大型油浸電力變壓器固定式滅火系統(tǒng)的選擇_secret

1、大型油浸電力變壓器固定式滅火系統(tǒng)的選擇摘 要：本文根據(jù)油浸式電力變壓器滅火技術(shù)的新發(fā)展，對近幾年新開發(fā)的幾種固定式滅火系統(tǒng)的滅火機理、技術(shù)特點及應(yīng)用范圍作了介紹，并與傳統(tǒng)的水噴霧和氣體滅火系統(tǒng)進行對比，使油浸式電力變壓器的消防設(shè)計有更多的選擇余地,以適應(yīng)不同的工程情況，節(jié)省工程造價。關(guān)鍵字：油浸式變壓器 固定式滅火系統(tǒng) 選擇1油浸式電力變壓器的火災(zāi)危險性在電力生產(chǎn)中，發(fā)電廠和變電所內(nèi)設(shè)置的大型油浸式變壓器作為核心設(shè)備之一在運行中一般均較為安全可靠，變壓器的總體火災(zāi)事故率也一直較低，但在電力生產(chǎn)火災(zāi)事故中，特別是在重特大火災(zāi)事故中變壓器火災(zāi)事故占有一定的比例。在1996年對全國發(fā)電廠及變電所19

2、70年1987年間發(fā)生的火災(zāi)進行案例調(diào)查的63起重大事故中，變壓器火災(zāi)事故共有16起，約占25% ，其中發(fā)電廠5起，變電所11起。另據(jù)原電力部安環(huán)司的有關(guān)資料，在19811989年間全國火電廠發(fā)生的二百多次火災(zāi)事故中，變壓器火災(zāi)占4.4% ，在其中的重、特大火災(zāi)事故中，變壓器火災(zāi)事故占17.8% 。近年來，雖然由于設(shè)備制造質(zhì)量及運行水平的提高，變壓器火災(zāi)事故不斷減少，但在單機60萬千瓦的發(fā)電廠和50萬千伏的開關(guān)站中還曾發(fā)生過主變燒毀的重大事故。大型電力變壓器的火災(zāi)不僅會造成重大的直接財產(chǎn)損失甚至人員傷亡，給人民群眾生活帶來嚴重影響，大型樞紐變電所的變壓器火災(zāi)有時還會造成大面積的停電，給工農(nóng)業(yè)生

3、產(chǎn)帶來巨大的間接損失，危害極大。通過對多起變壓器火災(zāi)事故的分析，發(fā)現(xiàn)變壓器起火爆炸主要是由以下幾點情況造成的：(1)線圈絕緣損壞造成短路，使線圈發(fā)熱燃燒；(2)線圈連接處接觸不良產(chǎn)生高溫，在松動或斷開時，產(chǎn)生電弧造成爆炸起火；(3)套管損壞爆裂起火，套管發(fā)生漏水、滲油或長期積滿油垢而閃絡(luò)或套管絕緣層損壞、老化，絕緣擊穿引起爆炸起火；(4)變壓器油老化變質(zhì)引起內(nèi)絡(luò)擊穿而造成爆炸著火事故。由于油浸式變壓器自身的結(jié)構(gòu)特點，其內(nèi)部存有大量的可燃變壓器油,線圈也大多使用紙、布、面紗等作絕緣材料，鐵芯則主要由木塊、紙板作支架和襯墊，這些都是可燃材料，再加上設(shè)備制造和運行中的一些因素，上述幾種情況難以徹底避

4、免，變壓器起火和爆炸的危險性無法根除。因此，除了提高變壓器制造質(zhì)量及運行水平，減少火災(zāi)隱患外，同時還有必要加強和改進對變壓器的保護，以防止或減少變壓器火災(zāi)帶來的損失和危害。2 變壓器固定式滅火系統(tǒng)的傳統(tǒng)型式由于變壓器火災(zāi)事故的重大危害性，有關(guān)國家消防規(guī)范明確規(guī)定，單臺容量在125MVA及以上的獨立變電所可燃油油浸電力變壓器、單臺容量在90MVA及以上的電廠可燃油油浸電力變壓器、單臺容量在40MVA及以上的廠礦企業(yè)可燃油油浸電力變壓器、部分附屬在民用建筑室內(nèi)的可燃油油浸電力變壓器均應(yīng)設(shè)置固定式滅火系統(tǒng)。目前國內(nèi)變壓器采用的固定式滅火系統(tǒng)最主要的類型有兩種，一種是水噴霧滅火系統(tǒng)，主要應(yīng)用于室外大型

