公式(1)[5]:
■(1)
其中:
E项目—项目安全的安全效益;h—安全系统的寿命期,年;
L(t)—安全设施实施后事故损失函数;L0(t)—安全设施实施前事故损失函数;
I(t)—安全设施实施后工程增值函数;
eit—连续贴现函数;t—系统服务时间;i—贴现率;
C(t)—安全工程在系统服务时间内的运行成本函数;C0—安全工程设施的建造投资。
假若安全收益E>1,安全投资方案可取,且E值越大越好,安全方案越优秀。E<1,安全收益小于安全投资,说明投资不合理,方案不可取。如果在几个安全投资方案进行比选时,E值大的方案优于E值小的投资方案。
2  换流变消防工程安全收益比选
2.1 特高压直流换流站消防工程
以±800kV特高压换流站为例,采用正负两个极、每个极2个12脉动换流阀串联的接线方案,共有4座阀厅,包括:极1高端阀厅、极1低端阀厅、极2高端阀厅、极2低端阀厅。每座阀厅有6台换流变,全站共有24台换流变。每台换流变正常运行时在室外防火隔墙内。以极1高端阀厅为例,换流变火灾隐患是换流站主要的高风险事件之一,则火灾防范措施包括消防工程和防火墙洞口封堵。假如设置两种方案,方案1只考虑水喷雾系统或泡沫灭火投入,水灭油的灭火效果有限,灭火介质选择不对应,方案2采用新一代泡沫消防系统,泡沫混合效果好,投资高,灭火能力强。详见表1。两个消防方案目的都是降低事故发生率和损失严重度,减少事故本身的直接损失,其效益和费用的计算范围、计算方法一致,在需求上和计算范围上具有可比性。
2.2 换流变安全收益计算
假设1台换流变发生火灾,方案2的消防系统在换流变初期火势阶段能有效发挥作用扑灭火情,不会蔓延至阀厅。而方案1火灾持续时间短,有可能影响与事故换流变连接的阀厅及设备。
火灾后的整改更换换流变和配套设施,运营成本预测法[6]所估算安全损减,包括更换火灾事故的设备费、设备安装费、人工费、修复时段停电而导致的输电效应损失。方案1和方案2修复时都需停运输送容量为200万kW的换流器,两个方案损失设备程度不同,方案1和方案2停电修复方分别按25天和20天考虑。经计算方案1和方案2的安全损减的价值分别为VL1=11274.67万元和VL2=8343.88万元。
消防工程项目的计算寿命期h=30年。贴现率i=5%。在项目计算期内,事故损减VL(t)和安全运行成本C(t)都是时间的线性函数。本次比选仅涉及因火灾引起的设备、人工、停电效应减损方面的比较,不涉及安全的增值产出I(t),安全收益E项目计算公式1简化并积分后得公式(2)[5]:

