摘要：随着社会经济的不断发展，人们对消防的意识也越来越高，变压器是比较容易发生火灾的部位，因此，对变压器进行消防系统设计是非常必要的。本文就针对变压器水喷雾系统设计进行了分析和研究。
关键词：变压器；水喷雾系统；设计
在变电站、发电厂、工业厂区中，往往需要用到各种类型的变压器，这些变压器的运行质量将直接影响到整个厂区的安全性，一旦变压器发生火灾，不仅会导致厂区的正常运行受到威胁，同时也回危及到周边人员的生命安全，据统计，从1971年到1991年，全国所有的火电厂发生的火灾总次数为86次，其中，由变压器引起的火灾约占到10%，由此可见，做好变压器的防火措施势在必行。
一、水喷雾系统的灭火机理
近几年，国内外有关水喷雾灭火系统的研究越来越深入，取得的研究成果也比较显著，目前，水喷雾灭火系统已经在诸多电厂变压器消防设计中的到广泛应用。该系统的灭火机理比较简单，一般认为，它主要利用水喷雾在燃烧的物质表面所产生的乳化作用、表面冷却作用、稀释作用等，由于雾状水滴的表面积大、直径小，在遇到火之后会产生汽化现象，进而带走大量热量，起到降低燃烧物质表面温度的作用，最终使燃烧体逐渐冷却。在实际操作中，当雾状水滴喷射到火灾发生区域，遇到热量会产生汽化反应，进而形成比原来体积高出几千倍的水蒸气，使火灾区域的火焰被包围在水蒸气之内，此时，燃烧物周边空气中的氧气含量会大幅降低，最终导致燃烧现象由于缺乏氧气的支持而逐渐熄灭。对于一些不能与水相溶的可燃液体，当雾状水滴喷射到液体表面并与之混合之后，会形成一层不具可燃性的乳状液体层，进而导致燃烧过程中断。针对水溶性液体发生的火灾，因为水溶性液体能与喷射出的雾状水滴相互融合，导致其可燃性降低，进而使其燃烧速度逐渐降低，最终达到扑灭火灾的目的。
二、变压器水喷雾系统设计前的准备工作
（一）了解有关变压器消防设计的相关规范
我国出台的《火力发电厂与变电所设计防火规范》（GB0229-96）中规定：330 kV、500 kV 、220 kV的独立变电所，单台容量为125 MVA及以上的主变压器应设置水喷雾灭火系统，并应具备定期试喷的条件。此外，在《水喷雾灭火系统设计规范》中还提出了以下规定：第一，设计人员在进行水喷雾系统设计时要控制好水喷雾灭火系统的响应时间，通常来说，响应时间应在45 s以下；第二，水雾喷头必须安装在变压器的周边位置，不能设置在变压器的顶部位置；第三，保护变压器顶部的水雾不能直接喷向高压套管；第四，水喷雾灭火系统应采用手动控制、自动控制和应急操作三种控制方法；第五，水喷雾灭火系统的控制设备必须包括以下作用：能根据需要选择控制方式、清晰地展示保护对象的状态以及监控消防水泵的开合状态等。
（二）全面搜集有关所有保护的变压器的资料
在进行变压器水喷雾系统设计之前，必须全面搜集和整理有关所要保护的变压器的相关资料。具体来说，需要搜集的资料主要包括以下几个方面：第一，变压器底部的高度和距离，对于有油坑的变压器来说，还应掌握油坑的深度及其尺寸。第二，应对变压器下部的环境进行检查，了解变压器的安装方式。第三，应了解低压电缆和高压电缆的电路方向。第四，应检查变压器的相位。第五，应检查避雷装置的安装位置和高度。第五，应了解开关控制箱所在位置。第六，应掌握变压的外形尺寸，包括变压器的高度、宽度和长度等以及套管的位置及高度。
三、变压器水喷雾系统的设计
（一）工程概况
