IEC TR 62757-2015 HVDC、SVC 和 FACTS 换流器及其阀厅的防火措施

本技术报告为 HVDC 系统、静态无功补偿器（SVC）和灵活交流输电系统（FACTS）中的换流器阀及其阀厅的防火、探测和灭火提供了全面指导。它整合了来自全球 HVDC 项目记录的火灾事故的行业经验，为准备技术规范的公用事业公司和咨询公司提供了基本建议。

1. 阀和阀厅中的火灾危险

IEC TR 62757-2015 基于对全球 HVDC 项目中记录在案的火灾事故的系统分析，确定了换流器阀和阀厅中十类主要火灾危险。阀绝缘故障类别包括因污染、湿气侵入或电压浪涌导致的阀结构闪络，可能引发能量足以点燃相邻材料的电弧故障。主功率电路中的连接松动或高电阻接头是一种特别隐蔽的危险，它们可能在数年的热循环中逐渐发展，最终以灾难性的方式失效。

阀组件故障包括电容器爆裂、饱和电抗器绝缘击穿和套管闪络。报告记录了阀模块中电容器故障喷出热介电材料点燃相邻组件的事例。半导体器件级故障虽然由于严格型式试验而罕见，但当反并联二极管短路失效时可能发生，导致器件外壳爆炸，电弧等离子体可能传播至相邻模块。

危险类别	主要原因	潜在后果	风险等级
绝缘故障	污染、湿气、电压浪涌	闪络、电弧传播、火灾	高
连接松动	热循环、振动	过热、熔融金属喷溅	高
电容器故障	介电击穿、过电压	爆裂、热介电材料喷出	中
半导体故障	过电流、宇宙射线	器件爆炸、电弧闪光	中
冷却系统	泄漏、泵故障	冷却降低、过热	高
阀厅套管	污染、机械损伤	闪络、套管表面着火	中

火灾事故调查的一个重要发现：冷却系统问题是阀过热和最终火灾的最常见触发因素之一。由于泵故障、过滤器堵塞或空气进入冷却回路导致的冷却流量减少可引起半导体器件温度快速上升。报告建议使用带自动切换的冗余冷却泵和连续流量监测，报警阈值设定在额定流量的 80%。

2. 火灾探测与灭火系统

技术报告提供了适用于阀厅环境的火灾探测技术的详细指导，阀厅环境中高电场、有限通道和敏感电子设备的存在施加了独特的限制。评估了七种探测原理：

空气采样系统（吸气式感烟探测器）：早期预警首选，可在可见烟雾或火焰发展之前检测到热解产物。报告推荐灵敏度低于 0.1% 每米遮光率的极早期预警烟雾探测装置。
红外光束感烟探测器：适用于大空间阀厅，但需要仔细对准，可能受冷却系统排气口的蒸汽影响。
电弧探测系统：以微秒级响应时间检测电弧故障的紫外线辐射，能够在火灾发展之前快速隔离故障部分。
红外火焰探测器：适用于检测碳氢化合物火灾，但可能在维护期间被热作业触发。

灭火剂	优点	缺点	典型应用
CO&sub2;（二氧化碳）	成本低、有效、无残留	窒息风险、需要密封空间	中小型阀厅
IG-541（Inergen）	设计浓度下可呼吸	气瓶占地面积大、成本较高	有人值守阀厅
HFC-227ea（FM-200）	紧凑、快速释放	GWP 问题、热分解副产物	改造、空间受限的阀厅
细水雾	无 GWP、损伤小、冷却效应	需要高压泵、导电性考虑	大型阀厅、室外安装

工程洞察：报告推荐采用分层探测策略，将吸气式感烟探测（用于早期预警）与电弧探测（用于快速故障定位）相结合。火灾探测系统应与换流器控制系统集成，以启用按报警严重程度分级的自动紧急停机序列：警示（疑似预燃）、警告（确认烟雾/火灾）和紧急（立即跳闸和灭火释放）。换流器控制系统必须区分火灾报警和电气故障，以避免不必要的停机。

3. 阀厅布局、通道与通风管理

标准提供了阀厅物理布置的具体建议，以最小化火灾风险并便于灭火。关键规定包括：

物理隔离：换流器阀应布置在由耐火极限不低于 EI 120（120 分钟耐火）的墙壁或屏障分隔的防火分区中。分区之间的电缆贯穿必须使用经 IEC 61841 测试的防火封堵系统密封。

疏散通道：阀厅必须至少有两个位于相对端的出口，配备由冗余电源供电的应急照明。出口门必须向外开启并配备 panic 五金件。报告强调疏散路线在火灾事件中必须保持可用，考虑到烟雾充满大厅的可能性。

通风管理：通风系统设计必须考虑火灾情景。正常运行时，维持正压并采用过滤空气以防止污染物进入。火灾模式下，通风系统应自动关闭（对于全淹没气体灭火系统）或切换到排烟模式（对于喷淋或细水雾系统）。模式之间的过渡必须仔细排序，以避免产生可能损坏阀厅结构的压差。

来自记录在案的事件的关键教训：阀厅火灾可通过冷却系统迅速蔓延。如果使用去离子水冷却剂（在高功率 VSC 阀中常见），冷却剂泄漏与电气故障的结合可产生导电路径，导致电弧沿冷却软管蔓延。报告建议使用阻燃软管材料、在每个冷却分支上安装流量开关，并在冷却系统中实施自动阀隔离以限制可泄漏到火灾区域的冷却剂体积。

4. 常见问题

问：本标准是否同时适用于 LCC 和 VSC HVDC 系统？

答：是的。标准涵盖电网换相换流器（LCC）和电压源换流器（VSC）两种技术。两者的火灾危险有所不同——LCC 阀使用更多油浸组件，而 VSC 阀有更多电容器组和冷却连接——但整体防火框架适用于两者。

问：阀厅的推荐火灾探测覆盖范围是多少？

答：报告推荐全面覆盖，包括吸气式感烟探测和电弧探测以及覆盖整个阀厅容积的红外火焰探测。重叠覆盖对于避免阀结构后方的盲区至关重要。

问：灭火系统如何与高压设备协调？

答：灭火系统不得损害电气安全。在释放任何灭火剂之前，换流器必须闭锁，所有高压连接必须通过接地开关接地。CO&sub2; 系统的保持时间必须考虑人员疏散所需的时间。联锁装置应防止在阀厅内检测到人员时释放灭火剂。

问：阀厅是否有专门的消防通道要求？

答：是的。第 5.3 条规定消防通道必须提供最小 1.2 m 的净宽，消防栓必须位于阀厅外安全距离处，以使消防员能够操作而不暴露于电气危险。阀厅设计必须在多个位置包括用于消防水带接入的破玻璃面板。