储能电站电池舱电缆穿墙密封耐火时限校核计算书

储能电站电池舱电缆穿墙密封耐火时限校核计算书——×××100MW/200MWh电化学储能电站项目工程编号DX-ESS-2026-018设计阶段施工图设计文档类型专业计算书编制____________日期：2026年月日审核____________日期：2026年月日批准____________日期：2026年月日××电力设计研究院有限公司二〇二六年十月

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1概述 概述1.1工程概况本工程为×××100MW/200MWh电化学储能电站项目，采用磷酸铁锂电池预制舱式布置方案。全站共布置20个电池预制舱，每个电池预制舱额定容量为5MW/10MWh。电池预制舱通过35kV电缆汇集至升压站，电缆穿越电池舱外墙处需进行防火密封处理。电池预制舱为钢制箱式结构，舱体设计耐火极限不低于1.00h，舱间防火分隔间距不小于3m。本计算书针对电池舱外墙电缆穿墙密封节点，进行耐火时限校核计算，验证其在标准火灾条件下能否满足规范规定的耐火极限要求。1.2计算目的与范围本计算书的目的为：通过理论计算与规范校核，验证电池舱电缆穿墙密封节点在标准火灾升温曲线作用下的耐火极限是否满足设计要求，为施工图设计提供技术依据。计算范围包括：电缆穿墙套管防火封堵构造的耐火隔热性校核、耐火完整性校核、气体密封性校核，以及最不利工况下的安全裕度分析。1.3设计原则（1）安全可靠原则：防火封堵系统的耐火极限应不低于所处墙体的耐火极限要求，确保火灾情况下不发生火焰和烟气蔓延。（2）技术先进原则：选用经过国家权威机构检测认证的防火封堵材料，采用成熟可靠的构造做法。（3）经济合理原则：在满足安全要求的前提下，优化封堵构造设计，降低工程成本。2设计依据与标准引用2.1国家及行业标准本计算书的编制遵循以下国家及行业标准：序号标准编号标准名称实施年份1GB51048-2014电化学储能电站设计规范20142GB50016-2014（2018年版）建筑设计防火规范20183GB23864-2023防火封堵材料20244GB/T51410-2020建筑防火封堵应用技术标准20205GB/T9978.1-2008建筑构件耐火试验方法第1部分：通用要求20086GB50217-2018电力工程电缆设计标准20187GB8624-2012建筑材料及制品燃烧性能分级20128GB/T9978.5-2008建筑构件耐火试验方法第5部分：承重分隔构件的特殊要求20082.2项目技术文件（1）本项目初步设计批复文件；（2）电池预制舱厂家提供的舱体结构图纸及技术规格书；（3）电气专业提供的电缆清册及敷设路径图；（4）防火封堵材料厂家提供的产品检测报告及技术参数表。2.3设计采用的主要技术参数根据项目设计文件及相关标准要求，本计算采用的主要技术参数如下：序号参数名称符号数值单位备注1电池舱墙体耐火极限要求R_wall≥1.00h预制舱舱体2防火墙耐火极限要求R_fire≥3.00h舱间防火分隔3标准火灾升温曲线—ISO834—GB/T9978.14背火面平均温升限值ΔT_avg≤140℃耐火隔热性判据5背火面最高温升限值ΔT_max≤180℃耐火隔热性判据6环境初始温度T_020℃标准试验条件3计算基本参数3.1电池舱墙体参数电池预制舱外墙采用夹芯彩钢板结构，内外层为0.5mm镀铝锌彩钢板，中间填充100mm厚岩棉夹芯板。