变压器水喷雾灭火系统设计
陈琳，唐忠达
(南瑞电力设计有限公司，江苏 南京 211000)
0 引言
电力变压器作为变电站中最主要的电气设备，应用最为广泛的是油浸式变压器。变压器油作为绝缘介质，燃点低，一旦存在变压器过热、电弧闪烙、短路等情况，极易引起变压器火灾事故的发生，造成直接的财产损失甚至人员伤亡，中心变电站中的变压器发生火灾时还会引起大面积的停电事故，危害极大。
根据GB50229—2019《火力发电厂与变电站设计防火标准》要求，125MVA及以上的变压器灭火措施除了消火栓、移动灭火装置、消防沙池及消防铲以外，还应设置固定灭火系统。应用于变电站电力变压器消防的固定灭火系统主要有水喷雾灭火系统、排油注氮系统等。经变压器灭火试验及应用实践证明，水喷雾灭火系统是首选的扑救变压器火灾的措施。
1 水喷雾灭火系统
水喷雾灭火系统是利用水雾喷头在一定水压下将水流分解成细小水雾滴以进行灭火的，其灭火机理主要是吸热冷却、窒息、乳化。水流所分解形成的细小水雾滴与燃烧物接触时，通过物理作用和化学反应，从燃烧物中吸收大量的热。水雾滴吸热后汽化成为水蒸气，从而排挤空气，降低燃烧部位的氧气含量，阻止燃烧物的进一步燃烧。同时，因水雾滴的冲击作用，燃烧液体表层受到搅拌，造成了液体表层的乳化，中断了燃烧。
水喷雾灭火系统由水雾喷头、雨淋阀组、过滤器及供水管道、供水水源等组成，如图1所示。灭火系统以火灾报警系统作为火灾探测系统，当有火情发生时，探测器将火警信号传至火灾报警控制器，控制器联动或变电站运维人员手动控制发出命令，接通雨淋阀组，通过管道及水雾喷头将水雾滴喷射到燃烧物上，快速扑灭火灾。
2 水喷雾系统控制方式
应用于变电站的水喷雾灭火系统一般具备4种控制方式：自动控制、手动控制、远方遥控和应急操作。
1)自动控制
系统位于自动控制模式，发生火灾时，火灾报警控制器接收到保护区内一路探测器报警后，联动开启消防警铃；接收到两路探测器报警后，联动开启声光报警器，输出确认火灾信号，联动开启灭火系统。
2)手动控制
系统位于手动控制模式，变电站现场运维人员在确认火灾后，按下火灾报警控制器对应保护区的手动启动按钮，打开相应区域的灭火装置，喷放水喷雾灭火。
3)远方遥控
系统位于手动控制模式，变电站远方监控中心图1 水喷雾灭火系统原理图
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人员遥视发现火灾，可通过操作变电站智能辅助系统中的消防子系统相应保护区启动按钮，远方直接启动灭火装置。
4)应急操作
发生火警时，若灭火系统的自动、手动、远程启动方式失效，变电站运维人员可手动操作相应保护区域灭火系统的机械应急开关，启动灭火装置。
3 水喷雾灭火系统的误动、拒动原因
由于应用环境的特殊性，要求变压器水喷雾灭火系统应具备高可靠性、高安全性，以确保变电站的安全、稳定运行。灭火系统若误动作对运行中的变压器喷射，将引起事故跳闸等问题的发生。而在初期火灾发生时，若变压器灭火系统拒动，未能第一时间启动灭火系统扑救火灾，将导致火情迅速升级、事故扩大的后果。
造成水喷雾灭火系统误动、拒动原因主要有：
(1)火警探测器选型不当
探测器是火灾报警系统的检测元件，其工作的可靠性、灵敏度直接影响着火警系统运行的正常与否。不同类型的探测器有着不同的使用环境，类型选择错误会带来误发或未发报警信号的问题，造成灭火系统的误动或拒动。
(2)电磁干扰
变电站高压回路的开合操作、短路故障、雷击等，均会在变电站内产生电磁干扰。灭火系统控制回路若存在干扰信号，极易引起系统的误动。
(3)灭火系统控制回路设计不当
在自动控制模式下，若灭火系统控制回路设计不当，未设置完整、可靠的闭锁条件，如发生误报警，可直接启动系统，引起跳闸事故的发生。
(4)人员的误触碰
