陳寶輝，劉毓，周天念，李波

(1.國網(wǎng)湖南省電力有限公司防災(zāi)減災(zāi)中心電網(wǎng)輸變電設(shè)備防災(zāi)減災(zāi)國家重點實驗室，湖南 長沙 410129；2.湖南防災(zāi)科技有限公司，湖南 長沙 410129)

0 引言

油浸式變壓器內(nèi)部含有大量可燃烴類變壓器油，發(fā)生內(nèi)外部故障后極易起火甚至爆炸，燒毀變壓器及相鄰建筑物，引起大面積停電，造成人員傷亡，產(chǎn)生惡劣的社會影響[1-9]。近年來，隨著電網(wǎng)建設(shè)的高速發(fā)展，我國變壓器火災(zāi)頻發(fā)，已成為嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全運行的重大災(zāi)害。

泡沫噴霧系統(tǒng)是一種應(yīng)用廣泛的固定式變壓器滅火裝置[10-12]。傳統(tǒng)的泡沫噴霧滅火系統(tǒng)采用預(yù)混式設(shè)計，利用氮氣鋼瓶為動力源，驅(qū)動預(yù)混的泡沫滅火水劑滅火，依據(jù)的設(shè)計規(guī)范為GB 50151—2021《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，針對變壓器的保護強度為8 L/(min·m2)[13]。

該系統(tǒng)在長期的工程應(yīng)用中暴露了若干問題，給電網(wǎng)等用戶單位帶來了較大的困擾[14]:1)該系統(tǒng)噴頭圍繞在變壓器四周，離變壓器本體近，如圖1所示，起火時部分管道和噴頭易因局部爆炸或高溫?fù)p壞，降低了泡沫噴霧滅火系統(tǒng)的滅火性能，抗爆能力較差；2)預(yù)混式泡沫噴霧滅火系統(tǒng)采用氣體驅(qū)動，如圖2所示，動力氣瓶開啟后難以停止，日常調(diào)試不易，而變電站要求設(shè)備按周或按月定期調(diào)試，難以滿足運維要求；3)預(yù)混式泡沫噴霧滅火裝置將泡沫滅火劑與水預(yù)混，放置在儲存罐中，但低濃度滅火劑易變質(zhì)，使用壽命僅4年；4)由于泡沫噴霧系統(tǒng)滅火流量較小，采用傳統(tǒng)的安裝方式噴頭數(shù)量較多，單個滅火噴頭的孔徑較小，在西北等風(fēng)沙地區(qū)易堵塞噴頭，影響滅火性能。

圖1 傳統(tǒng)泡沫噴霧滅火系統(tǒng)管網(wǎng)

圖2 預(yù)混式泡沫噴霧滅火系統(tǒng)

針對傳統(tǒng)預(yù)混式泡沫噴霧滅火裝置存在的問題，本文設(shè)計一套抗爆型變壓器泡沫噴霧滅火系統(tǒng)，并搭建試驗平臺，評價其滅火性能，為變壓器火災(zāi)的安全可靠防治提供指導(dǎo)和建議。

1 抗爆型變壓器泡沫噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計

抗爆型變壓器泡沫噴霧滅火系統(tǒng)主要包括水箱、泵組、控制柜、滅火劑混合裝置、分區(qū)控制閥、抗爆噴頭等。該系統(tǒng)在接到火災(zāi)信號后，自動現(xiàn)混泡沫滅火劑，滅火劑混合比為3%或6%；系統(tǒng)供液時間不低于30 min；變壓器保護強度依照GB 50151—2021《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，滅火系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 現(xiàn)混泡沫噴霧滅火系統(tǒng)

典型設(shè)計中，該系統(tǒng)采用8個抗爆噴頭，布置在變壓器四周，其中噴頭設(shè)計安裝在防火墻上。噴頭離帶電部位的最小安全凈距同時滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5352《高壓配電裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定[15]。這些噴頭由于緊貼防火墻，不易因變壓器起火時局部爆炸損壞，因此抗爆能力強。布置方式有兩種，分別如圖4和圖5所示。圖4是在變電站建設(shè)時就將滅火管道布置在防火墻的背面，再將噴頭穿過防火墻安裝。該方案只有滅火噴頭在防火墻內(nèi)，變壓器發(fā)生局部爆炸時很難損壞管網(wǎng)，抗爆能力強。圖5為變電站建設(shè)完成后，滅火管道布置在防火墻的背面，再將一小段消防管和噴頭掛在防火墻上并固定安裝。該方案暴露在變壓器爆炸區(qū)域的管道少，因此抗爆性能好。

