水噴霧滅火系統在變電站工程中的應用

徐春峰

摘 要：水噴霧滅火系統廣泛應用在變電站工程中油浸式電力變壓器的保護，其應用范圍和數量正在逐步擴大，但是在已經投入運行和正在施工的系統中亦存在較多問題，其中包括產品質量、施工質量等問題。本文首先介紹了水噴霧滅火系統的滅火原理、系統的組成及施工工藝，然后結合某220 kV變電站工程實際情況，重點闡述了水噴霧滅火系統在應用過程中的優缺點，最后對相應的問題提出解決方案。

關鍵詞：水噴霧滅火系統;主變壓器;施工工藝

中圖分類號：TU892文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）31-0093-04

Application of Water Spray Fire Extinguishing System

in Substation Engineering

XU Chunfeng

（Powerchina Beijing Engineering Corporation Limited，Beijing 100024）

Abstract： Water spray fire protection system is widely used in the protection of oil immersed power transformers in substation projects. Its application scope and quantity are gradually expanding， but there are still many problems in the system that has been put into operation and under construction， including product quality and construction quality. This paper first introduced the principle of fire extinguishing system， the composition and construction technology of the water spray fire extinguishing system. Then， combining with the actual situation of a 220 kV substation， the advantages and disadvantages of the water spray fire extinguishing system in the application process were elaborated， and finally the corresponding solutions were put forward.

Keywords： water spray fire protection system;main transformer;construction technology

1 研究背景

水噴霧系統在世界上工業發達的國家應用很普遍，尤其在石油化工、電力等行業得到了廣泛的應用，后續我國引進的大型成套石化、電力設備均配置了水噴霧系統。我國20世紀60年代開始研究水噴霧滅火系統，于70年代將研究成果應用在變壓器的保護等方面，并從1982年開始組織相關人員對水噴霧滅火系統進行全面深入的研究，實現了產品系統的配套和工程應用技術的完善，使水噴霧系統的應用呈現出蓬勃發展的局面，保護對象包括油浸式電力變壓器、液化石油氣儲罐、輸煤裝置等，其應用范圍和數量正在逐步擴大。筆者所參與施工的變電站主變壓器的消防保護也大都采用了該系統，但是在已經投入運行和正在施工的系統中發現了較多問題，其中包括產品質量、施工質量等方面的問題，直接影響水噴霧系統的正常工作。本文結合多年工程實踐經驗，以某220 kV變電站工程為例，對水噴霧系統的應用情況以及存在問題的改善進行了具體闡述，以期為相關施工人員和研究者提供有益參考和借鑒。

2 水噴霧滅火系統介紹

水噴霧滅火系統是利用水霧噴頭在一定水壓下將水流分解成細小的水霧滴噴射到物體表面從而進行滅火或防護冷卻的一種固定式滅火系統，該系統源于自動噴水滅火系統，具有安全可靠、經濟實用等特點，適用范圍較廣，滅火效率較高。

2.1 滅火原理

水噴霧的滅火原理包括表面冷卻、窒息、乳化、稀釋。這些滅火原理使水噴霧具備更加廣闊的適用范圍，更高效的滅火效率，并且由于它細小水霧滴的形式所具有的不會造成液體火飛濺、電氣絕緣度高的特點，在撲滅可燃液體火災和電氣火災中得到廣泛的應用[1]。

2.2 系統組成

水噴霧滅火系統主要由消防水池、消防水泵、供水管網、雨淋閥組、過濾器和水霧噴頭等組成。雨淋閥組是水噴霧滅火系統比較重要的組件，由雨淋閥、電磁閥、壓力開關、水力警鈴、壓力表以及配套的閥門等部件組成[2-4]。

2.3 系統特點

水噴霧滅火系統的特點為：第一，水噴霧滅火系統構造簡單，安裝方便，易于操作，滅火效率高;第二，滅火介質選用水，便于取用且較為廉價;第三，保護對象主要是火災危險性大、撲救難度大的專用設施或設備，主要撲救固體火災、丙類液體火災和電氣火災;第四，水噴霧不僅可用于滅火，而且可用于控火和防護冷卻。

3 某220 kV變電站水噴霧系統

3.1 工程概況

某220 kV變電站室外終期布置容量180 MVA主變壓器共4臺，本期安裝2臺。主變壓器水噴霧滅火系統獨立設置，由消防水池、消防泵、雨淋閥組、過濾器、供水管網、水霧噴頭及主變火災報警系統組成。