在手动控制模式下，同前述，如灭火系统启动条件不完整，发生误报警时，变电站现场运维人员或远方监控中心人员误触碰启动按钮均可启动系统，影响变压器的正常运行。
4 变压器水喷雾灭火系统的设计
针对灭火系统误动、拒动的原因，可从探测器的选型、抗干扰设计、控制回路设计等方面着手，以提高灭火系统的可靠性，确保变电站的运行安全。
4.1 火灾探测器的选型
火灾探测器的类型主要有：点型感烟火灾探测器、点型感温火灾探测器、火焰探测器、线型感烟探测器、缆式线型感温探测器等。变压器火灾的主要特征是变压器外表面温度会快速升高，火灾发展迅速，会产生大量的热及火焰。按此特性，结合安装特点，变压器早期火灾探测宜以感温型火灾探测器为主，GB50229—2019《火力发电厂与变电站设计防火标准》推荐电力变压器的火灾探测器为缆式线型感温探测器＋火焰探测器或缆式线型感温探测器＋缆式线型感温探测器。
4.2 防电磁干扰
灭火系统可采取下列措施抑制电磁干扰：
(1)信号回路、控制回路的线缆选用带金属屏蔽型的线缆。
(2)变电站一般会设计沿沟道敷设的铜排网作为二次系统的抗干扰措施，灭火系统的线缆宜沿有铜排网的沟道敷设，且应注意加大与高压配电装置之间的距离，减少两者间的平行长度。
(3)做好线缆及保护管的接地工作，且接地线尽量短。
4.3 控制回路设计
水喷雾灭火系统自动启动、远程启动或手动启动的条件是系统在获取两路的报警信号，火灾得到确认后。变压器正常运行时，若火灾探测器误发火警信号，灭火系统自动启动或经人员操作按钮启动，对正常带电运行的变压器喷射水雾滴，将带来跳闸事故的严重后果。
为防止误报警误动，针对工程特点，可以变压器各侧断路器跳闸信号作为灭火系统启动的闭锁条件，即灭火系统的启动需同时满足以下两个条件：
(1)两路的火警探测器均发出火警信号。
(2)变压器各侧断路器已跳闸，即变压器已退出运行。
将变压器各侧断路器跳闸信号即各侧断路器辅助接点串入灭火系统电磁阀启动回路出口，变压器停电退出运行，方可开放灭火系统自动控制及手动控制回路，有效地防止灭火系统的误动，完善系统的可靠性。改善后的灭火系统原理图如图2所示。
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4.4 其它设计措施
根据GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》要求，灭火系统平时应位于自动启动状态。在前述灭火系统控制回路加入变压器各侧断路器辅助接点的前提下，当变压器处于正常检修状态时，各侧断路器均已跳闸，如发生误报警仍会造成灭火系统的误动。针对此问题，如变压器检修时，其相
应区域的灭火系统控制方式可由自动控制调整为手动控制，并于手动启动按钮处做好防护及隔离措施，防止人员误触碰。考虑变压器固定灭火系统的平时运行要求，同一变电站不同主变压器检修的不同步，
以及火灾报警装置的产品特点等因素，灭火系统的火灾报警控制器应与主变压器一一对应，即1台火灾报警控制器仅对应1台主变。
5 结语
1)水喷雾灭火系统是防火标准所推荐的扑救变压器火灾的措施，但是在变电站特殊的环境下，如设计不当，灭火系统误动或拒动，均会带来严重的后果。
2)选择合适的火灾探测器，采取防电磁干扰措施，将变压器各侧断路器跳闸信号串入水喷雾灭火系统电磁阀启动回路出口，另外针对不同的主变压器设置的火灾报警控制器，在采取了这些措施后可有效防止灭火系统的误动与拒动。
修稿日期：2020-02-13
图2 改善后的水喷雾灭火系统原理图
缆式线型
周期、安全稳定运行。
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收稿日期：2020-04-07
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