國網(wǎng)新疆超高壓分公司 閔凱龍 何文武 李 鑫 周 清 劉俊秀 姚高峰

超高壓變電站主變壓器屬于特別大型的充油設(shè)備，單相設(shè)備絕緣油重量可達上百噸。變壓器本體高度一般為5m，而高壓套管最高點能夠達到15m左右，高壓套管充油量在幾噸左右。目前，超高壓變電站主變壓器大型充油設(shè)備，一般采用泡沫噴淋系統(tǒng)或水噴霧滅火系統(tǒng)進行消防滅火[1]，但是存在以下幾點問題：一是高壓套管高度遠遠超過設(shè)備本體高度，處于滅火系統(tǒng)保護范圍之外，高壓套管是消防滅火的盲區(qū)。二是高壓套管發(fā)生火災(zāi)后如果沒有被及時撲滅，其火勢會波及變壓器本體引起本體絕緣油燃燒或爆炸。三是超高壓變電站一般修建在無人區(qū)，距離消防救援力量較遠，大型充油設(shè)備火災(zāi)后不能及時到場進行救援。四是超高壓輸變電設(shè)備作為超高壓電網(wǎng)中及其重要的設(shè)備，其火災(zāi)對于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行和可靠供電有重大影響[2-3]。

1 滅火系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要由氣體滅火裝置、冷卻水循環(huán)裝置、液壓缸動力裝置、事故排油裝置和控制裝置等部分組成。

氣體滅火裝置部件主要包括滅火介質(zhì)進氣管、滅火套筒、滅火介質(zhì)噴頭以及套筒連接體等。滅火介質(zhì)進氣管一端安裝在液壓缸動力裝置上，另一端安裝在滅火套筒上；滅火套筒連接體固定安裝在高壓套管底部，其底部設(shè)計有可以自動或者手動調(diào)節(jié)開口大小的油氣排泄口；滅火套筒可以像波紋管一樣折疊或者拉伸；在滅火套筒頂端安裝有多個滅火氣體噴頭，噴頭固定安裝在滅火套筒內(nèi)側(cè)。

冷卻水循環(huán)裝置主要包括冷卻水的進水管、水管、取水管等。冷卻水的進水管一端安裝在液壓缸動力裝置底部，其另一端安裝在滅火套筒上；取水管一端與消防水池連接，另一端與水泵房連接；水泵房通過水泵和制冷壓縮裝置使水循環(huán)和降溫；水管呈螺旋狀從上至下安裝在滅火套筒內(nèi)壁夾層，水流從滅火套筒頂部進入最后從底部出口流出。

液壓缸動力裝置主要包括液壓缸缸筒、活塞桿、拉筋和底座等。缸筒采用液壓式的缸筒，其活塞桿由第一活塞桿、第二活塞桿、第三活塞桿和第四活塞桿組成。

事故排油裝置主要包括排油層、排油口、排油管、排氣閥、油氣儲存?zhèn)}、儲油倉、內(nèi)排油口和外排油口等。排油層位于排氣層的下方，排油層上部開口，下部封閉，底部設(shè)計為高壓套管的排油口；排油管上端和排油口相連接，下端安裝在油氣儲存?zhèn)}內(nèi)；油氣儲存?zhèn)}上半部分是儲氣倉，用于容納滅火介質(zhì)；排氣閥安裝在儲氣倉頂端出氣口，可通過自動打開以便控制滅火介質(zhì)在預定的壓力范圍內(nèi)；油氣儲存?zhèn)}下半部分是儲油倉，其左側(cè)設(shè)計有儲油倉進油口，進油口的高度在油氣儲存?zhèn)}中部水平線以下；進氣管從儲油倉下部進入；進氣口位于儲油倉下部中間位置；內(nèi)排油口位于儲油倉下部；外排油口的高度與內(nèi)排油口高度一致，外排油口直接通過管路與事故油池相連接。

2 滅火系統(tǒng)工作原理

本滅火系統(tǒng)主要通過在滅火套筒內(nèi)持續(xù)噴射滅火介質(zhì)的方式，來使著火高壓套管火災(zāi)熄滅。在本滅火系統(tǒng)未動作的情況下，動力裝置的液壓缸各級活塞桿處于壓縮狀態(tài)，收存在缸筒內(nèi)。滅火套筒以折疊的狀況停留在高壓套管底部位置，滅火套筒上部有防雨、防塵部件，滅火系統(tǒng)未動作前，防雨防塵部件可保護滅火套筒免受雨水沙塵侵蝕，滅火系統(tǒng)動作后，防雨防塵部件可以瞬間打開。