5、變壓器。另一種是氣體滅火系統(tǒng)，用于室內(nèi)安裝的變壓器。2.1 變壓器的水噴霧滅火系統(tǒng)目前在發(fā)電廠和變電所室外大型變壓器消防上均得到了廣泛應(yīng)用。水噴霧滅火系統(tǒng)也是我國應(yīng)用于變壓器消防最早的一種固定式滅火系統(tǒng)，其滅火機理主要是通過高壓產(chǎn)生細小的水霧滴直接噴射到正在燃燒的物質(zhì)表面產(chǎn)生表面冷卻、窒息、乳化、稀釋等作用，從水霧噴頭噴出的霧狀水滴，粒徑細小，表面積很大，遇火后迅速汽化，帶走大量的熱量，使燃燒表面溫度迅速降到燃點以下，使燃燒體達到冷卻目的；當霧狀水噴射到燃燒區(qū)遇熱汽化后，形成比原體積大1700倍的水蒸汽，包圍和覆蓋在火焰周圍，因燃燒體周圍的氧濃度降低，使燃燒因缺氧而熄滅；對于不溶于水的可燃液體

6、，霧狀水沖擊到液體表面并與其混合，形成不燃性的乳狀液體層，從而使燃燒中斷；對于水溶性液體火災(zāi)，由于霧狀水能與水溶性液體很好溶合，使可燃燒性濃度降低，降低燃燒速度而熄滅。水噴霧滅火系統(tǒng)的組成與雨淋自動滅火系統(tǒng)相似，主要由水源、供水設(shè)備、供水管道、雨淋閥組、過濾器和水噴霧噴頭組成。水噴霧噴頭一般可分為中速水噴霧噴頭和高速水噴霧噴頭。水噴霧滅火系統(tǒng)則應(yīng)具有自動控制、手動控制和應(yīng)急控制三種啟動方式。水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)較為成熟，滅火效率高，在國內(nèi)外均有較為廣泛的應(yīng)用；但其系統(tǒng)復(fù)雜，不僅包括雨淋閥組、管道及支架、霧化噴頭、探測器以及聯(lián)動控制盤等全套裝置，還需要設(shè)置水池、水泵、管網(wǎng)等配套消防給水系統(tǒng)，占地大

7、，造價高，日常維護管理也較麻煩。圖1 典型的水噴霧滅火系統(tǒng)安裝圖2.2 氣體滅火系統(tǒng)氣體滅火系統(tǒng)應(yīng)用于變壓器消防過去主要是在民用建筑的室內(nèi)變壓器上，近年隨著城市的發(fā)展和城網(wǎng)改造加速，城市室內(nèi)變電所大量增加，部分更與民用建筑結(jié)合建造，為減少火災(zāi)危險性，一般其室內(nèi)主變壓器均設(shè)置了固定式滅火系統(tǒng)，而且主要是氣體滅火系統(tǒng)。氣體滅火系統(tǒng)用在室內(nèi)變壓器與用在其它場所其滅火機理相同，根據(jù)采用的氣體系統(tǒng)的不同既有化學作用，也有物理作用，或者二者兼有；在具體應(yīng)用技術(shù)上也沒有特別之處，其滅火方式一般均采用全淹沒，組成型式則根據(jù)保護區(qū)的數(shù)量采用組合分配或單元獨立系統(tǒng)。至于氣體的種類，我國最早的室內(nèi)變(包括工業(yè)和民用

