编制说明-变电站建筑钢结构防火技术规程（征求意见稿）

一、工作简况根据福建省土木工程建筑行业协会《关于<变电站建筑钢结构防火技术规程>团体标准立项的批复》（闽土建协[2023]02号）的要求，由国网福建省电力有限公司经济技术研究院、华侨大学会同有关单位组成编制小组，开展团体标准编制。随着科技发展，电力安全对人民生活和经济发展的影响越发显著，一旦发生停电事故，不仅影响人民正常生活，同时还会制约经济发展。然而电力发展没有及时跟上经济发展的脚步，电力系统的安全性不能满足经济发展和人民生活需求，近年来不断发生的大面积停电事故，给人民生活、社会生产带来巨大的影响。有报告研究显示，美国每年停电事故使得生产停滞、交通瘫痪等问题带来的经济损失高达上千亿美元，我国正处于快速发展、生产时期，停电带来的经济损失更是不可估量。据应急管理部消防救援局统计，2020年全国电气类火灾占全年火灾总数为33.6%，2021年全国74.8万起火灾事故中，电气火灾数量高居榜首，占比高达50.4%。变电站是电力系统中的基础设施，在电力运输中起着至关重要的作用，其安全性和可靠性是电力行业安全稳定运行的重要因素。变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能的电力设施，站内有变压器、电容器、电力电缆等设备，可燃物多，是电力火灾的高危场所。变电站中有大量的易燃物，发生火灾的原因一般是短路过热导致起火，包括电缆和变压器等起火。变电站发生火灾不仅造成直接经济损失，还可能会导致突发性大面积的停电，对人民生产生活造成影响。变电站发生火灾事故，不仅会造成人员伤亡、财产损失，还会使得交通瘫痪导致交通事故等，一系列严重影响人们日常生活的问题。而随着土地资源的开发利用和电子技术的发展，原本较为偏僻的变电站周围逐渐建立起居民生活区、加油站、超市等人群密集场所，使得变电站发生火灾后的事故后果严重程度增加；传统变电站开始向无人值班变电站转变，这一转变增加了变电站发生火灾事故后由于救援不及时造成更严重后果的可能性。钢材强度高、韧性好、施工方便，在建筑结构中广泛使用。钢材本身不可燃，但是火灾中钢材温度升高后刚度和强度下降。不采取防火保护的钢材在500°C时强度下降一半。因此，无防火保护的钢结构在火灾中很容易发生破坏。为了减少经济损失，有必要对钢结构变电站进行耐火分析和防火保护。钢结构防火保护层主要有防火涂料和防火板。涂覆防火涂料的保护方式施工方便，不受构件截面或施工位置的影响，在钢结构建筑工程中应用较多。防火板具有装饰性好、便于加工、干作业等优势，但目前关于防火板的研究较少。防火涂料与防火板对变电站主体结构耐火性能的影响尚需进一步研究。综上所述，制定变电站钢结构防火设计标准不仅是保障安全和设备完整性的重要措施，也是提升行业整体设计水平、遵循法规和降低经济损失的必要步骤。根据任务要求，国网福建省电力有限公司经济技术研究院、华侨大学于2024年7月成立了标准编制起草工作组，组织标准编制和协调工作。标准起草工作组制定了标准编制工作计划、编写大纲，明确任务分工及各阶段时间进度。同时，标准起草工作组成员认真学习了GB/T1.1-2009《标准化工作导则第1部分:标准的结构和编写规则》、DL／T5457《变电站建筑结构设计规程》、T/CECS24《钢结构防火涂料应用技术规程》等，结合标准制定工作程程序的各个环节，进行了标准结构和内容的探讨和研究。标准起草工作组经过1个月的广泛调研、咨询，收集和查阅有关资料，并结合国网福建省电力有限公司经济技术研究院目前在变电站钢结构防火方面的经验，于2024年8月确定了标准起草的总体框架和主要内容，并编写完成了团体标准《变电站建筑钢结构防火技术规程》的草案。2024年9月，起草工作组在公司内部进行了草案的意见征求和研讨，多次召开标准制定调度会议，经过反复修改和完善，目前已形成了团体标准的征求意见稿。