圖4 嵌入墻體的抗爆型泡沫噴霧滅火系統(tǒng)管網(wǎng)

圖5 掛在墻體上的抗爆型泡沫噴霧滅火系統(tǒng)管網(wǎng)

2 滅火試驗

2.1 試驗平臺

以110 kV真型變壓器為模型，搭建模擬滅火試驗平臺。變壓器器身長5.2 m、寬2.5 m、高2 m，油枕面積為4.3 m2。采用圖3設(shè)計的現(xiàn)混式泡沫噴霧滅火系統(tǒng)進行滅火，系統(tǒng)最不利點壓力為0.35 MPa。根據(jù)GB 50151—2021《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，當(dāng)保護變壓器時，保護面積按變壓器油箱本體水平投影且四周外延1 m計算確定，泡沫混合液供給強度大于8 L/(min·m2)。依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，試驗?zāi)Ｐ蜏缁鹆髁啃璐笥?59 L/min。

2.2 兩種試驗方法的對比滅火試驗

2.2.1傳統(tǒng)噴頭布置方法

傳統(tǒng)方法布置的泡沫噴霧滅火管網(wǎng)共采用14個噴頭保護，噴頭的布置方式如下:變壓器前后各采用4個噴頭，兩側(cè)各采用2個噴頭，變壓器油枕采用2個噴頭。噴頭型號為ZSTWB 23/90，系統(tǒng)在滅火工況下的總流量為602 L/min。噴頭布置后開展噴霧包絡(luò)試驗，保證變壓器器身、油枕及集油坑全部被泡沫噴霧覆蓋。

2.2.2抗爆型管網(wǎng)布置方法

抗爆型泡沫噴霧滅火管網(wǎng)總計采用8個噴頭，噴頭采用圖5的布置方法:防火墻的每個角落均布置兩個噴頭。噴頭型號為ZSTWB 45/90，系統(tǒng)在滅火工況下的總流量為598 L/min，和以上采用傳統(tǒng)方法布置的試驗系統(tǒng)流量(602 L/min)基本相同，可保證試驗結(jié)果的可比性。通過調(diào)節(jié)噴頭的角度，保證變壓器器身、油枕及集油坑全部被泡沫噴霧覆蓋。

試驗共采用9個油盤火模型，其中變壓器頂部兩個，尺寸分別為4.2 m×2.5 m×4 cm和0.9 m×2.5 m×4 cm，模擬高壓套管等破裂后流淌到變壓器頂部的油火；變壓器前方設(shè)置4個油盤，尺寸分別為φ1 000×2 000 mm、φ700×200 mm、0.5 m×1.8 m×20 cm、1 m×1 m×20 cm，模擬變壓器油流淌到不同部位的油火；變壓器后方設(shè)置2個長方形油盤，尺寸均為2 500 mm×600 mm×200 mm，模擬集油坑的油火；變壓器側(cè)面設(shè)置1個圓形油盤，尺寸為φ1 700×200 mm，模擬變壓器器身側(cè)面破壞后流淌的油火。油盤的俯視圖如圖6所示。

圖6 變壓器油盤布置俯視圖

2.3 試驗步驟

首先在各油盤中加入變壓器油，其中頂部2個油池的加油量為260 L，變壓器前方4個油池的加油量為100 L，變壓器后方兩個油池的加油量為120 L，變壓器側(cè)面油池的加油量為60 L，以上共計540 L。然后在各油盤中澆入少量的汽油，手動引燃汽油，等所有油盤中油火都蔓延開后開始計時，燃燒180 s后，開啟系統(tǒng)滅火，記錄試驗結(jié)果。

