有关变压器水喷雾灭火系统的探讨

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有关变压器水喷雾灭火系统的探讨
   

摘要：本文对油浸变压器的火灾危险性进行了分析，结合工程实例，总结了水喷雾灭火系统的设计和施工要点，并对实际存在问题提出了解决方案。

关键词：变压器 火灾危险性 水喷雾 灭火 问题及对策

    近年来，我国城乡电网日益发展，大中型变电站和发电厂越来越多。变压器作为它们的主要设备，不管容量大小，原理基本相同，都是通过铁心和绕组之间的电磁转换升压或降压，以达到大功率、超高压和远距离输电的目的。有关规范规定，大于一定容量的变压器应设置水喷雾灭火系统。水喷雾在灭火时能起到表面冷却、窒息、乳化和稀释的作用，它可以可靠地扑灭闪点高于60度的液体火灾，且有不造成液体飞溅和电气绝缘度高的特点。相关的《水喷雾灭火系统设计规范》中亦对变压器水喷雾灭火系统的设计作了一系列规定，但笔者在工程中，却发现有些情况无法按规范要求处理，并采取了一系列解决方法，在此提出，以供参考。

一、变压器的火灾危险性分析及保护部位的确定

    大容量变压器一般为油浸式，主要由铁心、绕组、油箱、油枕、散热器、高压套管和压力释放阀等组成。变压器油是碳氢化合物，闪点在130度左右，为可燃液体，正常情况下在密闭油箱内部依靠温差自然循环或通过油泵强制循环，以冷却电磁交换过程中铁心和绕组等散发的热量。变压器形式多样，且不规则，不方便作为一个整体处理，因此将变压器的水喷雾保护分为油箱主体、高压套管、油枕、散热器和集油坑五大部分（见附图）。按规范规定，除集油坑的设计喷雾强度采用6l/min•m2外，其余部位均采用20l/min•m2，灭火时间均取0.4h，具体分述如下：

    1、油箱主体

    油箱主体内部充满变压器油，铁心、绕组等设备以及大量有机可燃物，如纸板、棉纱、布、木材等均浸泡在变压器油中。当变压器内部短路发生电弧闪络，油受热分解气化，箱内压力急剧升高，压力释放阀喷油泄压，此时可能引起爆燃，如泄压不及时，甚至可能发生箱体爆炸。另外雷击、过电压、变压器出线短路以及外界火源等均可引发火灾。一般大型变压器油箱均有一侧要受到散热器的遮挡，喷头配水管可以穿过散热器间的空档，以保护主体。

    2、高压套管

    高压套管的作用是将变压器油箱中的高、低压绕组引出线从油箱内引出，通过电极分别与高、低压线路相连，是变压器的薄弱环节。引发火灾的原因很多，其中包括制造缺陷、安装不当、损伤、老化以及出线短路和雷击过电压等。它的爆炸喷油起火在变压器的火灾事故中占有最大比例。规范中规定水雾不应直接喷向高压套管，笔者认为水雾包络至少应至套管底部的1/5处，但不应超过1/3。经查阅大量资料，并在湖南省送变电建设公司的组织下做了带电喷雾实验，证明这种设置方式从安全和灭火的角度均是可靠的。

    3、散热器

    大容量变压器的散热器一般有风扇，以增加散热片的通风量。热油通过散热片中的管网，以达散热目的。此部分的保护也很重要，但应避免水雾直射风扇电机，水雾喷头可沿风扇电机之间的中心线布置。

    4、油枕

    油枕通过连接管与油箱主体中的变压器油相连，以缓冲油的热胀冷缩和确保油质。油枕一般为规则圆柱体，位置在变压器的顶部，布管时须考虑到喷头和管道离高压带电体的间距。如油枕靠变压器的一侧，处理就比较简单，但现在很多油枕设在变压器的正顶部，两旁均有高压套管，而规范要求油枕应受保护，且管道不宜穿越变压器顶部，二者有一定矛盾。经和多个变压器厂家协商，一致认为紧靠变压器的顶部可以设置配水横管，这样可以通过高压套管的空档解决油枕的保护问题。

    5、集油坑

    集油坑的保护往往被人忽视，其实以上设备主体火灾一旦发生，任何灭火系统均只能起到灭火和防止火势蔓延的作用，设备修复的可能性较小。当变压器内部压力急剧升高时，变压器的压力释放阀会开启泄压，大量的油气泄入集油坑，集油坑内填满了石头，变压器油通过石头缝隙和集油坑底部管道进入远处集油井。此时集油坑很可能引发火灾，因此集油坑的保护很重要，除应独立设置保护喷头外，建议采用大于12l/min•m2的灭火喷雾强度。

    油浸变压器的大量变压器油极易导致火灾扩散并蔓延，停电也可能给社会造成巨大损失，后果严重，有必要设置可靠的消防保护系统。

    二、工程实例

    本工程是一个220KV变电站，装配有三台的180MVA变压器，露天布置。变压器之间设有防火墙，每台变压器采用独立的雨淋阀组和水雾配管系统。现将本水喷雾灭火系统的设计特点简介如下：

    1、喷头、配管及雨淋阀组等的设置

    变压器的喷头和配管是变压器水喷雾设计的关键。实验表明，在相同工作压力下，流量规格小的水雾喷头泄露电流小。国内对水雾喷头的电气绝缘性能测定最大只测到了80l/min的喷头，因此喷头型号的选择不宜超过此流量范围。笔者在工程设计中选用了63l/min和80l/min两种规格的喷头，并作了带电喷雾实验，取得良好效果。设计时根据喷雾强度和被保护体的面积可算出喷头数量，然后选择合适的雾化角，确保有效射程，均匀布置即可。我们可以不独立设置保护高压套管的喷头，但应确保水雾能包络到套管的底部，并不应超过套管长度的1/3。喷头跟管道的连接不应直接采用90°弯头，而应采用两个90°弯头加上短管连接（见附图），这样可以在试喷雾时方便地调节水雾方向。

    南方空气潮湿，且呈酸性，露天的开式管道容易腐蚀。锈渣使水的电导率增加，也容易堵塞喷头，因此管道的防腐很重要。过滤器后的配水管应采用内外热镀锌管，且用丝扣或法兰连接。为保证配水均匀，我们将变压器的主管设计成DN150的环管，整个环管由八根DN150的管道和四个DN150的弯头用法兰连接。法兰盘与管道以及其它小管与环管的连接只能采用焊接，焊点将破环镀层，并形成电化腐蚀，因此将管道焊接后作了二次热镀处理。配管完成后，变压器被管网包围，由于采用丝扣和法兰连接，并不影响日后变压器和管网的维护。