當大型充油設(shè)備高壓套管因故障起火時，本滅火系統(tǒng)可以有效可靠動作，即本系統(tǒng)在設(shè)備未發(fā)生火災(zāi)時能夠可靠地保持不動作，在設(shè)備發(fā)生火災(zāi)時能夠可靠地立即動作，本系統(tǒng)啟動動作的邏輯條件需要同時滿足三條，分別是大型充油設(shè)備高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)三側(cè)斷路器跳閘，同時高壓套管上兩組非同樣原理（或兩組非同源）的火災(zāi)探測器動作。本系統(tǒng)動作條件滿足時會收到火災(zāi)自動控制裝置的控制信號，在消防規(guī)范規(guī)定的時限內(nèi)液壓缸各級活塞桿升起，滅火套筒隨液壓缸活塞桿同步升起。

本滅火系統(tǒng)主要針對大型充油設(shè)備高壓套管的滅火，假設(shè)當前高壓套管發(fā)生火災(zāi)，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗其火勢是從下往上的，在著火過程中可能伴隨套管破裂而發(fā)生大面積漏油的現(xiàn)象。此時滅火套筒從套管底部升起，滅火套筒上安裝的噴頭會同步開始噴射滅火介質(zhì)進行滅火，直到滅火套筒在高壓套管周圍形成相對密閉的滅火空間。在滅火套筒上升到形成有效滅火空間的過程，相當于直接給發(fā)生燃燒的高壓套管從底部到頂部噴射形成一個由滅火介質(zhì)包裹的、全方位無遺漏的立體沉浸式滅火空間，在此過程中發(fā)生燃燒的高壓套管周圍助燃物會被滅火介質(zhì)排開，燃燒中的高壓套管表面明火會因瞬間失去助燃物而熄滅，此過程可以撲滅95%以上的火焰。

進一步的滅火套筒向上伸展到位后，氣體噴頭將持續(xù)不間斷噴射滅火介質(zhì)，在較短時間內(nèi)即會使事故高壓套管內(nèi)部殘存暗火、火星等完全熄滅。滅火介質(zhì)的溫度可以調(diào)節(jié)到一個較低的溫度，在某種程度上起到降低火災(zāi)范圍內(nèi)可燃物溫度，輔助促進燃燒物火焰熄滅的作用。

本滅火系統(tǒng)滅火套筒底部設(shè)計有可自動控制或手動控制調(diào)節(jié)大小的開口，開口的作用是為高壓套管火災(zāi)撲滅過程中沿燃燒高壓套管從上而下噴射的滅火介質(zhì)預留的泄壓出口，一方面可以使滅火空間內(nèi)從上至下源源不斷補充的新的滅火介質(zhì)有泄壓口；高壓套管周圍包裹的滅火介質(zhì)具有較好的防止火災(zāi)復燃的效果，通過此特殊設(shè)計的泄壓口可以使其效果更好；另一方面，此泄壓口可以有效分流廢棄的滅火介質(zhì)和事故油，事故油進一步流入油氣儲存?zhèn)}進行滅火和排放。

進入泄壓口的油氣混合物一般不會再燃燒，即使遇到最糟糕的情況即進入排氣層的事故油還在燃燒，燃燒的事故油可直接從排氣孔噴射燃燒，此時通過安裝在滅火套筒底部外側(cè)的火災(zāi)探頭啟動相應(yīng)的滅火系統(tǒng)進行滅火。若高壓套管因著火產(chǎn)生絕緣油泄漏問題，絕緣油可以依次通過排泄口和排氣層，氣體混合物再次通過泄壓口直接排放到環(huán)境中，事故油則通過排油層的匯集由排油口流進排油管，然后再流進油氣儲存?zhèn)}進入中間處理環(huán)節(jié)。油氣儲存?zhèn)}內(nèi)滅火介質(zhì)會對其進行第二次滅火，直至火焰熄滅；絕緣油經(jīng)過兩次滅火后，再由儲油倉內(nèi)排油口和外排油口組成的連通結(jié)構(gòu)排放到事故油池。

本滅火系統(tǒng)可以協(xié)同使用現(xiàn)有變電站大型充油設(shè)備水噴霧滅火系統(tǒng)的水資源，其利用方式是在滅火套筒內(nèi)部設(shè)計內(nèi)置于滅火套筒夾層的水管，冷卻水在此過程中可帶走高壓套管火災(zāi)產(chǎn)生的熱量，間接參與滅火，既延長了滅火套筒的使用壽命，又有效促進了火災(zāi)的撲救。冷卻水循環(huán)系統(tǒng)可選擇性安裝壓縮機幫助冷卻水降溫，以便擁有更好的滅火效果，如圖1、圖2所示。

