山西地區(qū)220 kV戶外變電站主變消防系統(tǒng)的比選

張 曉 鐳

(國(guó)網(wǎng)山西電力設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

山西地區(qū)220 kV戶外變電站主變消防系統(tǒng)的比選

張 曉 鐳

(國(guó)網(wǎng)山西電力設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

結(jié)合山西省內(nèi)220 kV變電站實(shí)例，針對(duì)220 kV戶外變電站浸油變壓器的消防系統(tǒng)進(jìn)行了研究，通過(guò)采用全壽命周期投資的方法對(duì)水噴霧型滅火系統(tǒng)、排油充氮型滅火系統(tǒng)及合成泡沫噴霧型滅火系統(tǒng)的技術(shù)性能進(jìn)行了比較分析，提出了適應(yīng)于山西地區(qū)的220 kV變電站主變壓器消防系統(tǒng)(排油充氮滅火系統(tǒng))。

戶外變電站，主變消防系統(tǒng)，全壽命周期，投資

0 引言

變壓器是變電站內(nèi)的最主要的設(shè)備，油浸變壓器中的絕緣介質(zhì)油具有良好的絕緣性和導(dǎo)熱性，變壓器油的閃點(diǎn)一般為130 ℃，是可燃液體。當(dāng)變壓器發(fā)生電弧閃絡(luò)，變壓器油受熱分解產(chǎn)生的氣體會(huì)燃燒形成火災(zāi)。根據(jù)GB 50229—2006火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范中11.5.4條的要求：?jiǎn)闻_(tái)容量為125 MVA及以上的主變壓器應(yīng)設(shè)置水噴霧型滅火系統(tǒng)、合成泡沫噴霧型系統(tǒng)或其他固定式的滅火裝置。主變壓器消防常用的滅火系統(tǒng)為：合成泡沫噴霧型滅火系統(tǒng)、排油充氮型滅火系統(tǒng)和水噴霧型滅火系統(tǒng)。這三種滅火系統(tǒng)在滅火方式上各有優(yōu)缺點(diǎn)，在運(yùn)行的可靠性、施工周期、全壽命周期投資及維護(hù)上有所差別。山西省位于華北平原西面的黃土高原上，地理位置北緯34°34′～40°44′，東經(jīng)110°14′～114°33′，全境面積15.6萬(wàn)km2。氣候類型屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，山西省北部屬嚴(yán)寒地區(qū)，南部屬寒冷地區(qū)。

1 水噴霧滅火系統(tǒng)

1.1 滅火原理

水噴霧型滅火系統(tǒng)是將高壓水流經(jīng)幾種形式的噴頭霧化，噴射出霧狀水流，水霧噴在燃燒的物體上，進(jìn)行降溫冷卻并使燃燒物隔絕空氣，以起到滅火作用。水噴霧型滅火系統(tǒng)滅火效率高，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在大容量變壓器的消防中。

1.2 優(yōu)缺點(diǎn)

1)優(yōu)點(diǎn)。

a.火災(zāi)滅火的效率較高。水噴霧滅火通過(guò)表面冷卻、窒息、乳化和稀釋四種作用滅火，不僅使其具有了更廣的適用范圍，而且極大地提高了滅火效率。

b.具有成熟的設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn)。

c.適應(yīng)性強(qiáng)。水噴霧滅火系統(tǒng)不受變壓器含油量限制，只需根據(jù)變壓器的體積，依據(jù)規(guī)范配置滅火器噴頭即可達(dá)到迅速滅火的目的。

2)缺點(diǎn)。

a.需要設(shè)置完善的消防給水系統(tǒng)，需設(shè)放置水泵和雨淋閥組的房間，增加了土建費(fèi)用和占地面積。

b.對(duì)未著火的設(shè)備、儀表可能造成污損。

c.在寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)、運(yùn)行條件惡劣的地區(qū)，影響該系統(tǒng)的使用效果。

2 排油充氮滅火系統(tǒng)

2.1 滅火原理

排油充氮型滅火系統(tǒng)是集成了火災(zāi)探測(cè)、報(bào)警、滅火功能，通過(guò)切斷外溢的變壓器油源、快速排除熱油、將其快速冷卻、隔絕空氣等多種滅火手段，將變壓器火災(zāi)事故消滅在初始階段。

自動(dòng)充氮滅火裝置在同時(shí)接收到感溫元件報(bào)警信號(hào)和重瓦斯報(bào)警信號(hào)后，可自動(dòng)啟動(dòng)消防系統(tǒng)，啟動(dòng)后，排油閥打開(kāi)，迅速將變壓器油箱頂部熱油排出，排油數(shù)秒后，氮?dú)鈴挠拖涞撞孔⑷耄瑥?qiáng)制熱冷油交換，使油溫迅速降至燃點(diǎn)以下使變壓器充分冷卻，防止其復(fù)燃。