為便于集中控制，將雨淋閥組集中布置在雨淋閥組間，采用規格為DN150的雨淋閥4套。蓄水池設在1#變電樓地下一層，為鋼筋混凝土結構，有效容積為200 m3，滿足消防要求。蓄水池進水管管徑為DN50，流量為10 m3/h，消防補水時間小于48 h。進水由液位計和電動蝶閥控制，并設有人孔，以便于進行蓄水池的日常清理維護。蓄水池設有通氣管、溢流排水措施及高低液位報警顯示功能。蓄水池北側消防泵房內設有2臺消防水泵，1用1備。在消防水泵出口設有旁通管及電動泄水閥，連接到消防蓄水池，可滿足消防系統定期自動巡檢的需要。為保證水噴霧滅火系統的響應時間不大于45 s，水噴霧系統設有自動控制、手動控制和應急操作三種控制方式。主變壓器設有感溫探測裝置，當發生火災時，火災報警信號傳至消防控制室，自動開啟雨淋閥及消防水泵，實現自動噴水滅火。當采用手動控制方式時，火災報警信號經人工確認后，在控制室由人工遠距離啟動雨淋閥及消防水泵，實現水噴霧系統噴水滅火。消防泵房設有消防水泵的就地控制裝置，主變壓器附近設有現場應急操作消防控制柜，可以就地人為操作消防水泵和雨淋閥，實現水噴霧滅火系統的應急操作[5-7]。

3.2 施工工藝

施工準備→主干管及立管安裝→噴頭分層干支管安裝→水泵等設備安裝→管道試壓、沖洗→噴頭安裝→系統調試聯動試驗→竣工驗收。

3.2.1 施工準備。主變壓器基礎及防火墻已施工完畢，現場清理干凈，管道安裝需要的基準線已標明，設備基礎符合設計要求，達到安裝條件。

系統施工使用的材料、管材和管件進行了現場檢驗，符合施工設計要求和國家現行有關標準規范的規定，并具有出廠合格證。

水霧噴頭、雨淋閥的規格型號符合設計要求，并附有出廠合格證;噴頭的外觀無加工缺陷和機械損傷現象;雨淋控制閥的閥瓣和操作機構動作靈活可靠，無卡澀現象;閥體內清潔，無異物堵塞;水力警鈴的鈴錘轉動靈活，手動旋轉輕，無阻滯現象。

3.2.2 管道安裝。水噴霧系統管道采用鍍鋅鋼管，卡箍溝槽式連接。安裝時嚴格按施工設計圖要求進行放線、敷管。管材按施工圖尺寸進行下料、校直、套絲、去毛刺、飛邊并清除管道內部的雜物。

卡箍溝槽式連接前對機器進行了檢查，使用狀況良好，準備好相應管徑的成套連接件。首先將管道按照圖紙要求用滾槽機壓出溝槽，在滾槽機滾壓溝槽過程中，嚴禁管子移位（縱向或角向移位）。安裝時將橡膠密封圈套上接口部位的一端，移動橡膠密封圈，使橡膠密封圈位于接口中間部位，在橡膠密封圈上涂抹潤滑劑，在接口位置的橡膠密封圈的外側安放溝槽式接頭，確保接頭內緣卡進溝槽內，并置于溝槽中間位置，用手力壓緊卡箍的耳部;在卡箍螺孔位置，穿上螺栓，并均勻輪換擰緊螺母。

管道安裝前將所需支架預制加工好，在立管安裝完畢對照圖紙檢查無誤后，將支架固定在兩側防火墻上或地面預埋件上，并與管道有效連接固定。

3.2.3 設備安裝。消防泵、穩壓泵及氣壓罐等設備進場后首先要檢查設備器材的三證（合格證、生產許可證和產品檢測報告）是否齊全，外觀有無明顯的機械損傷，規格、品種、型號是否符合施工圖要求，銘牌是否清晰，并報請監理驗收。根據泵房設計圖檢查泵的基礎應比泵底座寬100～150 mm，高于地面100～300 mm，并檢查泵的縱橫坐標、中心線、標高、基礎幾何尺寸、地腳螺釘孔預留位置大小、深度是否符合要求。

雨淋閥組的主要作用是接通或關斷水噴霧滅火系統的供水，它能夠通過遠程電控信號開啟，也可以接收傳動管信號開啟或直接通過手動應急操作閥開啟。雨淋閥組安裝在雨淋閥室便于操作的明顯位置，距墻約1.2 m。雨淋閥旁設置標明防護區的金屬標志牌。

水力警鈴安裝在雨淋閥室的外墻上，水力警鈴和報警閥的連接管采用鍍鋅鋼管。

3.2.4 管道試壓及沖洗。水噴霧管網主管道施工完畢后按設計要求進行水壓試驗，管網水壓強度試驗壓力值為1.4 MPa，緩慢升壓，達到試驗壓力后穩壓10 min，管網無泄漏和變形，且壓力下降不大于0.05 MPa。然后將壓力降到工作壓力進行嚴密性試驗，穩壓24 h，壓力不下降、無滲漏。試壓合格后連續做沖洗工作，出水口設在主變附近泄水井內，出水顏色與進水顏色基本一致時，沖洗結束。

3.2.5 噴頭安裝。水霧噴頭是變壓器水噴霧系統的關鍵。噴頭采用離心霧化型水霧噴頭，規格、型號按施工設計圖要求。噴頭的安裝間距及位置按施工圖要求進行安裝。安裝噴頭時采用工廠配備的專用扳手。噴頭與被保護對象的水平距離不小于0.9 m。安裝噴頭時，在噴頭連接螺紋處纏適量的密封帶，用手將噴頭擰入接管螺紋，再用專用扳手卡住噴頭框架方頭部分施工擰緊，擰緊力矩為10～20 N·m。

