变压器水喷雾消防系统设计的考虑.docx

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1、 - 让每个人公平地提升自我！变压器水喷雾消防系统设计的考虑徐明西南电力设计院，四川成都 610021摘 要：具体分析变压器水喷雾消防系统的设计，实例介绍，可供参考。关键词：变压器；消防设计；水喷雾系统1 变压器的构造及其火灾隐患变压器就其产品的种类和用途来分有电力变压器有载调压变压器、试验变压器、电炉变压器、整流变压器和调压器等；有油浸变压器和干式变压器；有三相变压器和单相变压器，如 500 kV 变电所所用的 500 kV 单相变压器。在电厂和变电所中较常见的是油浸电力变压器。油浸变压器根本上都由以下几局部组成：变压器主体，即变压器器身，由浸于变压器绝缘油油箱中的铁心和绕组线圈构成；变压器

2、绝缘油及其管路系统；储油柜，又称膨胀油箱或油枕，位于变压器器身上方；冷却器或散热器，变压器冷却器有风冷却器、水冷却器、片式散热器等，通过冷却器联管与主油箱相连，用于冷却并降低油箱内的绝缘油油温。冷却器可与器身紧接在一起，也可单独另外布置；高压套管，位于器身之上，端部带电，温度较高；低压套管；高压中点套管，又称中性点；调压开关；放油阀，位于器身油箱底部；主掌握箱；压力释放阀，安全气道，净油器等。对于电压等级较高的变压器，除凹凸压套管外，还可能有中压套管。油浸变压器内部储有大量绝缘油，其闪点在 130140之间，但属可燃油。一旦变压器线圈短路，即可引发严峻的火灾。如变压套管爆炸喷油燃烧。2 变压器

3、消防设计的必要性在发电厂和变电所中，各种大中小型油浸变压器使用特别多，而且这些变压器的安全问题直接影响到电厂变电所的正常运行，特别是电厂的主变、高压厂用变、启动备用变等更是发电厂的核心设备，一旦发生火灾，不仅影响电厂机组运行，而且还威逼到四周建筑设备和人员的安全。1971 年至 1991 年的 20 年中全国火电厂共发生的 86 次火灾中，变压器火灾约占了 10左右。变压器火灾既是油类火灾，也是电气火灾，一旦发生险情，一般极易形成爆炸，如短路火灾中，一旦短路发生，变压器油箱内在极短的时间内有的不到 1 s便形成一个高温高压的空间，并随即爆炸起火。因此，必需对电厂及变电所重要的变压器设置相应的、

4、适合的、牢靠的、较为经济的消防灭火系统。7用于保护各类变压器的灭火系统有：化学粉剂、二氧化碳、1211 或 1301 等气体系统、水喷雾灭火系统及排油注氮灭火系统。目前，国内外对变压器消防应用最为普遍的是水喷雾灭火系统，由于该系统成效优良，造价较低，除灭火外还有冷却成效。3 变压器水喷雾灭火机理及水雾喷头的选择水喷雾系统通常是指喷咀在额定工作压力下喷出的液滴平均粒径在 1 mm 以下的雾化水灭火系统。对水滴直径大于 1 mm 的通常称为开花水，多由各种喷水系统的反射喷咀所形成，通常认为不属于水喷雾范畴，当平均水雾滴径为 00503 mm，称为水狸，也称超细水雾， 是目前兴的一门灭火技术。其灭火

5、效果格外好。中国尚无有用例子。由于变压器火灾是带电的油类火灾，既要考虑油类火灾的特点，又要带电安全距离，水喷雾系统喷射的雾状水滴是不连续的连续水滴，所以具有良好的电绝缘性能，可用于变压器消防保护。一般说来，当水以细小的水雾滴喷射到正在燃烧的变压器外表时会产生以下作用。1外表冷却。一样体积的水以水雾滴形态喷出时比直射流形态喷出时的外表积要大几百倍，当水雾滴喷射到燃烧外表时因换热面积大而会吸取大量的热快速汽化，使燃烧的油外表温度快速降到油热分解所需要的温度以下，使热分解中断，燃烧即中断，水雾滴径越小，单位面积水形成的水雾的外表积越大，冷却效果越好，同时电绝缘性能越好，因此变压器水喷雾头的选择应充分