8、)主要采用鹵代烷滅火系統(tǒng)。二十世紀八十年代初研究表明，包括鹵代烷滅火劑在內(nèi)的氯氟烴類物質(zhì)在大氣中的排放，將導致對地球大氣臭氧層的破壞，危害人類的生存環(huán)境，1990年6月在倫敦由57個國家共同簽定了蒙特利爾議定書，決定逐步停止生產(chǎn)和逐步限制使用氟里昂、鹵代烷滅火劑，我國于1991年6月加入了蒙特利爾議定書(修正案)締約國行列，并將逐年減少鹵代烷滅火劑的產(chǎn)量，承諾到2005年停止生產(chǎn)鹵代烷1211滅火劑，到2010年停止生產(chǎn)鹵代烷1301滅火劑。因此鹵代烷滅火劑逐步被淘汰將勢在必行，目前我國變電所及民用建筑室內(nèi)變壓器消防上已基本淘汰鹵代烷滅火系統(tǒng)，而改用高壓二氧化碳氣體滅火系統(tǒng)，個別也有采用七氟丙

9、烷(FM200)、惰性氣體(IG541)或其它替代鹵代烷的新型潔凈氣體。二氧化碳滅火劑來源廣泛、價格低廉、電絕緣性高、滅火性能較好、清潔無污漬，但由于二氧化碳對人體有窒息作用，相對來講，前些年應(yīng)用不廣泛。在70年代末80年代末我國對二氧化碳全淹沒滅火系統(tǒng)和二氧化碳局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)做了一系列滅火試驗，并于1993年頒布了二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，于1999年11月17日由中華人民共和國建設(shè)部頒布了已經(jīng)批準的國家標準二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范局部修訂條文，并于2000年3月1日起施行。局部修訂條文中增加了二氧化碳低壓滅火系統(tǒng)有關(guān)條文。在這種情況下，二氧化碳滅火系統(tǒng)應(yīng)用范圍已逐步擴大，目前已成為室內(nèi)變

10、壓器消防上采用的最主要的固定式滅火系統(tǒng)。近幾年，一些替代鹵代烷的新型潔凈氣體滅火劑不斷被引進開發(fā)出來。在我國氣體滅火技術(shù)領(lǐng)域，除二氧化碳滅火系統(tǒng)外，已有越來越多的工程中采用七氟丙烷(FM200)氣體滅火系統(tǒng)、惰性(IG541)氣體滅火系統(tǒng)、SDE氣體滅火系統(tǒng)等。對各種新型的侯選替代鹵代烷的氣體滅火系統(tǒng)，由于其使用時間不長，至今尚沒有設(shè)計施工的國家規(guī)范，有的只有地方性規(guī)程，或正在編制有關(guān)地方性規(guī)程，有的還鮮為人知，因此其大規(guī)模使用在室內(nèi)變壓器消防上還為時尚早。不論采用何種氣體滅火劑，由于氣體滅火系統(tǒng)滅火迅速，不導電，又沒有污損，因此雖然其造價較高，仍然是當前室內(nèi)變壓器消防的首選。3 變壓器滅火的

11、幾種新方法隨著消防技術(shù)的發(fā)展，近年來，國內(nèi)又陸續(xù)引進或研制了一些各具特色的新型滅火系統(tǒng)，技術(shù)上已日臻成熟和完善，在大型變壓器消防上也已有了一定程度的應(yīng)用。本文僅介紹幾種已通過國家固定滅火系統(tǒng)和耐火構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢驗的可應(yīng)用于變壓器消防上的固定式滅火系統(tǒng)。3.1 排油注氮滅火系統(tǒng) 排油注氮滅火系統(tǒng)是九十年代由國外引進并在國內(nèi)消化研制而成的一種專門針對油浸變壓器和其它充油電氣設(shè)備的滅火裝置。系統(tǒng)主要包括火災(zāi)探測器、控流閥、消防柜(內(nèi)設(shè)氮瓶及相關(guān)附件)、電氣控制柜、排油及充氮管路系統(tǒng)等。排油注氮滅火系統(tǒng)的滅火機理是：當變壓器因內(nèi)部故障發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)同時接到火災(zāi)探測器和瓦斯繼電器動作信號后，立即