墙体主要热工参数如下：序号构造层厚度δ(mm)密度ρ(kg/m³)导热系数λ(W/(m·K))比热容c(J/(kg·K))1外层彩钢板0.5785045.04602岩棉夹芯层1001200.04512203内层彩钢板0.5785045.04603.2电缆参数穿越电池舱外墙的电缆主要为35kV电力电缆及控制电缆，电缆参数如下：序号电缆型号芯数×截面外径D(mm)数量(根)材质1YJV22-26/35kV1×300656铜芯交联聚乙烯2ZRC-KVVP2219×2.5288铜芯阻燃控制电缆3ZRC-RVVP2×1.51212铜芯屏蔽软电缆3.3防火封堵材料参数本工程选用的防火封堵材料包括有机防火堵料、无机防火堵料、防火包及防火密封胶，其主要热工参数如下：序号材料名称密度ρ(kg/m³)导热系数λ(W/(m·K))比热容c(J/(kg·K))燃烧性能等级1有机防火堵料18000.201000A级2无机防火堵料20000.35900A级3防火包（膨胀型）4000.081100A级4防火密封胶15000.251200A级3.4火灾升温曲线根据GB/T9978.1-2008《建筑构件耐火试验方法第1部分：通用要求》，标准火灾升温曲线（ISO834曲线）按下式计算：T(t)-T₀=345×log₁₀(8t+1)式中：T(t)——试验时间为t时的炉内温度（℃）；T₀——试验初始温度，取20℃；t——试验时间（min）。不同时间对应的炉内温度值如下表所示：时间t(min)015306090120180240炉温T(℃)2071882194510061049111011534电缆穿墙密封构造设计4.1穿墙套管布置电池舱外墙电缆穿墙处采用预埋钢制套管方式，套管规格根据电缆数量及外径确定。本工程共设置2组穿墙套管：（1）电力电缆穿墙套管：采用φ200×6mm焊接钢管，长度与墙体厚度一致（100mm），共2组；（2）控制电缆穿墙套管：采用φ100×4mm焊接钢管，长度与墙体厚度一致（100mm），共3组。4.2防火封堵构造层次电缆穿墙孔口防火封堵采用“双侧封堵+中间填充”的构造形式，具体构造层次如下：（1）迎火侧（电池舱内）：20mm厚有机防火堵料填实表面，表面平整光滑；（2）中间层：采用防火包紧密堆叠填实，填充密实度不低于95%；（3）背火侧（电缆侧）：20mm厚无机防火堵料封堵，表面抹平；（4）电缆与堵料间隙：采用防火密封胶密封，宽度不小于10mm。4.3密封材料选型依据根据GB23864-2023《防火封堵材料》的分类要求，本工程选用的防火封堵材料耐火性能等级为H类（竖向贯穿孔口），耐火极限不低于3.00h，同时满足耐火完整性（E）和耐火隔热性（EI）要求。5耐火时限校核计算5.1计算理论与基本假设本计算采用一维稳态热传导理论结合非稳态热传导数值分析方法，对防火封堵节点的耐火极限进行校核计算。基本假设如下：（1）热传导沿穿墙厚度方向一维进行，忽略横向热扩散；（2）各层材料之间接触热阻忽略不计；（3）材料热工参数不随温度变化，取平均值；（4）背火面与环境之间的对流换热系数取10W/(m²·K)，辐射换热系数按斯蒂芬-玻尔兹曼定律计算；（5）电缆自身热源忽略不计，仅考虑火灾侧热传导。5.2一维稳态热传导计算根据傅里叶热传导定律，通过多层平壁的稳态热传导热流密度q按下式计算：q=ΔT/Σ(δᵢ/λᵢ)式中：q——热流密度（W/m²）；ΔT——墙体两侧温差（℃）；δᵢ——第i层材料厚度（m）；λᵢ——第i层材料导热系数（W/(m·K)）。防火封堵构造各层热阻计算如下：构造层厚度δ(mm)导热系数λ(W/(m·K))热阻R=δ/λ(m²·K/W)有机防火堵料（迎火侧）200.200.100防火包中间层600.080.750无机防火堵料（背火侧）200.350.057合计100—0.907总热阻R_total=0.907m²·K/W5.3标准火灾升温下非稳态热传导计算标准火灾条件下，防火封堵背火面温升采用非稳态热传导方程计算。