6、考虑到这一点。要求产生的水雾滴径要小，同时也应考虑到喷雾滴大小也是重要因素。通常国内水雾喷头雾化液滴在额定工作压力下的平均粒径一般在 1 mm 以下，大多在 05 mm 左右。对用于变压器火灾的水雾滴宜在 0408 mm 之间，宜承受高速离心雾化型水雾喷头。同时，外表冷却的效果还取决于灭火用水的温度与可燃物闪点的温度差，闪点愈高，与喷雾用水两者之间温差愈大，冷却效果亦愈好。变压器绝缘油的闪点在 130140之间，因此变压器水喷雾消防的冷却效果是很好的。（2） 窒息。水雾滴受热后形成原体积 1 680 倍的水蒸汽，可使燃烧物质四周空气中氧含量降低，燃烧将会因缺氧而受抑或中断。实现窒息灭火效果取决

7、于能否在瞬间生成足够的水蒸气并完全掩盖在着火面。（3） 乳化。当水雾滴喷射到正在燃烧的变压器油外表时，由于水雾滴的冲击，在液体表层造成搅拌作用，从而造成液体表层的乳化，由于乳化层的不燃性使燃烧中断。变压器水喷雾系统对变压器的防护能起到灭火，抑制火灾，防止火灾集中，预防着火的作用。4 变压器水喷雾消防设计前必要考虑的问题4.1 承受的标准、标准、规定不同的工程承受不同的标准、标准、规定，中国国内工程一般承受国内标准、标准、规定，如国家标准建筑设计防火标准GBJ16872023 年版、火力发电厂与变电所设计防火标准GB5022996、水喷雾灭火系统设计标准GB5021995，电力行业标准电力设备典

8、型消防规程DL502793、火力发电厂设计技术规程DL50002023等，也有的国内工程承受国外标准标准，如华能珞璜电厂建、扩建工程，山西河津电厂建工程，江西九江电厂建工程等均要求承受美国 NFPA 系列标准。国外工程中变压器消防一般承受美国 NFPA 系列的较多。如西南电力设计院设计的伊朗 ARAK 电厂工程中变压器消防就承受了美国 NFPA850，NFPA15 等标准，设计的印度 MALCO 电厂工程中变压器消防除承受上述标准外，还需承受印度 TAC 的有关标准、标准、规定等。同时还必需遵照该工程的合同要求及业主和业主参谋工程师的意见和要求。4.2 需要多少套水喷雾系统在欧美，通常标准都规

9、定一套水喷雾系统的总流量不得 11 335 Lmin。再者，一套水喷雾系统的规模也受到水源或各种标准、针对各类型危急的个别规定及业主要求的限制。如中国设计印度 MALCO 工程变压器消防时，SEC 为节约投资，对七台变压器要求只做三套雨淋阀水喷雾系统，但受水量、水压限制，最终还是做了七套雨淋阀水喷雾系统。4.3 水源及消防灭火压的排水问题设计前，应确定变压器水喷雾消防水水源，供水水源供给的水量、水压是否能满足最大一次变压器消防灭火所需的水量、水压，消防水的排水问题在变压器油坑设计时是否已考虑到能顺畅地排走消防水。4.4 所要保护的变压器资料1变压器总布置图及安装图；2变压器的外形尺寸图，应包括

10、：变压器的总长、总宽、高；套管的高度和位置；油枕膨胀油箱的尺寸及位置；冷却器或散热器的位置，假设散热器之间的距离超过 03 m，须加装喷头以加强保护；3避雷装置的高度和位置假设有的话；4开关掌握箱的位置和任何可以阻碍水喷雾系统动作的仪器设备大小及位置；5变压器的大小即高压或低压、电压等级；6变压器的相位：单相或三相，7高压来电的方向和低压电缆的方向；8变压器安装的方法，变压器下部是否是三合土或碎卵石环境，是否有油坑；9变压器底部的距离和高度；10变压器油坑假设有的话的大小及深度，碎卵石层厚度；11防火墙的位置、高度及大小；12 估量风力的影响。5 水喷雾系统设计设计一套变压器的水喷雾灭火系统是

