户外大型变压器新型水喷雾灭火系统

1　大型变压器火灾实例
　　1991年12月，北京某220 kV变电站的一台120 MVA薄绝缘三线圈主变压器由于内部故障起火，因站内没有固定的水喷雾灭火装置和充足的消防水源，在起火十几分钟后30余辆消防车陆续赶到，扑救了近7 h方灭掉了明火，由于没有彻底降温，7 h后重燃，近20辆消防车再次赶来扑救，变压器报废。
　　1997年2月，北京另一座220 kV变电站的一台120 MVA三线圈主变压器因高压套管爆炸起火，几分钟后消防车赶到，用自带的水灭火，在自带的水即将用完时，站内值班人员手动启动水喷雾装置成功，在消防队员和值班人员的共同努力下，有效地控制了火势并将其扑灭。在此期间，水喷雾系统起到了后援和降温的作用，若仅靠消防车自带的水量很难将火扑灭。同时也可看出，灭火是扑救火灾的关键因素。这台变压器除套管破碎及线圈需烘干外，其它部位没有大的损坏。

2　有关规范对主变压器消防的要求
2.1　《水喷雾灭火系统设计规范》(GB50219－95)(下称《规范》)规定：水喷雾灭火系统的响应时间，当用于灭火时不应大于45 s；水雾喷头应布置在变压器的周围，不宜布置在变压器的顶部；保护变压器顶部的水雾不应直接喷向高压套管；水喷雾灭火系统应设有自动控制、手动控制和应急操作三种控制方式。水喷雾灭火系统的控制设备应具有下列功能：选择控制方式；重复显示保护对象状态；监控消防水泵启、停状态；监控雨淋阀启、闭状态；监控主、备用电源自动切换。
2.2　《火力发电厂与变电所设计防火规范》(GB50229－96)规定：220 kV、330 kV、500 kV独立变电所，单台容量为125 MVA及以上的主变压器应设置水喷雾灭火系统，并应具备定期试喷的条件。

3　北京供电局原水喷雾灭火系统状况

3.1　北京供电局高压变电站的供水状况


　　北京供电局在1995年前建成投运的220 kV、500 kV变电站有20座，大部分均远离市区或城镇，远离市政自来水管网，其生活和生产水源通常靠站内或附近的专用自备机井提供。北京地区变电站目前采用以下几种供水装置。

3.1.1e　使用水塔供水

　　由于变电站常驻人员不多，日常用水量很少，在炎热的夏季水塔内的水质极易发生变化，而在寒冷的冬季水塔内的水容易结冰和冻裂管道。

3.1.2　使用变频水泵供水

　　由于变频水泵始终处于调速运转状态，因水中杂质对泵磨损很大，与自来水系统中的变频水泵相比，使用周期短，维护费用高

3.1.3　使用自动补气式气压水罐供水

　　这种装置是在80年代末期兴起的，系统简单可靠，投资不高且易于管理和维护，系统的水压一般在0.3～0.6 MPa之间可调，非常适合变电站使用

3.2　原水喷雾灭火系统的状况

　　上述20座变电站中有13座变电站为主变压器配置了水喷雾灭火系统。所配置的系统基本上由地下蓄水池(容量在几十至几百立方米)、取水管、消防泵(一主一备)、环状地下消防主管网、手动或电动的水喷雾控制阀门(一台主变配用一只)、变压器水喷雾立管和水平支管及雾化喷头、水泵启动控制和保护装置等组成。消防用水预先由自备机井提到地下蓄水池中储存备用。
　　上述水喷雾灭火系统大都没在管网内预先注水，需由值班人员根据变压器起火的情况，按动当地或远方(主控制室)控制盘上的启动按钮，启动消防泵和打开相应的喷雾主阀门，进行喷雾灭火。这种系统由于在主变压器发出事故报警信号时，要靠值班人员准确地判断主变压器是否起火、并正确地操作有关按钮，很容易发生误操作。另外由于管线长，在发生火灾时空管充水时间大于规程允许的响应时间，此外由于管线内断续供水，管线内壁氧化锈蚀，锈渣被水流冲至喷头处淤塞喷头，影响水雾的形成，特别是当使用手动喷雾控制阀门时，常因阀门锈死而无法操作。这类系统的致命缺陷是系统本身不具备自检功能，必须由专业人员定期检查，但因缺乏专业人员的定期检修维护，故障难以及时发现，在需要时不能正常启动，形同虚设。

为满足《规范》关于灭火响应时间的要求，防止空管注水时间过长，少数系统设置了变频稳压泵或其它供水装置，为管路补水和保压。在主变压器运行时，这种系统因为在管网内有水的情况下，不能检查喷雾主阀门是否能正确打开，也存在着火警时喷雾主阀门拒动的可能性。为了对这种系统定期检查，至少需派两名检修人员到变电站现场，将地下管网中的水泄空后，持无线对讲机进行操作和检测，而在装设了集成电路型保护装置的变电站，保护室内是绝对禁止使用无线对讲机的，这便给检查带来了一定的难度。在使用变频泵给地下管网保压注水时，由于变频稳压泵长期处于工作状态，磨损严重，维修较频繁

