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摘要：消防系统是换流站不可缺少的重要的组成部分，运行维护好消防系统能够及时检测到火灾和扑灭火灾，可以减少火灾所造成的巨大损失。本文主要阐述了换流站气体压力探测型水消防系统的基本组成、元件功能、动作原理及其故障分析。为换流站消防系统正常运行提供经验。
关键词：气体压力探测型水消防系统；元件功能；动作原理；故障分析
换流站作为国家电力系统重点单位，消防系统对保证电力设备的安全运行极为重要。一旦发生火灾，不仅会造成重大的经济损失，还会对电网的安全稳定运行造成极大的破坏，为此，本文介绍一种新型的气体压力探测型水消防系统。
1 换流站气体压力探测型水消防系统概述
换流站每台换流变、平抗、主变均配有一套完整的水喷淋系统，它由雨淋阀、火灾探测元件和控制装置组成。水消防系统配置了消防水泵、稳压泵及稳压控制设备、排污泵、自动巡检设备、变压器雨淋阀组等设备。在消防泵房内水喷雾装置由两台电动消防泵，一台稳压泵，一台柴油机消防泵及控制系统组成。正常情况下消防系统水压由消防稳压泵维持，2台消防泵及柴油机消防泵根据消防管网的压力逐级启动。消防水泵出水管设置有泄压阀，防止管网压力过高。气体压力管网探测基本原理：当设备着火，感温玻璃泡受热爆裂，与之相连的气体管网泄压，压力降低，对应雨淋阀间阀门被水冲开，水喷雾系统启动，同时发出消防报警信号，水管网压力降低，电动泵或柴油泵启动持续供水灭火。
2 气体压力探测型水消防系统原理
气体压力探测型水消防系统除了放置在消防泵房内的水喷雾装置外，还包括了雨淋阀、气水平衡装置、空压机、压力开关、气体管道、感温探头等设备。雨淋阀、气水平衡装置、空压机、压力开关均放置在换流变、平抗的雨淋阀间内，气体管道、感温探头与消防水管道则围绕在换流变、平抗周围。
2.1气水平衡装置功能原理说明
气水平衡装置是气体压力探测型水消防系统的核心元件之一，其内部结构如图1所示：
图1 气水平衡装置内部剖面及外观图
图1中气水平衡装置各个部分分别表示为：1．本体 2.横隔膜上挡板 3.横隔膜下挡板 4.镶圈 5.管道 6.弹簧 7.横隔膜 8.密封圆盘 9.螺栓 10.螺母 11.进气管 12.进水管 13.排水管 14.泄流孔。
其工作原理是假设弹簧压力为F0，水压处底面积为S水，气压处面积为S气，则在气水平衡时，有：
F0+10bar*S水=3.2bar*S气
此时，气水平衡，水被密闭在腔内，不会从排水口排出。当探头探测到火灾，探头玻璃珠破裂，探测管道内部的气压降低，弹簧会向上顶起，弹力变小：
F1+10bar*S水=（2~3.2）bar*S气
直到气体压力变为2bar时，弹簧和水压力合力大于气压力：
F2+10bar*S水＞2bar*S气
此时弹簧会向上顶起使排水口露出来，腔内（12）水被排出，而（12）内水与雨淋阀膜室相通，使得膜室压力降低，如雨淋阀动作过程图解所示，膜室水压力顶不住门栓，导致水冲开阀门动作。
2.2 雨淋阀工作原理
雨淋阀用于换流变、平抗水喷雾灭火系统水流控制。设备正常运行时，雨淋阀在关闭位置，发生火灾后，雨淋阀被消防高压水冲开，自动进行喷水灭火。
图2 雨淋阀外观图
正常运行时，管网中压力为与雨淋阀膜室水压相等，膜室水压通过顶针将雨淋阀门栓卡住，同时雨淋阀门栓利用杠杆原理，压住雨淋阀主水挡板，保持管道消防水不外泄。
图3 雨淋阀正常运行时剖面图
发生火灾时，膜室通过就地排水阀、远方控制电磁阀或气水平衡装置排水泄压，管道中水压将失去压力的雨淋阀门栓冲开，进行喷水灭火。
图4 雨淋阀动作时剖面图
着火设备被扑灭，消防泵停运后，雨淋阀挡板没有水流冲力，自然下落，搁在门栓上，通过雨淋阀复归按钮进行手动复位，通过膜室充水阀给膜室建压，重新通过门栓压住雨淋阀进水挡板，恢复雨淋阀正常运行。
2.3 气体压力探测型水消防系统的动作原理
消防系统正常运行时，空压机将空气压缩至空压机气缸内，空压机气缸中的压缩空气自动通过减压阀进入探测管道中，维持探测气管道压力。当气缸压力低于空压机启动值时，空压机启动为气缸补充压缩空气，补至一定压力后空压机停止运行。每台换流变和平抗周围温度探测元件在温度达到设定值时爆裂，雨淋阀探测气管道气体压力持续下降，当气体压力下降至一定压力后，气水平衡装置失去平衡动作，释放掉雨淋阀膜室水压，雨淋阀动作，喷淋阀喷水在着火设备区域形成水雾灭火。
3.故障案例分析
3.1 消防误喷情况描述
2006年10月7日，龙泉换流站极Ⅱ-Y/△换流变A、B、C三相消防系统误喷，误喷后现场检查气管道压力为零，空压机本体保护跳闸。误喷是由于三相气管道失压致使膜室水压丢失，从而使消防系统误喷。
3.2 设备检查情况
3.2.1 空压机检查
在空压机正常工作时，当储气罐压力降至4.5bar时，空压机自动启动打压，压力打至7.5bar时，空压机停止打压，压力开关动作正常）。对空压机进行检查均正常。