2.2 優(yōu)缺點(diǎn)

1)優(yōu)點(diǎn)。

a.安裝方便，幾乎無(wú)土建工程量。排油充氮滅火系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單可與變壓器成套供貨，安裝量很少。該系統(tǒng)只需要配套建設(shè)控制柜的基礎(chǔ)。

b.使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便。

c.適用范圍廣，受外界影響小。該系統(tǒng)在大風(fēng)及風(fēng)沙天氣，不影響使用。

d.采用預(yù)制滅火系統(tǒng)，可靠性強(qiáng)。排油充氮滅火系統(tǒng)為1對(duì)1的滅火系統(tǒng)，即每臺(tái)變壓器配1套滅火系統(tǒng)。

2)缺點(diǎn)。

變壓器火災(zāi)若有箱體開(kāi)裂現(xiàn)象，變壓器油從箱體開(kāi)裂處噴出在變壓器外部燃燒，排油充氮滅火系統(tǒng)將不能發(fā)揮滅火作用，需要采取其他輔助手段(如推車式滅火器等)防止火災(zāi)的蔓延。

3 合成泡沫噴霧型滅火系統(tǒng)

3.1 滅火原理

合成泡沫噴霧型滅火系統(tǒng)的原理是：采用儲(chǔ)存于儲(chǔ)液罐中的高效合成泡沫滅火劑。當(dāng)發(fā)生變壓器火災(zāi)時(shí)，通過(guò)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制或手動(dòng)控制，儲(chǔ)液罐內(nèi)的合成泡沫滅火劑在高壓氮?dú)怛?qū)動(dòng)下，通過(guò)管道和水霧噴頭，將泡沫滅火劑噴射到發(fā)生火災(zāi)的變壓器上；迅速冷卻油表面，并產(chǎn)生一層阻燃薄膜，隔離變壓器和空氣，使之快速滅火的滅火系統(tǒng)。

3.2 優(yōu)缺點(diǎn)

1)優(yōu)點(diǎn)。

a.泡沫噴霧滅火系統(tǒng)穩(wěn)定性好，滅火效率高，絕緣性好，降溫較快。

b.泡沫噴霧滅火系統(tǒng)不受變壓器油量限制，只需根據(jù)變壓器的外形體積，依據(jù)規(guī)范配置滅火器噴頭，即可達(dá)到迅速滅火的目的。

2)缺點(diǎn)。

a.需要設(shè)置泡沫小室，增加了土建費(fèi)用和占地面積。

b.整套系統(tǒng)需要定期作設(shè)備維護(hù)。同時(shí)管道、噴頭存在防銹、防雜物及噴頭防堵等問(wèn)題。

c.寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)、運(yùn)行條件惡劣的地區(qū)，會(huì)影響該系統(tǒng)的使用效果。

4 三種主變滅火系統(tǒng)技術(shù)分析比較

水噴霧滅火系統(tǒng)、排油充氮滅火系統(tǒng)和合成型泡沫噴霧滅火系統(tǒng)都通過(guò)了“國(guó)家消防檢測(cè)機(jī)構(gòu)”的權(quán)威檢測(cè)。GB 50229—2006火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范將上述三種滅火方式作為變壓器消防可采用的固定滅火方式均是有科學(xué)依據(jù)，技術(shù)上都是可行的。三種滅火系統(tǒng)主要技術(shù)比較詳見(jiàn)表1。

表1 三種滅火系統(tǒng)主要技術(shù)比較表

5 三種主變滅火系統(tǒng)全壽命周期投資分析

山西省內(nèi)220 kV戶外變電站的工程規(guī)模75%以上為規(guī)劃建設(shè)3×180 MVA主變壓器，初期建設(shè)2×180 MVA主變壓器。

主變消防如采用水噴霧滅火系統(tǒng)，因?yàn)闆](méi)有消防水源和消防水泵，均需專項(xiàng)投資，約30萬(wàn)元，購(gòu)置雨淋閥組、配水管道、水霧噴頭及火災(zāi)探測(cè)裝置等，約20萬(wàn)元，建設(shè)24 m2消防泵房約7萬(wàn)元，120 m3消防水池約13萬(wàn)元、本期工程投資70萬(wàn)元左右；遠(yuǎn)期擴(kuò)建1組主變壓器僅需擴(kuò)建雨淋閥、管材、噴頭等，投資為10萬(wàn)元左右。

主變消防如采用合成型泡沫噴霧滅火系統(tǒng)，購(gòu)置及安裝PWZ泡沫噴霧滅火裝置約60萬(wàn)元，建設(shè)20 m2泡沫小室約6萬(wàn)元，本期工程投資66萬(wàn)元左右；遠(yuǎn)景擴(kuò)建1組主變壓器僅需擴(kuò)建管材、噴頭等，投資為8萬(wàn)元左右。