12、打開快速排油閥，降低變壓器油箱油位，減輕油箱本體油壓，防止變壓器爆炸；同時關(guān)閉控流閥，切斷油枕向本體供油。經(jīng)數(shù)秒延時，氮氣從變壓器底部充入本體，并充分攪拌，使油溫降至燃點以下而迅速滅火。全部充氮時間在十分鐘以上，可使變壓器油充分冷卻，防止復(fù)燃。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運行維護方便。系統(tǒng)的動作原理見下圖。圖2 排油注氮滅火系統(tǒng)的動作原理圖3.2 “SP”合成型泡沫噴淋滅火系統(tǒng) “SP”合成型泡沫噴淋滅火系統(tǒng)是近年來開發(fā)的一種新型滅火系統(tǒng)，其組成類似于高壓細水霧(WATER MIST)滅火系統(tǒng)，主要由儲液罐、氮瓶、電動閥、減壓閥、安全閥、水霧噴頭、壓力表及管道等組成。該系統(tǒng)通過在水中添加一定比例的“ST

13、”合成型阻燃滅火劑，在一定的壓力下通過專用的水霧噴頭，霧化后噴射到著火物體上進行滅火?！癝T”合成型阻燃滅火劑是集滅A類火、B類火、C類火和阻燃等性能的多功能合成泡沫滅火劑，并具有良好的絕緣性能，穩(wěn)定性好，具有生物降解性，對環(huán)境無污染。系統(tǒng)作用原理是結(jié)合水霧滅火和泡沫滅火的特點，借助水霧和泡沫的冷卻、窒息、乳化和隔離等綜合作用來達到迅速滅火的目的，對A、B、C類及帶電火災(zāi)均有良好的滅火效果，且不易復(fù)燃。系統(tǒng)的啟動方式是采用儲存在鋼瓶內(nèi)的氮氣作為動力源，直接驅(qū)動儲液罐內(nèi)的滅火劑混合液，經(jīng)管道和水霧噴頭噴出。由于該系統(tǒng)在水中添加了滅火劑，滅火效果提高，故不需設(shè)置龐大的消防水池，同時由于滅火劑以高壓

14、氮氣作動力源，也不需設(shè)消防水泵等裝置。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，布置緊湊，控制容易，維護方便。對戶外獨立變電所的油浸變壓器特別是缺水或寒冷地區(qū)的變壓器，可采用SP”合成型泡沫噴淋滅火系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的水噴霧滅火系統(tǒng)。3.3 氣溶膠滅火裝置氣溶膠滅火技術(shù)由軍工技術(shù)發(fā)展而來，已有二十多年的歷史。所謂氣溶膠是由液體或固體微粒懸浮于氣體分散介質(zhì)中形成的一種溶膠，其滅火主要是通過氣溶膠滅火劑釋放所產(chǎn)生的吸熱分解的降溫滅火作用、氣相的化學抑制作用和固相的化學抑制作用等來實現(xiàn)的，可用于撲滅A、B類及帶電火災(zāi)。氣溶膠相對于其他任何類型的滅火劑有很多優(yōu)點，它不需要采用耐壓容器，因為含能材料本身燃燒時可提供驅(qū)動能量，它可以以

15、全淹沒的方式滅火，氣溶膠滅火顆粒的粒度極小，可以繞過障礙物并在火災(zāi)空間有較長的駐留時間，它相對于干粉滅火劑具有更大的滅火效率，可用于相對封閉空間，而且也可用于開放的空間：對于不含有鹵代烷成分的氣溶膠滅火劑來說，它不會損耗大氣臭氧層，在滅火性能上和成本上也比鹵代烷滅火劑更占優(yōu)勢。國內(nèi)熱氣溶膠滅火技術(shù)的研究開發(fā)比較早，但由于觀念及技術(shù)等多方面原因，其推廣應(yīng)用工作沒有得到重視。近年來，由于鹵代烷滅火劑的逐漸淘汰，作為替代物的一種，氣溶膠在國內(nèi)也得到相應(yīng)的重視和發(fā)展，經(jīng)過對產(chǎn)品進一步研究改進，在技術(shù)上有了新的突破。目前國內(nèi)使用的氣溶膠滅火系統(tǒng)均為成套裝置，主要有氣溶膠滅火劑藥桶、電子引發(fā)器、氣體發(fā)生器