試驗所用的泡沫滅火劑是電網(wǎng)輸變電設(shè)備防災(zāi)減災(zāi)國家重點實驗室開發(fā)的絕緣型3%AAAF水成膜泡沫滅火劑，該滅火劑具有滅變壓器油火效率高、絕緣性能好的優(yōu)點。對比滅火試驗在同一天開展，環(huán)境條件基本相同，試驗時環(huán)境溫度為15～20℃，環(huán)境濕度為50%～60%。

3 結(jié)果與分析

3.1 試驗結(jié)果

采用傳統(tǒng)噴頭布置方法布置的泡沫噴霧滅火時，在15 s內(nèi)泡沫噴霧撲滅了變壓器上部、后方、側(cè)面范圍內(nèi)的油火，但前方的余火直至38 s時才完全撲滅。

采用抗爆型管網(wǎng)布置方法布置的泡沫噴霧滅火時，僅用11 s泡沫噴霧就完全撲滅了變壓器所有位置的油火。

3.2 結(jié)果分析

從滅火試驗可以看出，采用傳統(tǒng)設(shè)計的泡沫噴霧滅火管網(wǎng)和抗爆設(shè)計的泡沫噴霧滅火管網(wǎng)都能有效滅火，但采用抗爆型泡沫噴霧滅火管網(wǎng)的滅火系統(tǒng)完全滅火時間更短，原因在于:1)采用抗爆設(shè)計的滅火噴頭布置位置高，且都是斜向下噴射，噴霧霧滴的動量大，更容易剝離變壓器油火滅火，且較大的霧滴動量可對燃油起到更好的攪動作用，有利于滅火；2)變壓器極不規(guī)則，采用傳統(tǒng)布置方式，噴頭橫向噴射，雖然也能覆蓋變壓器，但是由于變壓器自身不規(guī)則部位的阻擋，局部保護強度較小，降低了整體滅火能力。

4 結(jié)語

針對傳統(tǒng)變壓器預(yù)混式泡沫噴霧滅火系統(tǒng)存在的管網(wǎng)抗爆能力較差、不易調(diào)試、滅火劑使用壽命短、孔小易堵塞噴頭的四大問題，改進設(shè)計了一套采用大孔徑遠距離噴射噴頭的抗爆型變壓器泡沫噴霧滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)滅火高效、經(jīng)濟實用、運維簡單，為變壓器火災(zāi)的可靠防治提供指導(dǎo)，為變壓器消防改造與建設(shè)提供參考。

該系統(tǒng)具體優(yōu)勢如下:

1)將管網(wǎng)嵌入墻體或搭建在防火墻上，并采用長射程噴頭，通過遠距離滅火將暴露在變壓器爆炸區(qū)域的管網(wǎng)降到最少，極大提升了泡沫噴霧滅火系統(tǒng)的抗爆能力；對于暴露在變壓器周圍的少量管網(wǎng)，還可以通過擋板等抗爆增強手段進一步提升抗爆性能；有效解決了傳統(tǒng)泡沫噴霧滅火系統(tǒng)抗爆能力差的問題。

2)該系統(tǒng)采用現(xiàn)混方式混合泡沫滅火劑，火災(zāi)發(fā)生后自動混合滅火劑，應(yīng)用簡單，系統(tǒng)可隨時開啟和關(guān)閉，可隨時添加和更換滅火劑，因此可方便地開展變電站日常運維和調(diào)試，避免了傳統(tǒng)預(yù)混式泡沫噴霧滅火系統(tǒng)不易調(diào)試和日常維護的問題。

3)由于系統(tǒng)現(xiàn)混滅火劑，平時滅火劑以原液而非預(yù)混液的方式保存，滅火劑的使用壽命更長，有利于降低變電站的綜合運維成本。

4)系統(tǒng)采用長射程大流量噴頭，噴頭孔徑更大，不容易堵塞，更適合在北方風(fēng)沙較大的地區(qū)應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)預(yù)混式泡沫噴霧滅火系統(tǒng)噴頭易堵塞的問題。

同時，建議抗爆型泡沫噴霧滅火系統(tǒng)采用絕緣型滅火劑，可以避免系統(tǒng)滅火或誤噴時，滅火劑噴射到變電器帶電部位，導(dǎo)致變壓器高壓套管絕緣破壞或閃絡(luò)；對于設(shè)有降噪板的特高壓變壓器，通過增加噴頭，保證變壓器的全覆蓋。