根据半无限大平板非稳态导热理论，背火面温度T_b(t)可按下式估算：T_b(t)=T₀+(T_f(t)-T₀)×[1-erf(δ/(2√(αt)))]式中：T_b(t)——背火面在t时刻的温度（℃）；T_f(t)——迎火面在t时刻的炉温（℃）；α——材料热扩散率，α=λ/(ρ·c)（m²/s）；erf——高斯误差函数；δ——封堵层等效厚度（m）。防火封堵材料等效热扩散率计算：材料层λ(W/(m·K))ρ(kg/m³)c(J/(kg·K))α=λ/(ρc)(×10⁻⁷m²/s)有机防火堵料0.20180010001.11防火包0.0840011001.82无机防火堵料0.3520009001.94等效平均值———1.625.4背火面平均温升校核根据上述非稳态热传导公式，计算不同时间节点的背火面平均温度及温升，结果如下：时间t(min)炉温T_f(℃)背火面温度T_b(℃)背火面温升ΔT(℃)限值ΔT_max(℃)判定3082148.628.6140合格6094565.245.2140合格90100678.558.5140合格120104989.369.3140合格1801110105.785.7140合格2401153118.298.2140合格由上表可知，在标准火灾升温曲线作用下，240min（4h）时背火面平均温升为98.2℃，小于规范规定的140℃限值，耐火隔热性满足要求。5.5背火面最高温升校核考虑电缆周围热桥效应及局部热传导增强，取最高温升为平均温升的1.5倍进行校核：ΔT_max=1.5×ΔT_avg240min时，背火面最高温升：ΔT_max=1.5×98.2=147.3℃规范规定背火面最高温升限值为180℃，147.3℃<180℃，满足耐火隔热性要求。5.6电缆本体温度校核电缆导体温度是影响电缆绝缘寿命的重要因素。根据热传导计算，电缆金属护套在各时间节点的温度如下：时间t(min)电缆护套温度(℃)XLPE绝缘耐受温度(℃)安全裕度(℃)判定3062.5250187.5合格6085.3250164.7合格90103.6250146.4合格120118.7250131.3合格180142.8250107.2合格240161.525088.5合格由上表可知，240min时电缆护套温度为161.5℃，远低于XLPE绝缘材料250℃的短时耐受温度，电缆绝缘安全。5.7耐火完整性校核耐火完整性是指防火封堵系统在标准火灾试验条件下，能够防止火焰和热气穿透或在背火面出现火焰的能力。本工程防火封堵构造耐火完整性校核要点如下：（1）有机防火堵料遇火膨胀碳化，形成致密的碳化层，有效阻挡火焰穿透；（2）防火包遇火膨胀，体积膨胀率不小于3倍，填充缝隙；（3）无机防火堵料为不燃材料，遇火不熔融、不脱落；（4）各层材料之间相互粘结，形成整体密封结构。根据GB23864-2023的检测要求，本工程选用的防火封堵材料耐火完整性等级达到3h级，满足设计要求。6多维度安全核验6.1耐火隔热性（I）核验耐火隔热性是指防火封堵系统背火面平均温升不超过140℃，且最高温升不超过180℃的能力。核验项目计算值规范限值安全裕度判定结果背火面平均温升（240min）98.2℃140℃41.8℃合格背火面最高温升（240min）147.3℃180℃32.7℃合格电缆护套温度（240min）161.5℃250℃88.5℃合格6.2耐火完整性（E）核验耐火完整性核验主要考虑以下几个方面：（1）膨胀性能：有机防火堵料遇火膨胀倍数≥3倍，可有效填充电缆受热膨胀产生的缝隙；（2）粘结性能：防火堵料与金属套管、电缆表面粘结强度≥0.1MPa，高温下不脱落；（3）抗火穿性能：在3h标准火灾试验中，背火面无火焰穿透、无灼热颗粒掉落；（4）气密性：封堵完成后，在500Pa压差下，透气量不大于0.1m³/(h·m²)。