16、和箱體等組成；當啟動電流通過電子引發(fā)器時，激活氣體發(fā)生器內(nèi)的滅火劑，在較短的時間內(nèi)將滅火劑全部燃燒反應(yīng)成為N2、CO2等惰性氣體為主的氣溶膠煙霧。其燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的火焰和溫度被氣體發(fā)生器中的降溫材料吸收后再經(jīng)過過濾從裝置的噴口向外噴射氣溶膠，撲滅火災(zāi)。目前國內(nèi)應(yīng)用的氣溶膠滅火裝置還存在某些不足，如氣溶膠釋放后有濃煙，能見度差，影響人員逃生，不能應(yīng)用于經(jīng)常有人場所；不具備組合分配能力；只適用于較小范圍使用，一般每個防護區(qū)容積不超過2000m3為宜。作為一種結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的高效滅火系統(tǒng)，適用于變配電間、發(fā)電機房、電纜夾層、電纜井、電纜溝等無人、相對封閉、空間較小的場所，適用撲救生產(chǎn)、貯存柴油(-

17、35號柴油除外)、重油、潤滑油等丙類可燃液體的火災(zāi)和可燃固體物質(zhì)表面火災(zāi)。4 幾種滅火系統(tǒng)在變壓器消防上的比較與選擇以上介紹的幾種可用于變壓器的固定式滅火系統(tǒng)，水噴霧、“SP”合成型泡沫噴淋、排油注氮主要用于室外變；二氧化碳、七氟丙烷(FM200)、惰性氣體(IG541)和氣溶膠則主要用于室內(nèi)變，下面分別比較。4.1 室外變壓器滅火系統(tǒng)比較與選擇水噴霧滅火系統(tǒng)是室外大型變壓器通常采用的一種消防設(shè)施，技術(shù)較為成熟，在國內(nèi)外均有較為廣泛的應(yīng)用；但其系統(tǒng)復(fù)雜，需設(shè)置專門的消防給水設(shè)施，日常維護管理工作量較大。在獨立變電所內(nèi)，此種情況更為突出。而排油注氮滅火系統(tǒng)是從國外引進的專用于油浸變壓器和其它充油

18、電氣設(shè)備的一種新型滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)在國內(nèi)已得到國家有關(guān)消防部門的認可。相對于水噴霧滅火系統(tǒng)來說，排油注氮滅火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運行維護方便，造價低廉，特別適用合于缺水或嚴寒地區(qū)使用?！癝P”合成型泡沫噴淋滅火系統(tǒng)兼具水噴霧滅火和泡沫滅火的優(yōu)點，系統(tǒng)設(shè)備簡單，造價較水噴霧有較大下降，缺水地區(qū)也可適用，該系統(tǒng)目前主要應(yīng)用在變電所室外主變上。為直觀起見，現(xiàn)以220KV變電所單臺150MVA變壓器消防為例，將三種滅火系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟比較列表如下：表1 三種室外變壓器滅火系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟比較表系統(tǒng)類型水噴霧滅火系統(tǒng) “SP”合成型泡沫噴淋滅火系統(tǒng)排油注氮滅火系統(tǒng)占地面積 大 較小 小滅火階段 初期、后期 初期、后

19、期 初期控火時間 24min 10min 10min運行管理 維護工作量大，需定期試驗 維護工作量較小，需定期更換泡沫 維護工作量最小 綜合造價 76萬元 25萬元 15萬元優(yōu) 點 技術(shù)成熟，安全可靠，誤報后果小 高效、經(jīng)濟、安全、環(huán)保，誤報后果小 小型緊湊，造價低，土建、安裝及運行管理工作量小，費用低缺 點 配套設(shè)施多，占地面積大，投資高 需定期更換泡沫，運行管理費用較高只能撲救初期火災(zāi)，誤報后影響正常運行注： 三種滅火系統(tǒng)均不包括火災(zāi)報警及控制系統(tǒng)費用。從表中可以看出，三種滅火系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)成熟，安全可靠，而排油注氮滅火系統(tǒng)和“SP”合成型泡沫噴淋滅火系統(tǒng)在經(jīng)濟上則比水