圖1 滅火套筒滅火效果圖

圖2 滅火系統(tǒng)各裝置效果圖

3 滅火系統(tǒng)的功能和價值

本系統(tǒng)最主要的成果和價值就是能夠在最短時間內(nèi)撲滅當前大型充油設(shè)備滅火盲區(qū)內(nèi)的初期火災(zāi)，能夠有效阻止火災(zāi)的進一步發(fā)展和范圍的擴大，直接從根源上解決偏遠地區(qū)高壓套管火災(zāi)不易及時撲救的問題。

3.1 創(chuàng)新性

一是獨創(chuàng)性的滅火隔離措施。本系統(tǒng)創(chuàng)造性地設(shè)計出特殊材質(zhì)可折疊的滅火套筒，使在高壓套管外形成相對密閉的空間進行滅火，且密閉空間內(nèi)滅火介質(zhì)從上至下持續(xù)貫穿補充，巧妙地利用火災(zāi)發(fā)展特點和滅火介質(zhì)滅火效果來設(shè)計滅火裝備，在消除高壓套管滅火盲區(qū)的同時也達到了事半功倍的效果。

二是快速可靠的執(zhí)行機構(gòu)。本系統(tǒng)在主變壓器相關(guān)部件滅火中創(chuàng)造性地使用液壓缸作為滅火系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)牢固可靠，響應(yīng)速度快，減少了滅火設(shè)備組裝、搬運的過程，精準有效地將套管火災(zāi)消滅在其發(fā)展壯大之前，且日常維保簡單方便，安裝后也不影響設(shè)備的安全正常運行，在同領(lǐng)域未見相同技術(shù)。

三是安全的防火災(zāi)蔓延裝置。本成果創(chuàng)造性地設(shè)計了套管破裂后事故油收集、滅火及排放的裝置，最大可能性地減小了燃燒事故油四處流淌引起的火災(zāi)事故蔓延擴大。

四是有效的滅火補充措施。本成果創(chuàng)造性地利用循環(huán)水從上至下給滅火套筒進行降溫，帶走部分火災(zāi)熱量的同時更有效地延長了裝置的使用壽命。

3.2 安全性

本成果源于現(xiàn)場運行人員實際工作經(jīng)驗，以及對系統(tǒng)內(nèi)歷次充油設(shè)備火災(zāi)事故進行的學習和思考，結(jié)合電力工作現(xiàn)場實際進行的實踐，充分考慮主變壓器安全運行及套管滅火盲區(qū)、滅火及時性等問題，其安全性滿足現(xiàn)場安全運行要求。其次本系統(tǒng)可以縮短變電設(shè)備火災(zāi)處理時間，一定程度提高了火災(zāi)事故處理效率，直接或間接促進了電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，積極促進了超高壓骨干電網(wǎng)安全運行。

3.3 實用性

一是本系統(tǒng)是現(xiàn)階段消除高壓套管滅火盲區(qū)比較切實可行的方法；二是其能夠在最短時間內(nèi)撲滅高壓套管的初期火災(zāi)，防止火災(zāi)引起更嚴重的后果；三是能夠有效解決消防救援力量距離遠的問題，是現(xiàn)場一種實用的火災(zāi)自救方法；四是本系統(tǒng)能夠共用一些現(xiàn)有消防設(shè)施，例如消防控制系統(tǒng)、消防水池等，其自身成本造價低，生產(chǎn)安裝、使用維護簡單，方便現(xiàn)場使用。

3.4 可推廣性

本系統(tǒng)可推廣應(yīng)用于全國超、特高壓變電站、換流站以及部分供電公司、發(fā)電企業(yè)的大型充油套管，制造成本低廉，備品備件有較大通用性，方便現(xiàn)場調(diào)試、應(yīng)用和后期維護，可減少人身傷亡事件和設(shè)備火災(zāi)影響程度，推廣應(yīng)用后有利于行業(yè)內(nèi)充油套管火災(zāi)救援能力的提升，有良好的社會效益和發(fā)展前景。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)利用簡單可靠的結(jié)構(gòu)和裝置，能夠在高壓套管起火的初期階段將火撲滅，火災(zāi)過后只須對高壓套管進行拆除和更換，最大限度減少了對設(shè)備本體的影響，有效降低了因為連鎖反應(yīng)而燒毀整臺變壓器或相鄰電氣設(shè)備的風險隱患，直接從源頭上減少了意外火災(zāi)帶來的經(jīng)濟損失。另外，盡早、及時撲滅火災(zāi)，能夠防止大型充油設(shè)備著火后爆炸帶來的危害，保障了國家一線生產(chǎn)人員、國家財產(chǎn)安全。