3.3　雨淋阀灭火系统

　　南方的一些工程中也有不用喷雾电动阀门而采用雨淋阀组的实例。和上述系统相比，此类系统除了将喷雾电动阀门改用雨淋阀(一台主变配用一组)外，其它系统部件大致相同。由于雨淋阀组的需要，在每台主变的上方还增设了通至雨淋阀的传动管及闭式温度探头。传动管内平时充满了有压力的气体或水，籍此顶住雨淋阀的主放水口。当闭式温度探头上的测温玻璃泡遇高温破碎时，传动管内的有压气体或水从探头处泄出，雨淋阀的主放水口打开，同时通过雨淋阀上的电接点启动消防泵，大量的水便从雾化喷头喷向变压器。此类系统可以不靠人的操作而准确地启动整套系统，实施喷雾灭火，但在北方使用时，存在冬季的防冻问题，传动管内只能充气，这样系统的部件将增加许多，且受风或气流的影响，温度探头的灵敏度将会降低。

4　新型智能水喷雾灭火系统
　　为了解决以往主变压器水喷雾灭火系统存在的缺陷，有效地控制变压器初起火灾的扑救，降低主变压器火灾造成的损失，从1995年下半年起北京供电局开始进行新型水喷雾灭火系统的研制工作。

4.1　新系统的功能要求

　　在总结以往水喷雾灭火装置经验的基础上，对新系统提出了整体的设想，新系统应具备以下功能和特点。
4.1.1　系统应能实现定期自动巡检功能，以便及时地发现缺陷，提醒专业人员进行处理，使系统处于良好的备用状态。
4.1.2　地下主管网必须能够预先注满水，以解决动作反应时间过长和管道因断续供水而锈蚀的问题。
4.1.3　系统应能对变压器的温度进行可靠和有效的监测，在火灾发生时能准确地报警。应具有对巡检状态和事故动作状态的记忆能力，供事故后追忆和分析使用

4.2　新系统的研制

　　根据上述要求并结合实际工程的进度，组织设计、制造和运行单位的技术人员研制新系统。在研制过程中，抓住控制装置、电动阀门、水雾喷头三个关键部件，进行了技术调研和分析。还组织了调度、保护、变电值班、生技、安监等部门的技术人员对控制装置的动作条件进行了严格的分析和审查。
　　经过努力，新系统已在新建的北京台湖、张仪、大兴三座220 kV变电站安装完毕，并成功地在张仪和大兴两站对4台180 MVA的主变压器进行了试喷检验和自动巡检测试。
　　新的水喷雾灭火系统由以下几部分组成：地下蓄水池；主备消防泵；地下消防主环网；地下消火栓及井；喷雾电动阀门及井；喷雾立管、水平支管和雾化喷头；主变压器测温及数据传送装置；为管道日常补水的单流阀门及电动阀门；管道泄水用的电动阀门；控制盘及电机保护盘；当地及泵房内的启动盘等。控制系统采用了工业可编程控制机作为核心部件，监控全套系统的工作状态。系统的任何异常信号和动作信号均在消防控制盘上用光字牌显示，同时将消防系统异常的信号送至主控制室的中央信号屏上并伴有音响。

为了解决地下消防主环网的日常保压补水和系统巡检时的断水问题，系统设置了补水电动阀门，一侧接主环网，另一侧接供应生活用水的气压水罐的出口，并在地下主干管的最高点设置了自动排气阀，以使水能充满管道。在日常情况下，消防主环网内的水压和气压水罐出口的压力基本一致。此时，可以打开地下消火栓井内的水嘴或阀门，喷洒站区内的绿地及道路等。在消防状态下，因管道内压力较高，为了防止消防水进入生活水系统，在补水电动阀门的一侧装设了逆止阀。
　　根据几次变压器火灾的分析，发现在变压器起火燃烧的过程中，首先被破坏和最先见到火光的地方是在高压套管和变压器箱体结合处。为了可靠地监视变压器是否起火，经过多次研究，决定在变压器的瓷套管根部与套管升高座的结合部设置测温铂热电阻，每台变压器设8个点，并将实测温度值通过温度变送器送出。控制系统巡回检测这些温度值，发现温度值有跃变(＞0.13　℃／s)时，自动发出预告信号，当温度值跃变到上限(定为105 ℃)时，发出报警信号并同时启动消防泵，做好喷雾的准备工作。如果在检测中发现测温电阻有断线故障时，控制系统会自动发出报警信号，并跳过此点继续进行检测。