变压器水喷雾消防系统设计的考虑

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变压器水喷雾消防系统设计的考虑

    摘　要:详细分析变压器水喷雾消防系统的设计,实例介绍,可供参考。
    关键词:变压器;消防设计;水喷雾系统

    1 　变压器的结构及其火灾隐患
    变压器就其产品的种类和用途来分有电力变压器(有载调压变压器) 、试验变压器、电炉变压器、整流变压器和调压器等;有油浸变压器和干式变压器;有三相变压器和单相变压器, 如500 kV 变电所所用的500 kV 单相变压器。在电厂和变电所中较常见的是油浸电力变压器。油浸变压器基本上都由以下几部分组成: ①变压器主体, 即变压器器身, 由浸于变压器绝缘油油箱中的铁心和绕组线圈构成; ②变压器绝缘油及其管路系统; ③储油柜,又称膨胀油箱或油枕,位于变压器器身上方; ④冷却器(或散热器) , 变压器冷却器有风冷却器、水冷却器、片式散热器等,通过冷却器联管与主油箱相连,用于冷却并降低油箱内的绝缘油油温。冷却器可与器身紧接在一起,也可单独另外布置; ⑤高压套管, 位于器身之上, 端部带电, 温度较高; ⑥低压套管; ⑦高压中点套管, 又称中性点; ⑧调压开关; ⑨放油阀, 位于器身油箱底部; ⑩主控制箱; (11)压力释放阀,安全气道,净油器等。
    对于电压等级较高的变压器,除高低压套管外,还可能有中压套管。油浸变压器内部储有大量绝缘油,其闪点在130～140 ℃之间,但属可燃油。一旦变压器线圈短路,即可引发严重的火灾。如变压套管爆炸喷油燃烧。
    2 　变压器消防设计的必要性
    在发电厂和变电所中,各种大中小型油浸变压器使用特别多,而且这些变压器的安全问题直接影响到电厂变电所的正常运行, 特别是电厂的主变、高压厂用变、启动备用变等更是发电厂的核心设备, 一旦发生火灾,不仅影响电厂机组运行, 而且还威胁到周围建筑设备和人员的安全。1971 年至1991 年的20 年中全国火电厂共发生的86 次火灾中,变压器火灾约占了10 %左右。变压器火灾既是油类火灾, 也是电气火灾,一旦发生险情,一般极易形成爆炸,如短路火灾中,一旦短路发生, 变压器油箱内在极短的时间内(有的不到1 s) 便形成一个高温高压的空间,并随即爆炸起火。因此,必须对电厂及变电所重要的变压器设置相应的、适合的、可靠的、较为经济的消防灭火系统。
    用于保护各类变压器的灭火系统有:化学粉剂、二氧化碳、1211 或1301 等气体系统、水喷雾灭火系统及排油注氮灭火系统。目前,国内外对变压器消防应用最为普遍的是水喷雾灭火系统,因为该系统功效优良,造价较低,除灭火外还有冷却功效。
    3 　变压器水喷雾灭火机理及水雾喷头的选择
　　水喷雾系统通常是指喷咀在额定工作压力下喷出的液滴平均粒径在1 mm 以下的雾化水灭火系统。对水滴直径大于1 mm 的通常称为开花水,多由各种喷水系统的反射喷咀所形成,通常认为不属于水喷雾范畴, 当平均水雾滴径为0.05～0.3 mm , 称为水狸,也称超细水雾,是目前新兴的一门灭火技术。其灭火效果非常好。中国尚无实用例子。
    由于变压器火灾是带电的油类火灾,既要考虑油类火灾的特点,又要带电安全距离, 水喷雾系统喷射的雾状水滴是不连续的间断水滴,所以具有良好的电绝缘性能,可用于变压器消防保护。一般说来, 当水以细小的水雾滴喷射到正在燃烧的变压器表面时会产生以下作用。
    (1) 表面冷却。相同体积的水以水雾滴形态喷出时比直射流形态喷出时的表面积要大几百倍,当水雾滴喷射到燃烧表面时因换热面积大而会吸收大量的热迅速汽化,使燃烧的油表面温度迅速降到油热分解所需要的温度以下,使热分解中断,燃烧即中断,水雾滴径越小,单位面积水形成的水雾的表面积越大,冷却效果越好,同时电绝缘性能越好, 因此变压器水喷雾头的选择应充分考虑到这一点。要求产生的水雾滴径要小,同时也应考虑到喷雾滴大小也是重要因素。通常国内水雾喷头雾化液滴在额定工作压力下的平均粒径一般在1 mm 以下,大多在0.5 mm 左右。对用于变压器火灾的水雾滴宜在0.4～0.8 mm 之间,宜采用高速离心雾化型水雾喷头。同时, 表面冷却的效果还取决于灭火用水的温度与可燃物闪点的温度差,闪点愈高,与喷雾用水两者之间温差愈大,冷却效果亦愈好。变压器绝缘油的闪点在130～140 ℃之间,因此变压器水喷雾消防的冷却效果是很好的。
    (2) 窒息。水雾滴受热后形成原体积1 680 倍的水蒸汽,可使燃烧物质周围空气中氧含量降低, 燃烧将会因缺氧而受抑或中断。实现窒息灭火效果取决于能否在瞬间生成足够的水蒸气并完全覆盖在着火面。
    (3) 乳化。当水雾滴喷射到正在燃烧的变压器油表面时,由于水雾滴的冲击, 在液体表层造成搅拌作用,从而造成液体表层的乳化, 由于乳化层的不燃性使燃烧中断。变压器水喷雾系统对变压器的防护能起到灭火,抑制火灾,防止火灾蔓延,预防着火的作用。
    4 　变压器水喷雾消防设计前须要考虑的问题
    4.1 　采用的标准、规范、规定
    不同的工程采用不同的标准、规范、规定,中国国内工程一般采用国内标准、规范、规定, 如国家标准《建筑设计防火规范》( GBJ16 - 87) (2001 年版) 、《火力发电厂与变电所设计防火规范》( GB 50229 - 96) 、《水喷雾灭火系统设计规范》( GB 50219 - 95) ,电力行业标准《电力设备典型消防规程》( DL 5027 - 93) 、《火力发电厂设计技术规程》( DL5000 - 2000) 等, 也有的国内工程采用国外标准规范, 如华能珞璜电厂新建、扩建工程,山西河津电厂新建工程, 江西九江电厂新建工程等均要求采用美国NFPA 系列标准。国外工程中变压器消防一般采用美国NFPA 系列的较多。如西南电力设计院设计的伊朗ARAK 电厂工程中变压器消防就采用了美国NFPA 850 , NFPA15 等标准,设计的印度MALCO 电厂工程中变压器消防除采用上述标准外, 还需采用印度TAC 的有关标准、规范、规定等。同时还必须遵照该工程的合同要求及业主和业主顾问工程师的意见和要求。
    4.2 　需要多少套水喷雾系统