20、噴霧滅火系統(tǒng)有較大的優(yōu)勢。大型室外變壓器主要分布在電廠和變電所，由于電廠內(nèi)消防對象較多，為滿足全廠消防需要，不論變壓器是否采用水噴霧滅火系統(tǒng)，均需設(shè)置消防給水系統(tǒng)，因此雖然變壓器采用了排油注氮滅火系統(tǒng)，減少了安裝和維護工作量，但消防系統(tǒng)的造價并未顯著下降，有的反而增加。故電廠的大型主變、廠變、啟備變一般宜采用水噴霧滅火系統(tǒng)，當采用其它固定式滅火系統(tǒng)時應(yīng)進行技術(shù)經(jīng)濟比較。而變電所與電廠不同，其主變采用水噴霧消防時需專門設(shè)置高壓消防給水系統(tǒng)，而當主變采用排油注氮滅火系統(tǒng)或“SP”合成型泡沫噴淋滅火系統(tǒng)時，所區(qū)一般均不再設(shè)置高壓消防給水系統(tǒng)，平均每臺變壓器可節(jié)省消防投資5060萬元以上，其經(jīng)濟效益非

21、常顯著。從節(jié)省投資和減少維護工作量出發(fā)，在變電所主變消防設(shè)計上應(yīng)積極考慮采用排油注氮滅火系統(tǒng)或“SP”合成型泡沫噴淋滅火系統(tǒng)。4.2 室內(nèi)變壓器滅火系統(tǒng)的比較與選擇如前所述，室內(nèi)變壓器目前采用的固定式滅火系統(tǒng)仍以氣體為主，多數(shù)為高壓二氧化碳氣體滅火系統(tǒng)。氣體滅火系統(tǒng)造價昂貴、系統(tǒng)復(fù)雜，對設(shè)計、安裝和維護要求較高。而氣溶膠滅火系統(tǒng)在造價、安裝、維護、管理等方面優(yōu)于氣體滅火系統(tǒng)。現(xiàn)將幾種常用氣體滅火系統(tǒng)與氣溶膠滅火系統(tǒng)應(yīng)用于變壓器滅火時的性能參數(shù)列表對比如下：表2 幾種氣體滅火系統(tǒng)與氣溶膠滅火系統(tǒng)性能參數(shù)對照表 名稱 性能1301(哈龍)CO2(二氧化碳)FM200(七氟丙烷) IG541(惰性氣

22、體) 氣溶膠 對臭氧層的破壞(ODP值) 16 0 0 0 0溫室效應(yīng) (GWP值) 58 1 20.5 0 0.05 毒性 NOAEL(%V/V) 5滅火濃度1/5人感呼吸困難 9 43 滅火濃度的1倍無不良反應(yīng) LOAEL(%V/V) 7.5滅火濃度的1/2人窒息 10.5 52滅火濃度的3倍無不良反應(yīng)大氣中存活壽命(年) 65 0 31 0 0 滅火方式化學 物理化學、物理 物理 物理、化學 設(shè)計濃度 5%V/V 58%V/V 8.3%V/V 37.5%V/V 70(g/m3)貯存壓力(MPa) 2.54.2高壓15低壓2.1 2.54.2 1520 常壓 適用范圍有人區(qū)域 無人區(qū)域 有人區(qū)域有人區(qū)域 無人區(qū)域 系統(tǒng)構(gòu)成 有壓力容器、閥門、管網(wǎng)無壓力容器、閥門、管網(wǎng)等 安裝維護安裝維護工作量大，貯存條件要求高，要求無泄漏 安裝維護工作量小，無泄漏系統(tǒng)造價系數(shù)(500m3以上) 1 2.3 2.2 3.5 0.8由上表可知，氣溶膠滅火裝置滅火效能高，系統(tǒng)簡單，價格低廉，無毒無害，對臭氧層無耗損，很少殘留物，是