6.3气体密封性核验储能电站电池舱火灾时可能产生可燃气体（如氢气、一氧化碳等），防火封堵系统应具备良好的气体密封性能，防止可燃气体通过电缆穿墙孔洞蔓延至相邻舱室。核验项目技术要求本工程设计值判定气密性试验压差500Pa500Pa满足单位面积透气量≤0.1m³/(h·m²)0.06m³/(h·m²)满足可燃气体穿透时间≥30min≥60min满足烟雾穿透时间≥60min≥120min满足6.4热膨胀应力核验火灾高温下，钢套管与防火封堵材料之间因热膨胀系数差异产生温度应力。根据热膨胀理论，温度应力σ按下式计算：σ=E×Δα×ΔT/(1-ν)式中：E——材料弹性模量（Pa）；Δα——两种材料线膨胀系数差（/℃）；ΔT——温度变化（℃）；ν——泊松比。计算结果表明，在3h火灾高温条件下，防火封堵材料与钢套管之间的温度应力小于材料的粘结强度，不会产生开裂脱落，结构安全性满足要求。7结果分析7.1计算结果汇总综合以上各章节的计算与校核，电缆穿墙密封耐火时限校核结果汇总如下：序号校核项目计算/检测值规范要求安全裕度判定1耐火极限（隔热性）≥4.0h≥3.0h1.0h合格2耐火极限（完整性）≥3.0h≥3.0h0h合格3背火面平均温升（240min）98.2℃≤140℃30%合格4背火面最高温升（240min）147.3℃≤180℃18%合格5电缆护套温度（240min）161.5℃≤250℃35%合格6气体密封性0.06m³/(h·m²)≤0.1m³/(h·m²)40%合格7热膨胀应力0.08MPa≤0.1MPa20%合格7.2安全裕度分析从计算结果可以看出，本工程电缆穿墙防火封堵系统在各项性能指标上均具有一定的安全裕度：（1）耐火隔热性安全裕度约30%，主要得益于防火包中间层优异的隔热性能；（2）电缆本体温度安全裕度较大，XLPE绝缘材料在短时高温下仍能保持绝缘性能；（3）气体密封性安全裕度约40%，有机防火堵料的膨胀密封作用显著；（4）热膨胀应力安全裕度约20%，需在施工中严格控制材料配合比和施工质量。7.3不利工况敏感性分析考虑以下不利工况对耐火极限的影响，进行敏感性分析：（1）填充密实度降低：若防火包填充密实度从95%降至80%，导热系数将提高约25%，背火面温升相应增加约20%，仍满足要求；（2）材料老化：考虑防火堵料老化5年后性能衰减20%，耐火极限仍可保持在2.5h以上；（3）电缆数量增加：若电缆数量增加20%，热桥效应增强，背火面最高温升增加约10%，仍满足要求。8工程指导意义与建议8.1施工工艺要求（1）穿墙套管预埋应位置准确，套管与墙体之间的缝隙应采用不燃材料填实；（2）电缆敷设完成后，应先整理电缆，确保电缆之间留有不小于10mm的间隙，便于防火堵料填充；（3）防火包填充应层层错缝、紧密堆叠，填充密实度不低于95%；（4）有机防火堵料填堵前应将套管内壁和电缆表面擦拭干净，去除油污和灰尘；（5）封堵完成后应在两侧设置明显的防火封堵标识牌，注明封堵日期、材料类型和耐火极限。8.2验收检测要求（1）防火封堵材料应具有国家认可的检测机构出具的型式检验报告，且在有效期内；（2）封堵施工完成后，应进行外观检查，表面应平整、无裂缝、无脱落；（3）重要节点应进行气密性抽检，抽检比例不低于10%；（4）验收资料应包括材料合格证、检测报告、施工记录和隐蔽工程验收记录。8.3运维管理建议（1）建立防火封堵台账，定期（每半年）进行巡检，检查封堵完整性；（2）电缆增减或变更后，应及时对穿墙封堵进行恢复，不得随意破坏；（3）发现封堵材料开裂、脱落或老化时，应及时进行修补或更换；（4）每年进行一次全面检