福建省土木工程建筑行业协会国网福建省电力有限公司经济技术研究院华侨大学二、标准编制原则和确定标准主要内容的论据①耐火等级：变电站钢结构的耐火等级为一级（要求耐火极限在1.5小时以上）②防火涂料：膨胀型钢结构防火涂料的涂层厚度不应小于1.5mm；钢结构防火涂料的耐火极限分为：0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h。③截面形状系数：钢构件的受火表面积与其相应的体积之比。④标准火灾升温曲线：在标准耐火试验中,耐火试验炉内的空气平均温度随时间变化的⑤电力火灾升温曲线：评价建筑构件（变电站）或电缆封堵组件在电力火灾(以有机高聚物材料为主要燃料)作用下的耐火性能时，可以采用电力火灾升温曲线进行耐火试验。⑥等效曝火时间：钢构件受标准火灾作用后的温度与其受实际火灾作用时达到相同温度的时间。⑦荷载比：火灾下结构或构件的荷载效应设计值与其常温下的承载力设计值的比值。t——火灾持续时间（min）Tg——火灾发展到t时刻的热烟气平均温度(℃)Tg0——火灾前室内环境的温度(℃),可取20℃Δt——时间步长(s)，取值不宜大于5sΔTs——钢构件在时间(t，t+Δt)内的温升(℃)Ts、Tg——分别为t时刻钢构件的内部温度和热烟气的平均温度(℃)ρs、cs——分别为钢材的密度（kg/m3）和比热[J/(kg·℃)]F/V——无防火保护钢构件的截面形状系数（m-1）F——单位长度钢构件的受火表面积（m2）V——单位长度钢构件的体积（m3）α——综合热传递系数[W/（m2·℃)]αc——热对流传热系数[W/（m2·℃)]，可取25W/（m2·℃)αr——热辐射传热系数[W/（m2·℃)]εr——综合辐射率σ——斯蒂芬-波尔兹曼常数，为5.67×10-8W/（m2·℃4）i——保护层热阻[m2/（W·℃)]Tg-Tg0=345lg(8t+1)Tg-Tg0=1080×1-0.325e-t/6-0.675e-2.5t)Tg-Tg0=1030×1-0.325e-t/6-0.675e-2.5t)在变电站建筑钢结构的高温环境下，钢材、普通混凝土和防火保护材料的参数应符合现行国家标准《建筑钢结构防火技术规范》GB51249的相关规定。普通钢结构防火涂料（用于普通工业与民用建筑物钢结构表面的防火涂料）采用建筑纤维类火灾升温条件,试验炉内温度及压力应符合GB/T9978.1一2008中6.l和6.2的相关规定;特种钢结构防火涂料（用于变电站钢结构表面的防火涂料）采用烃类(HC)火灾升温条件或电力火灾升温条件,试验炉内温度应符合GA/T714——2007中5.1.2的相关规定,炉内保持正压。室内膨胀型钢结构防火涂料的理化性能应符合现行国家标准GB14907，第5.2.1条的要室外膨胀型钢结构防火涂料的理化性能应符合现行国家标准GB14907，第5.2.2条的要普通膨胀型钢结构防火涂料和特种膨胀型钢结构防火涂料的耐火性能分级应符合现行国家标准GB14907，第5.2.3条的要求。为模拟变电站建筑钢结构火灾，进行钢梁在不同升温曲线条件下的耐火研究，钢梁截面尺寸为HN588×300×12×20。变电站中的燃烧曲线选取：变电站中的油浸变压器室、应属于碳氢火灾，电缆层属于电力火灾，辅助用房可选择纤维类标准升温曲线。热电偶布置位置参考GB9978.6钢梁的特殊部分防火设计，分别在上翼缘、腹板、下翼缘布置热电偶测量钢梁竖向的温度变化差异，下翼缘设置两个热电偶，测量温度沿钢梁翼缘的变化情况。膨胀型钢结构防火涂料施工：底层除锈完成，先涂刷底漆防锈，干燥完成再按层涂抹涂料，每层厚度约0.2~0.3mm，涂抹至预定厚度，采用电子测厚仪按照涂层测点位置测量厚度，未达标位置按厚度补平。