11、比较困难 的。变压器的外表对于喷出来的水雾干扰极大，比保护油罐的设计更为简单，为了这个原因，必需承受多一点的水雾喷头予以补充。通常实际喷水量要比计算中的喷水量为高，由于必需要照看到整个变压器都会被水雾掩盖。在系统设计前，最好取得变压器的顶部、侧部和底部的详图，打算不同外形的变压器面积，将变压器的外形归纳为简洁的几何图形。假设变压器的外形凹凸不平，而且有很多突出物，也可以将图形略放大。简化的变压器图形，除了底部外，全部露出来的面积都要计算， 然后将管道包围着这个几何图形。变压器通常被一圈一圈的管道包围，而喷头就均匀地和适当地安装于管道上。全部喷咀必需安装在适当位置上以便符合设计要求。布置的准则要

12、到达足够的喷雾强度和完全掩盖， 但又不会过量，通常最顶一层的管道是安装于变压器最顶部四周。其它各层管道依据喷咀的有效射程及喷雾锥底部半径及水雾喷头平面布置方式矩形或菱形布置确定层高，直到下部。通常多为23 层布置。发电厂和变电所室外大中型变压器一般都设有油坑。对没有设有油坑而底部根底平台为砼或三合土或沥青建筑的油浸变压器或底部距离油坑卵石面超过 03 m 的变压器，变压器底部必需加装一层喷咀。在设计过程中，最重要而必需考虑的事情，就是喷头及管道与电器设备之间的安全距离， 全部喷咀及管道与非绝缘的电力部件或带电局部必需符合要求。通常最好避开横越变压器的顶部，所以大局部顶部喷头的设计都是从旁边安装

13、的，但是横越散热器之间的管道是允许的。水雾最好避开直接在带电高压套管上，由于带电高压套管的温度很高，直接喷在其上极易使其爆裂。水雾喷在平滑而垂直的外表是最抱负的，但变压器有很多配件或外形是突出的，可能会影响喷雾不能安全掩盖，这时须加装喷头，以补充因突出的地方布水的缺乏。最初的设计面积和喷水量往往比布置水雾喷头后的喷水量少。假设水量过多或过少，可以将喷头的口径或压力调整，便可得出一个最抱负的设计水量。由于变压器的不规章外形， 可能使喷头的数目比预期的多，同时为了要照看到与管道对带电设备的安全距离，可能喷头的数量是不能削减的，这时，实际需要的流量会比最初设计的多。以下就是设计一套变压器水喷雾系统的

14、具体步骤。（1） 依据所承受的标准标准确定变压器的设计喷雾强度 WLminm2和变压器底部的排油设计喷雾强度 WLminm2。中国国际标准水喷雾灭火系统设计标准GB5021995规定为 W20 Lminm2，W6 Lminm2；美国 NFPA151990 年版规定为 W102 Lminm2，W61 Lminm2。（2） 在确定变压器顶部和四周侧面总的外外表积为设计保护面积 Stsm2。在确定不同外形的变压器面积时，可将变压外形归纳为简洁的几何图形，例如：圆筒形或长方体形。除了离变压器底部油坑卵石层外表或变压器底部根底平台顶面小于 03 m 的底部外，全部露出来的面积都要计入。即变压器的保护面积