3.2.2 空压机至储气罐之间的管道检查
对极Ⅱ-Y/△换流变A、B、C三相的气管道进行密封性检查：将三相气管道的进气阀门关闭，管道失压正常，未发现明显漏气点。拆卸空压机至储气罐之间连接管路中的三通阀时发现内部弹簧垫片的弹簧断裂。此弹簧垫片的作用：当空压机打压时，气压使弹簧垫片压缩，气体被打入储气罐。当空压机打至停止压力时，弹簧垫片在弹簧的作用下，将储气罐密封，同时将充气管道中的残压从排气阀排出，这样使空压机能够在无压状态下再次启动。
3.3 故障原因分析
从以上检查情况可以看出：
1）空压机状态良好，储气罐进气管路中三通阀弹簧垫片的弹簧损坏；
2）压力开关动作正常，接点分合迅速；
3）三相气管道气密性良好。
综合以上检查情况，判断龙泉换流站极Ⅱ-Y/△换流变A、B、C三相消防系统误喷原因为：当空压机打压至7.5bar时，压缩机停止打压。由于三通阀弹簧断裂引起：弹簧垫片未能密封储气罐，致使储气罐内气体从排气阀处排出，气压急剧下降。经过较长时间后，三相气管道回路气压慢慢下降，而空压机已经跳开，无法对储气罐打压，气回路的正常运行压力无法建立。从而导致气管道回路压力低于水回路压力，膜室水从水槽排泄，雨淋阀打开导致极II-Y/△换流变三相消防系统同时误喷。
3.4 故障处理及预防措施
故障处理：对三通阀弹簧垫片进行更换，复归空压机，试运行正常。三相换流变消防系统气体回路压力维持在3.5-4.0bar（正常压力）。对消防雨淋阀间气回路进行密封捡漏，未发现明显漏点。
针对此类故障采取以下预防措施：
1）每年的年度消防系统检修时，对储气罐进气管路三通阀进行检查，并定期更换弹簧垫片。
2）加强巡检力度，巡检时观察空压机储气罐压力表读数，若储气罐压力低于空压机启动压力，需立即将主进水阀门关闭，进行检查处理。
4 结论
电力系统火灾事故的发生，会严重影响电力设备的正常运行，恶性的火灾事故更会给国民经济带来巨大损失。而突发性火灾往往会形成恶性事故。作为直流输电系统关键设备的换流站，其消防系统的可靠稳定，对换流站的正常运行有着重大作用。维护好消防系统，保证其正常工作是直流系统安全运行的重要保障。气体压力探测型水消防系统与感温电缆探测型水消防系统相比设备多、原理复杂、故障发生率高，所以在维护检修时更应该全面细致，保质保量，务必使其处于良好的工作状态，才能为直流系统安全运行提供可靠保障。
参考文献：
[1]王伟瑜，郭铁映.变电站消防系统设计的探讨[J].工业用水与废水，2014，45（01）：82-84.
[2]谢隆.消防电气联动控制系统设计分析[J].四川建材，2018，44（04）：220-221.
[3]王德萍，张圆，杨振.光伏发电站消防设计研究[J].通信电源技术，2018，35（03）：81-82.
作者简介：
王 抗（1982-），男，高级工程师，从事换流站运维检修工作。
吴剑波（1983-），男，高级工程师，从事换流站运维检修工作。
向 权（1983-），男，高级工程师，从事换流站运维检修工作。
杨 冰（1987-），女，工程师，从事变电站运维检修工作。
（上接第231页）
恒定的直流24V电压，由于电感对直流相当于短路，此时只绕组电阻限制电流，电流将很大，造成脉冲变压器烧损。所以脉冲变压器尤其是直流方波脉冲变压器的铁芯要设计在不饱和状态，或使用时脉冲变压器原边输入电压值不应高于设计值。
4.结论及建议
（1）励磁调节器改造前做好相关参数的核查，改造后做好参数比对。
（2）通过故障录波器对灭磁波形与历次灭磁波形进行比对，及时发现灭磁回路故障。
（3）停机及励磁系统升级改造后详细检查灭磁回路，确保灭磁回路硬件的完整性。
通过灭磁试验进一步检查灭磁回路正确性。
5.结束语
2014年5月三台机组励磁调节器升级改造至今，灭磁回路状态正常，灭磁动作正确。为今后西门子THYRIPOL励磁系统调节器升级改造提供了宝贵经验。有效的提高了机组运行的安全性、稳定性和可靠性。保障了励磁系统在正常及故障工况下灭磁的可靠性。
参考文献：
[1] 解中秀，电力电子变流技术，中国电力出版社。
[2] 李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用，第二版，中国电力出版社，2009。
[3] 竺士章.发电机励磁系统试验。中国电力出版社，2005。
[4] 西门子THYRIPOL励磁系统说明书及图纸。
[5] SPPA-E3000励磁系统用户手册RAV01，西门子电站自动化有限公司2011。
论文作者:王抗1,吴剑波1,向权1,杨冰2
论文发表刊物:《河南电力》2019年4期
论文发表时间:2019/10/31
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