图示为华侨大学水平火灾试验炉，水平炉的空间尺寸为长6m，宽4.5m，高1.5m，本次试验使用半炉6个喷火口进行。试验步骤确定：①安装试件：将试件按照预定的加载方式及端部约束方式安装在水平火灾试验炉上。②密封炉体：闭合火炉，铺设防火棉防止热量流失。③布置测量装置。（热电偶，变形位移计等）④预加载：根据设计施加荷载，预施加10%的荷载并持荷2分钟。检查各参数收集设计是否正常工作。⑤加载前准备：确保各测量装置正常工作，确定设计施加的力为试件梁承担。⑥加载：施加目标载荷，保持恒定2分钟，记录此时相关位移数据，初始温度等。⑦升温：根据ISO-834标准升温曲线或电力升温曲线设置火炉升温，采集炉内温度和钢梁温度。⑧试验结束和终止：当试件达到GB9978-2008判定标准细则10.2内容，应立即停止升温并终止试验。终止试验的判定标准和原则：试验过程记录：对试验期间的固定热电偶以1min测量并记录温度值一次。炉压应连续测量和记录，时间间隔5min一次。变形测量：试件加载前和按要求加载后，都应该进行尺寸测量，并且在耐火试验中1min测量一次跨中形变。完整性观测：记录棉垫被点燃的时间，同时记录被点燃的位置；记录缝隙探棒能通过试件裂缝的时间，同时记录裂缝的位置；记录试件背面窜出火焰和持续的时间，同时记录窜出火焰的位置。记录钢梁丧失承载能力的时间。试件结构出现变形、开裂、材料熔化或软化、材料脱落或烧焦等相关现象，应记录在试验报告中。背火面冒出大量浓烟气也应记录。三、1.主要试验分析基于ABAQUS对电力升温曲线下钢梁的温度场模拟：（1）电力升温曲线明显高于ISO-834标准升温曲线而稍弱于HC升温曲线；（2）梁截面越高，对应截面形状系数越小，耐火极限越长；（3）固接和铰接边界限制了梁挠度的发展，增加了承载能力；（4）荷载比对钢梁的挠度发展影响非常明显，当荷载比越大，梁的耐火极限越短。涂料对钢梁升温有较大影响，明显提升了钢梁的耐火能力。由于本次试验涂料导热系数的影响，耐火极限并未达到120min，试件在电力升温曲线作用下，耐火极限降低了20%，对比ISO-834标准升温曲线下极限抗火时间降低了11.1%;可以看出电力升温曲线下的影响比ISO-834标准升温曲线下的影响更为严重。因此在变电站建筑钢结构防火设计中，钢结构防火涂料起到重要作用。2.技术经济论证在变电站钢结构防火设计中，采用防火涂料的技术经济论证具有重要意义。首先，从技术角度来看，防火涂料能够有效提升钢结构的耐火性能，延缓火灾对结构的破坏，确保设备和人员的安全。此外，防火涂料的施工工艺相对简单，适应性强，能够满足变电站复杂环境的要求。在经济性方面，尽管防火涂料的初期投入相对较高，但通过降低火灾风险、减少潜在损失和维护成本，长期来看能够实现显著的投资回报。同时，符合国家和地方防火规范的涂料，能够有效降低因不合规而带来的法律风险。综上所述，采用防火涂料作为变电站钢结构的防火设计方案，不仅具备良好的技术可行性，还能在经济上实现合理性，为变电站的安全运营提供有力保障。3.预期的经济效果变电站钢结构防火设计采用防火涂料的预期经济效果主要体现在以下几个方面：①降低火灾损失：防火涂料能够有效延缓钢结构的升温，减少火灾发生时对结构的破坏，从而降低因火灾引发的设备损坏、停产损失和人员伤亡的经济损失。②减少维修和重建成本：通过提高钢结构的耐火性，防火涂料能够延长结构的使用寿命，减少因火灾造成的维修和重建费用。这种预防性投资能够在长期内节省大量资金。③降低保险费用：采用防火涂料后，变电站的火灾风险降低，可能会导致保险公司降低相关保险费用，从而进一步节省运营成本。④提高资产价值：防火设计的有效性能够提升变电站的整体安全性和可靠性，增强投资者和客户的信心，从而提高资产的市场价值。⑤符合政策法规要求：通过采用符合国家和地方防火标准的防火涂料，能够避免因不合规而产生的罚