15、除扣除底面面积以外的变压器外外表面积确定外，尚应包括油枕、冷却器等的外外表面积。（3） 确定变压器顶部和四周侧喷雾水量 S Lmin。tsQ WS Lmin。tsts（4） 确定变压器底部的面积 S m2。b这个面积就是计算变压器离开变压器底部油坑卵石层外表或变压器底部根底平台顶面超过 03 m 的底部面积。（5） 确定变压器底部排油喷雾保护的面积 S m2。gQ WS Lmin。bb（6） 确定变压器底部排油喷雾保护的面积 S m2。g对有油坑的变压器，S 应为油坑平面面积扣除变压器底部面积局部的面积。对没有油坑g和卵石的变压器，则 S 则指变压器排油所能涉及的四周地面面积。通常计算方法为：

16、将变压g器底部向四周再延长 10 m 后计算的面积。值得说明的是，依据美国 NFPA15 中 4434变压器局部规定中可以看出对有排油系统，如有卵石层的油坑或不带油坑但变压器四周具有良好渗透性的地面这种状况，美国 NFPA15 是没有考虑该局部保护面积的。（7） 计算变压器底部排油喷雾保护面积的喷雾水量 Q Lmin：tQ WS Lmin。bb（8） 计算整个变压器所需的喷雾水量 Q Lmin：g说明：为安全起见，对 Qt 的取值都不同程度地考虑了肯定的裕量。一般安全系数 k 取 105110。（9） 初步确定喷咀前所需压力 P Mpa。0水雾喷头的工作压力，相当于灭火时不得小于 035 Mp

17、a；用于防护冷却时不应小于 02 Mpa。灭火的工作压力一般在 035080 Mpa 之间。（10） 选定水雾喷头，计算喷头个数，进展喷头布置。依据保护面积、喷雾强度，参与喷头的雾化角、有效射程及喷头的流量特性，综合考虑整体喷雾效果确定喷头的型号、数量及布置方式。单个喷头流量：qK10 P 12Lmin；最少所需喷头数：NQ q个。0t喷头布置的原则是要取得足够的喷雾强度和掩盖面，但又不会过量。同时，设计时必需考虑以下各点。1喷头及管道与电气设备带电暴露局部的安全净距。在设计过程中，最重要而又必需考虑的就是喷头及管道与电气设备带电暴露局部的安全净距。在选择对变压器高压带电局部设备的水雾喷头时，

18、喷头的有效射程必需要大于该带电设备电压下的安全净距方能进展有效的保护。喷头管道布置时，全部喷头及管道与非绝缘的电力部件或带电局部必需附表中所示安全净距的要求。2喷咀与变压器外表的距离。如无必要，喷咀与变压器外表的距离最好保持在 06 m 左右。3喷头在变压器顶部的布置。通常最好避开管道横越变压器的顶部，所以大局部顶部喷头的设计都是从旁边安装的， 而水雾喷咀的水雾则从侧面抛向顶部。但是，横越散热器之间的管道是允许的，水雾最好避开直接喷在带电高压套管上。4同一管道不同位置的喷咀。有些设计为使水雾的掩盖面更全面完善，可能在同一层管道上通过一些支管，分别向上和向下喷射，这时可要增加适当的支架。2当承受

19、额定电压作为设计标准不承受设计根本绝缘水平时，则必需承受这一组中最大的“最小安全净距”。5） 底层的喷咀。假设变压器或散热器是置于离地面或卵石层顶面超过 03 m 的位置便需加装喷咀，通常是承受更大角度的喷咀，安装位置是向上的。6） 散热器之间的保护。假设散热器之间空位超过 03 m 的距离，便需增加安装喷咀，喷射的方法是将散热器中间完全掩盖。7阻水的考虑。假设水雾喷在平滑而垂直的外表是最抱负的，但变压器是有很多配件或外形是突出的，可能会影响喷雾不能完全掩盖。这时，便需加装喷咀，以补充因突出地方阻水的缺乏。8） 喷咀的垂直距离。通常喷咀的允许最高垂直距离是36 m，实际上可能距离会短一些，以适