由于主變壓器的設備較高，按照設計要求噴頭布置3層，有的部件如油枕局部凸起較高處另設1～2個局部噴頭保護，見圖1、圖2。

3.2.6 報警及控制。本期主變壓器為室外露天設置，采用了兩路感溫電纜：一路為開關量感溫電纜，距離變壓器表面5～10 mm;另一路為模擬量溫感溫電纜，緊貼變壓器表面布置。油枕、油箱以及輸油管路等均纏繞了感溫電纜?？紤]到高壓套管是火災多發部位，在所有套管的根部也繞上一圈的模擬量感溫電纜，實現了變壓器的全方位保護，可及時感應到變壓器表面溫升和外部火災。變壓器的滅火啟動控制流程如圖3所示。

3.2.7 水噴霧系統調試。系統調試由專業技術人員、業主、監理工程師共同研究方案，并由施工方統一負責實施。調試在消防監督機構的監督下進行。

水噴霧系統調試前應對整個系統進行檢查，保證供水水源、電源、水泵、報警閥組等設備設施滿足調試要求，電氣設備具備聯動調試條件。消防水泵啟動時間符合設計規定，穩壓泵調試，打開水泵回流管閥門，使管網內壓力下降至穩壓泵啟動壓力時，穩壓泵立即啟動，當管網壓力達到設計壓力時，穩壓泵自動停止運行;關閉水泵和末端試水閥，雨淋閥復位后水力警鈴應停止報警。

由于嚴格按照相關施工圖紙和技術規范施工，并加強過程控制，本期主變壓器水噴霧試驗取得了良好效果，得到了監理和業主的一致認可，并順利通過消防部門的驗收，為變電站的投產運行提供了有力的消防安全保障。

4 施工過程遇到的一些問題和經驗教訓

4.1 支架固定

目前，消防管道普遍使用溝槽式卡箍連接的方式，這種連接方式對于管道的安裝很方便，但是支架的安裝位置是必須要重視的環節。例如：連續轉彎處、異徑接口處的支架必須重點加固。支架固定除了按標準圖規定外，變壓器周圍環形多層配管的支架應采取特殊措施。因為變壓器周圍環管必須與變壓器外殼保持一定的安全距離，絕不允許晃動或跌落，而變壓器遠離四周墻，管道支架不能固定在墻上而挑出太遠。為了避免在試噴時管道產生較大晃動，在施工中采用槽鋼或角鋼豎立在變壓器四周焊牢，然后在該槽鋼或角鋼上焊接橫向槽鋼牽連，形成圍欄式支架，然后再于其側向布置環形管及立管，按規定距離在支架上開孔，用U形卡固定。這樣固定后，經過噴霧調試的多次考驗，證明支架及管道的固定非常牢固，未出現明顯晃動及松脫的情況。

4.2 噴頭的布置

變電站主變壓器是水噴霧滅火系統重要的應用對象，其不規則的外形使水霧噴頭的布置較為困難。在水噴霧系統全部安裝完畢后，進行了試噴，在首次試噴過程中，霧化效果比較好，消防泵等設備的啟動反應時間均滿足規范要求。但由于變壓器的不規則形狀，其表面對噴出來的水霧干擾極大，致使局部未能被水霧完全覆蓋。對此，工作人員及時與業主、監理協商，并通過設計認可，在未覆蓋完全的部位增加噴頭，使其能夠滿足水量要求并達到足夠的噴霧強度和完全覆蓋變壓器表面。

4.3 噴頭的選用

水的霧化質量好壞與噴頭的性能和加工精度有關，對于特定的水霧噴頭，其工作壓力的大小與霧徑有直接關系，水的壓力越大，霧狀水的粒徑越小，有效射程越大，功耗越多，但是，水霧噴頭的工作壓力不能無限增加，否則在經濟上是不合理的。

在無法提高水霧噴頭工作壓力的條件下，要減少霧徑必須使用新型的水霧噴頭，即細霧噴頭，從噴頭的構造上加以改進，從而使水的霧化質量更高，粒徑更小。要擴展水噴霧滅火系統的應用范圍，并確保其經濟適用性，減小噴霧的粒徑是行之有效的措施之一。因此，需要生產廠家開發研制細霧噴頭，以進一步推動水噴霧滅火系統的應用。

5 結語

水噴霧滅火系統在某220 kV變電站中的成功應用，充分展示了該系統經濟、有效、安全、環保的優越性能，但在具體應用過程中，仍存在一些如噴頭位置的布置等問題。研究者結合多個工程的實踐經驗，在施工中不斷摸索總結，提出了相應的解決方案，指出了施工中應該注意的細節問題，充分發揮了水噴霧滅火系統的潛力。隨著水噴霧滅火系統的發展，細水噴霧滅火系統等新型水噴霧滅火系統的出現，其必將在變電站主變壓器的消防保護中獲得更加廣泛的應用。

參考文獻：

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