主變消防如采用排油充氮滅火系統(tǒng)，不需要新建構(gòu)筑物，該系統(tǒng)單套裝置市場(chǎng)價(jià)格約為15萬(wàn)元。2臺(tái)主變壓器需2套，本期工程投資為30萬(wàn)元。遠(yuǎn)期擴(kuò)建1臺(tái)主變壓器需1套，遠(yuǎn)期工程投資為15萬(wàn)元。

在初期投資方面，水噴霧滅火系統(tǒng)及合成型泡沫噴霧滅火系統(tǒng)兩種滅火系統(tǒng)投資基本相當(dāng)，排油充氮滅火系統(tǒng)不到二者的一半；在擴(kuò)建投資方面，水噴霧滅火系統(tǒng)及合成型泡沫噴霧滅火系統(tǒng)投資較低，排油充氮滅火系統(tǒng)投資相對(duì)較大。在日常維護(hù)方面，本工程主變壓器全壽命周期按設(shè)備壽命期25年設(shè)定，兩種滅火系統(tǒng)的日常維護(hù)費(fèi)用均有所發(fā)生，但費(fèi)用較少，可以忽略。三種滅火系統(tǒng)的全壽命周期末的殘值(即處置成本CD)很小，折算為現(xiàn)值可忽略不計(jì)。三種變壓器滅火系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)比較表詳見(jiàn)表2。

表2 三種滅火系統(tǒng)主要經(jīng)濟(jì)比較表 萬(wàn)元

根據(jù)以上分析以及輸變電工程的特點(diǎn)，輸變電工程全壽命周期成本的計(jì)算方法如下：

其中，COj，CMj，CFj分別為第j年發(fā)生的運(yùn)行成本、養(yǎng)護(hù)成本、維修成本；i為貼現(xiàn)率(i=6.71%)；n為計(jì)算年限；CI為初始成本；CD為處置成本。

經(jīng)全壽命周期成本測(cè)算，采用水噴霧滅火系統(tǒng)為77.24萬(wàn)元，采用合成泡沫噴霧型滅火系統(tǒng)為71.77萬(wàn)元，采用排油充氮滅火系統(tǒng)為41.33萬(wàn)元，比較的結(jié)果采用排油充氮滅火系統(tǒng)最為經(jīng)濟(jì)。

6 結(jié)語(yǔ)

水噴霧滅火系統(tǒng)、排油充氮滅火系統(tǒng)及合成型泡沫噴霧滅火系統(tǒng)均通過(guò)了國(guó)家消防檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)。從各自的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比來(lái)看，水噴霧滅火系統(tǒng)及合成型泡沫噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)較成熟，應(yīng)用比較普遍安全可靠。排油充氮型滅火系統(tǒng)是主動(dòng)滅火方式，具有防火及防爆的性能，安裝和運(yùn)行維修簡(jiǎn)單方便，初期投資較低，擴(kuò)建費(fèi)用相對(duì)較高。

結(jié)合山西地區(qū)氣候狀況：戶外220 kV變電站，建筑物占地面積小，配電室內(nèi)結(jié)構(gòu)緊湊，如采用合成型泡沫噴霧滅火系統(tǒng)，需要另外設(shè)置泡沫消防間，若采用水噴霧滅火系統(tǒng)需要額外設(shè)置消防泵房及消防水池，不僅增加了土建費(fèi)用，也對(duì)建筑內(nèi)各房間的合理布置造成一定困難，不符合“建設(shè)資源節(jié)約型”變電站理念。

根據(jù)山西地區(qū)220 kV戶外變電站特點(diǎn)，在技術(shù)性能及全壽命周期投資方面，排油充氮型滅火系統(tǒng)較水噴霧型滅火系統(tǒng)和合成泡沫噴霧型滅火系統(tǒng)具有非常大的優(yōu)勢(shì)，故在山西地區(qū)220 kV戶外變電站主變消防設(shè)計(jì)推薦采用排油充氮滅火系統(tǒng)。

[1] GB 50229—2006，火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[2] GB 50016—2006，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

Comparison on main transformation firefighting system of 220 kV outdoor substation in Shanxi province

Zhang Xiaolei

(NationalNetworkShanxiPowerDesignInstitute,Taiyuan030002,China)

Combining with 220 kV substation example in Shanxi province, the paper studies the oil immersion transformer firefighting system of 220 kV outdoor substation, comparatively analyzes technical performance of water spray extinguishing system, oil discharging nitrogen charging extinguishing system and synthetic foam spraying extinguishing system by applying total life cycle investment method, and finally puts forward main transformation firefighting system of 220 kV substation fitting to Shanxi province (oil discharging nitrogen charging extinguishing system).

outdoor substation, main transformation firefighting system, total life cycle, investment

2014-12-15

張曉鐳(1971- )，男，高級(jí)工程師，注冊(cè)建筑師，注冊(cè)造價(jià)師

1009-6825(2015)06-0114-02

TU998.1

A