20、应不同的变压器外形及大小而定。固然更与喷咀本身的特性和喷咀在垂直面上的布置有关。有效射程内水雾锥底圆半径越大，喷咀间 允许的垂直距离也越大；喷咀在垂直面上菱形布置比矩形布置允许的垂直距离大。喷咀布置的位置和方向水雾喷咀之间的水平距离和垂直距离应满足水雾锥相交的要求。设计时，应依据厂家产品样本上供给的喷咀喷射性能曲线或性能参数，将各个布置平面上的喷咀在变压器喷射外表上的水雾锥绘出，观看水雾 锥相交状况，分析整个变压器外外表是否被所布置的水雾喷咀在其有效射程内喷射的水雾所包络。假设未 包络住，应增加喷咀或调整喷咀布置方式或调整喷咀安装角度。喷咀安装的方向和角度应为：在顶部的喷咀最好稍为向下，在垂直

21、外表的喷咀应直接向着喷射的外表。假设变压器是不规章的外形，最好的喷射位 置是面对角位，应尽量避开喷咀过多。在散热器中的喷咀最好向着散热器的空间喷射。过量喷洒在布置喷咀时，应避开过量喷洒，尽量安排喷咀集中喷射在变压器上，同时应当考虑到系统带电距离。地台排油的设计假设变压器位于地台之上 03 m，而地台的构造为砼、三合土或沥青等非渗透面，那么变压器之下肯定要加装喷咀，而且必需向变压器外喷射。喷射的范围应是变压器外离开10 m 的面积，并以围绕整个变压器计算。安装这些喷头的缘由是将易燃物体或油类冲走，使其离开变压器范围。安装这些喷头的管道 也可从最底层的管道中接出。9） 从既定的喷咀布置中计算变压器

22、水喷雾灭火系统的实际总水量。水喷雾灭火系统的水力计算可按水喷雾灭火系统设计标准 GB5021995和 NFPA15“Water Sprayfixed Systemsfor Fire Prot ection”进展计算。建议最好按 MFPA15 在微软的EXCEL 中利用其计算功能进展计算。依据系统最不利点通常为最高点离接收水源最远点的喷咀设计压力逆水流方向逐级推算流量和水头损失，求出接收水源点处变压器水喷雾系统所需的总流量和压力，再依据接收水源点处水泵在该处供给 的压力确定是否满足要求。水泵在该点供给的压力过高应考虑减压；假设压力不够应调整喷雾系统管道管 径和喷咀口径。10） 系统的启动方式水喷

23、雾系统启动方式有水力启动系统、气体式启动系统、电动式启动系统和手动式启动系统等方式。对变压器建议承受电动启动方式的线性定温火灾探测器或温差探测器进展探测掌握。如可设置为每分钟假设 温升 83及温度到达 68或 79或 93时启动喷雾系统。通过设置，该启动系统对环境温度当时气温的影响可减到最小。11） 施工图或详图设计阶段。在施工图或详图设计阶段应留意室外变压器的喷雾管道及管架的可拆卸性以便不影响变压器的正常维护检修。同时考虑水喷雾系统的喷头、配管及管架均应接地，接地电阻应在16 以下。6 实例下面为承受NFPA15 标准的一个变压器水喷雾初步水量计算实例。6.1 变压器根本特性变压器外形尺寸：

24、本体高 432 m、宽 347 m、长 800 m 220 千伏高压套管对地高度：730 m110 千伏中压套管对地高度：632 m油箱对地高度：430 m冷却器：总长 52 m、宽：16 m、高 42 m变压器本体连冷却器：总长 1370 m、总宽 520m、总高 730 m变压器油坑：长 1600 m、宽 800 m、平均深度 060 m变压器底部离卵石层：050 m变压器储油量：62 m3油重 56 t 冷却器油量：12 m3变压器油闪点：1401456.2 变压器设计喷射强度顶部与四周外表：102 Lminm2底部：102 Lminm2排油：62 Lminm26.3 变压器总喷洒面积依据美国 MFPA15 中 4434a条排油坑可不考虑排油喷洒保护，而变压器底部离油坑卵石层距离大于 03 m，变压器底部应考虑喷洒保护。则变压器总喷洒面积为tSSS ts21375213773527341842 m2b变压器总的设计流量QtkStW1141821024 695Lmin