■(2)
其中:
λ—计算周期内的事故发生率,次/年;
VL—计算周期内的一次事故的平均损失的价值,万元;
γ—计算周期内的安全投入的设备运行费用相对于设备建造成本的年投资率,%;
自我国建设直流工程33年期间的换流变火灾损失实际情况统计分析,估算换流变火灾损失率λ0=0.0327%。在项目计算期30年内,估算方案1平均事故率降低10%,λ1=0.0294%。方案2平均事故率降低60%,λ2=0.00054%。消防系统的年均维护维修费方案1为50万元,γ1=0.551%;方案2为150万元,γ2=0.182%。经过计算,方案1安全收益E1=0.7951,方案2安全收益E2=1.1613。
经过计算安全收益E2>E1,即方案2中设置的泡沫喷雾灭火系统、消防炮灭火系统、水喷雾灭火系统的安全效能比仅有自动水喷雾灭火系统的安全效能高,说明投资换流变火灾防范的消防措施是必要的和可行的,在经济上是具有现实意义。
3  换流变安全收益增值的探讨
工程的安全收益具有间接性、隐蔽性、潜在性、滞后性的特点,其收益不仅仅在工程建设阶段,更体现在工程投产后的运行阶段。本实例中的安全收益E仅仅比较了因火灾而引发的设备减损,没有涉及安全增值和非安全性的减损。换流变的火灾防范是一个系统工程,需要进一步提高和优化安全收益的措施保障。
一是,探索安全收益最大值。在安全损减L(s)与安全投入C(s)相等时,安全收益E(s)最大。方案2中安全损减与安全投资的比值比方案1降低了90%,但安全收益值仍未达到最大。因此,随着工程技术的进步和发展,不断优化换流站消防工程的设计,提升换流变防火系统措施使其逐渐接近最大的安全收益需要长期实践和探索。
二是,确保消防工程质量。在方案2设计中,不仅延长了火灾持续时间,消防措施由原来的单纯的自动水喷雾系统,提升为泡沫消防系统,形成了多环节、多等级、多层次的火灾防范措施。在施工过程中,规范操作,严把质量关,每到工序做到合规优良,为消防工程的安全投运提供基础保障。
三是,强化防火墙的封堵。防火墙封堵是防止换流变火灾蔓延至阀厅的重要屏障,封堵结构中的构件之间留存间隙到位,接地线路连接紧固等,可以避免磁路闭合,防止封堵板内产生涡流发热从而引起二次火灾的隐患。在施工完成在验收投入运行之前,建议利用DR数字成像检测技术,对防火墙封堵的施工状况进行检测。检测封堵板开孔与套管升高座之间留有空隙[7]是否操作到,螺栓紧固程度,接地线跨接及是否形成闭合回路,杜绝防火墙封堵结构在投运后的发热问题。换流变投入试运行,第一次做大负荷试验时,或每年大修时都可做一次。
四是,消防设施系统配套。假如在换流变发生火灾的情况下,泡沫喷雾灭火系统、消防炮灭火系统同时对换流变火势进行作用,站内消防栓系统可以通过人工操作对封堵洞口进行局部喷淋,防止火势向阀厅蔓延,会大大加大火势向阀厅蔓延的风险。在方案2中还可以扩大消防水池的容量,确保消防水量能满足在泡沫系统中的使用,同时能满足在消防栓、水喷淋系统中的使用,延长灭火持续时间。消防工程中各个系统,相互配套,各自配合,综合在一起发挥作用,才能有效提升消防工程的安全效能。
五是,硬技术与软管理匹配。在设备计算周期阶段,安全收益的计算值包含了每年安全投资的折算到现值的部分,说明在计算周期内确保每年消防系统能发挥作用,安全收益值才具有实际意义。随着特高压换流站火灾防范要求不断提升,在设计与施工阶段,运用的新技术和新的工艺方法,增强消防系统中设备和设施的技术水平,从硬件上保障换流变消防措施的合理性和适应性。在设备运行阶段,还需要进行软管理的投入,如系统每年维护与保养,消防泡沫液的送检,空压机系统滤芯和润滑油的更换等等,确保消防系统的有效性,只有硬技术与软管理相互匹配,消防系统才能获得更大的安全效益。
4  结语
换流变的火灾防范的重要性不言而喻。通过对换流变消防工程安全收益E计算与分析,为评价换流变消防系统提供了一个量化的评价指标和评价思路。特别是对提升换流变消防系统的安全收益相应的措施进行了探讨,只有全方位、全生命周期内强化防范换流变火灾的措施,并在实践中综合地、系统地发挥作用,才能最大限度发挥消防工程投资的安全效益,确保整个换流站的运行安全。
参考文献:
[1]吴超,王秉.安全经济学应用原理及新观点[J].安全,2019,40(10):27-33.
[2]罗云,刘潜.关于安全经济学的探讨[J].中国安全科学学报,1991(02):19-26.
[3]罗云.工业安全经济学讲座—第二讲 安全经济基本理论[J].工业安全与防尘,1993(02):32-34.
[4]廖亚立,祁立雷,李德鹏.安全经济分析法的一种应用[J].兵工安全技术,2000(01):34-36.
[5]罗云.工业安全经济学讲座[J].工业安全与防尘,1994(03):38-42.
[6]卫懋勋.企业安全成本探讨[J].现代经济信息,2011(12):223,231.
[7]于洋.换流变压器穿墙套管封堵涡流损耗优化研究[J].电源技术研究,2015,18(10).

 

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