以北京地区的变电站为例，北京供电局在1995年前建成投运的220 kV、500 kV变电站有20座，大部分距离城镇较远，与市政自来水管网也相距较远，其生活和生产水源通常靠站内的专用自备机井提供。北京地区变电站目前采用的供水装置主要包括使用变频泵供水、水塔供水等。上述20座变电站中仅有13座变电站为主变压器安装了水喷雾灭火系统，所安装的系统主要包括地下蓄水池、输水管道、消防泵(一主一备)、环状地下消防主管网、手动或电动的水喷雾控制阀门、变压器水喷雾立管和水平支管及雾化喷头、水泵启动控制和保护装置等部分。消防用水主要通过自备机井将水储存在地下蓄水池中留做备用。这种系统由于在主变压器发射出事故报警信号时，需要通过值班人员准确地判断主变压器是否着火、并正确地操作相关按钮，极易出现误操作的情况。为满足《水喷雾灭火系统设计规范》中的相关要求，需要对该地变电站的水喷雾系统进行重新设计和改进。
（二）新系统的功能要求
在总结已有的水喷雾灭火系统设计经验的基础之上，对本工程中新系统的设计提出了整体的设想，要求该系统要具备以下功能和特点：第一，系统必须具备自动巡检功能，以便及时地发现运行中存在的问题，提醒专业人员进行处理，使系统维持良好的使用状态。第二，系统应能对变压器的温度提供实时监控功能，以便遇到发生火灾时，系统能及时而准确地报警。同时，还应具有对巡检状态和事故动作状态的记忆能力，供事故发生后的分析和总结使用。第三，地下主管网应事先注满水，以确保系统动作反应时间符合要求，并避免管道因供水中断而出现锈蚀问题。
（三）新系统的具体设计
根据上述功能要求并结合实际工程的进度安排，组织设计、制造和运行单位的技术人员设计新系统。新的水喷雾灭火系统主要包括下面几个部分：地下蓄水池、主备消防泵、地下消防主环网、地下消火栓及井、喷雾电动阀门及井、喷雾立管、水平支管和雾化喷头、主变压器测温及数据传输的相关装置；为管道日常补水的单流阀门及电动阀门；管道泄水用的电动阀门；当地及泵房内的启动盘；控制盘及电机保护盘等。控制系统主要通过工业可编程控制机来实现对全套系统的工作状态的监控。系统一旦发生任何异常信号或动作信号，都可第一时间在消防控制盘上通过光字牌显示。为确保水喷雾灭火系统以及变压器运行的安全性，要求消防泵、喷雾电动阀门启动时必须有严格的逻辑闭锁关系。
为了防止在变压器检修维护的过程中，因误碰测温电阻而导致误喷事故的出现，要求变压器在停运时，应利用人工停止装置对主变套管部位进行温度测量。一旦发现有变压器温度过高的现象，应利用控制系统自动打开消防泵，但并不立刻启动这台变压器的喷雾电动阀门，继续检测这台变压器三侧断路器的实际状况，只有当这台变压器的断路器都发生动作跳开之后，控制系统才会确认这台变压器起火，此时再自动开启这台变压器的喷雾电动阀门来实现灭火的目的。如果检测到某一台变压器的某处温度超过限制，又检测到另一台变压器的三侧断路器有动作，由于闭锁条件的约束，控制系统不会开启任何一台变压器的喷雾电动阀门进行喷雾，此时仅有消防泵在转动。为了给日常检修与维护提供方面，在这些电动阀门的部位都安装了相应的动蝶阀，最终的变压器水喷雾设计示意图如下：
结语：
总之，变压器水喷雾系统的设计对电厂的安全运行来说尤为重要，但是从目前的现状看，许多电厂在变压器水喷雾系统设计方面都还存在诸多问题，这也是导致电厂火灾事故频发的重要原因之一，要求相关人员必须引起高度重视，进一步提高变压器水喷雾系统设计的科学性。
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论文作者:刘大巍1,乌力吉白乙拉2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/24
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