山西地區220 kV戶外變電站主變消防系統的比選

張 曉 鐳

(國網山西電力設計研究院，山西 太原 030002)

山西地區220 kV戶外變電站主變消防系統的比選

張 曉 鐳

(國網山西電力設計研究院，山西 太原 030002)

結合山西省內220 kV變電站實例，針對220 kV戶外變電站浸油變壓器的消防系統進行了研究，通過采用全壽命周期投資的方法對水噴霧型滅火系統、排油充氮型滅火系統及合成泡沫噴霧型滅火系統的技術性能進行了比較分析，提出了適應于山西地區的220 kV變電站主變壓器消防系統(排油充氮滅火系統)。

戶外變電站，主變消防系統，全壽命周期，投資

0 引言

變壓器是變電站內的最主要的設備，油浸變壓器中的絕緣介質油具有良好的絕緣性和導熱性，變壓器油的閃點一般為130 ℃，是可燃液體。當變壓器發生電弧閃絡，變壓器油受熱分解產生的氣體會燃燒形成火災。根據GB 50229—2006火力發電廠與變電站設計防火規范中11.5.4條的要求：單臺容量為125 MVA及以上的主變壓器應設置水噴霧型滅火系統、合成泡沫噴霧型系統或其他固定式的滅火裝置。主變壓器消防常用的滅火系統為：合成泡沫噴霧型滅火系統、排油充氮型滅火系統和水噴霧型滅火系統。這三種滅火系統在滅火方式上各有優缺點，在運行的可靠性、施工周期、全壽命周期投資及維護上有所差別。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110°14′～114°33′，全境面積15.6萬km2。氣候類型屬溫帶大陸性季風氣候，山西省北部屬嚴寒地區，南部屬寒冷地區。

1 水噴霧滅火系統

1.1 滅火原理

水噴霧型滅火系統是將高壓水流經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。水噴霧型滅火系統滅火效率高，現已廣泛應用在大容量變壓器的消防中。

1.2 優缺點

1)優點。

a.火災滅火的效率較高。水噴霧滅火通過表面冷卻、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.具有成熟的設計和使用經驗。

c.適應性強。水噴霧滅火系統不受變壓器含油量限制，只需根據變壓器的體積，依據規范配置滅火器噴頭即可達到迅速滅火的目的。

2)缺點。

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

b.對未著火的設備、儀表可能造成污損。

c.在寒冷及嚴寒地區、運行條件惡劣的地區，影響該系統的使用效果。

2 排油充氮滅火系統

2.1 滅火原理

排油充氮型滅火系統是集成了火災探測、報警、滅火功能，通過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，將變壓器火災事故消滅在初始階段。

自動充氮滅火裝置在同時接收到感溫元件報警信號和重瓦斯報警信號后，可自動啟動消防系統，啟動后，排油閥打開，迅速將變壓器油箱頂部熱油排出，排油數秒后，氮氣從油箱底部注入，強制熱冷油交換，使油溫迅速降至燃點以下使變壓器充分冷卻，防止其復燃。

2.2 優缺點

1)優點。

a.安裝方便，幾乎無土建工程量。排油充氮滅火系統組成簡單可與變壓器成套供貨，安裝量很少。該系統只需要配套建設控制柜的基礎。

b.使用壽命長，維護方便。

c.適用范圍廣，受外界影響小。該系統在大風及風沙天氣，不影響使用。

d.采用預制滅火系統，可靠性強。排油充氮滅火系統為1對1的滅火系統，即每臺變壓器配1套滅火系統。

2)缺點。

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

3 合成泡沫噴霧型滅火系統

3.1 滅火原理

合成泡沫噴霧型滅火系統的原理是：采用儲存于儲液罐中的高效合成泡沫滅火劑。當發生變壓器火災時，通過火災自動報警聯動控制或手動控制，儲液罐內的合成泡沫滅火劑在高壓氮氣驅動下，通過管道和水霧噴頭，將泡沫滅火劑噴射到發生火災的變壓器上；迅速冷卻油表面，并產生一層阻燃薄膜，隔離變壓器和空氣，使之快速滅火的滅火系統。

3.2 優缺點

1)優點。

a.泡沫噴霧滅火系統穩定性好，滅火效率高，絕緣性好，降溫較快。

b.泡沫噴霧滅火系統不受變壓器油量限制，只需根據變壓器的外形體積，依據規范配置滅火器噴頭，即可達到迅速滅火的目的。

2)缺點。

a.需要設置泡沫小室，增加了土建費用和占地面積。

b.整套系統需要定期作設備維護。同時管道、噴頭存在防銹、防雜物及噴頭防堵等問題。

c.寒冷及嚴寒地區、運行條件惡劣的地區，會影響該系統的使用效果。

4 三種主變滅火系統技術分析比較

水噴霧滅火系統、排油充氮滅火系統和合成型泡沫噴霧滅火系統都通過了“國家消防檢測機構”的權威檢測。GB 50229—2006火力發電廠與變電站設計防火規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依據，技術上都是可行的。三種滅火系統主要技術比較詳見表1。

表1 三種滅火系統主要技術比較表

5 三種主變滅火系統全壽命周期投資分析

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

主變消防如采用水噴霧滅火系統，因為沒有消防水源和消防水泵，均需專項投資，約30萬元，購置雨淋閥組、配水管道、水霧噴頭及火災探測裝置等，約20萬元，建設24 m2消防泵房約7萬元，120 m3消防水池約13萬元、本期工程投資70萬元左右；遠期擴建1組主變壓器僅需擴建雨淋閥、管材、噴頭等，投資為10萬元左右。

主變消防如采用合成型泡沫噴霧滅火系統，購置及安裝PWZ泡沫噴霧滅火裝置約60萬元，建設20 m2泡沫小室約6萬元，本期工程投資66萬元左右；遠景擴建1組主變壓器僅需擴建管材、噴頭等，投資為8萬元左右。

主變消防如采用排油充氮滅火系統，不需要新建構筑物，該系統單套裝置市場價格約為15萬元。2臺主變壓器需2套，本期工程投資為30萬元。遠期擴建1臺主變壓器需1套，遠期工程投資為15萬元。

在初期投資方面，水噴霧滅火系統及合成型泡沫噴霧滅火系統兩種滅火系統投資基本相當，排油充氮滅火系統不到二者的一半；在擴建投資方面，水噴霧滅火系統及合成型泡沫噴霧滅火系統投資較低，排油充氮滅火系統投資相對較大。在日常維護方面，本工程主變壓器全壽命周期按設備壽命期25年設定，兩種滅火系統的日常維護費用均有所發生，但費用較少，可以忽略。三種滅火系統的全壽命周期末的殘值(即處置成本CD)很小，折算為現值可忽略不計。三種變壓器滅火系統經濟比較表詳見表2。

表2 三種滅火系統主要經濟比較表 萬元

根據以上分析以及輸變電工程的特點，輸變電工程全壽命周期成本的計算方法如下：

其中，COj，CMj，CFj分別為第j年發生的運行成本、養護成本、維修成本；i為貼現率(i=6.71%)；n為計算年限；CI為初始成本；CD為處置成本。

經全壽命周期成本測算，采用水噴霧滅火系統為77.24萬元，采用合成泡沫噴霧型滅火系統為71.77萬元，采用排油充氮滅火系統為41.33萬元，比較的結果采用排油充氮滅火系統最為經濟。

6 結語

水噴霧滅火系統、排油充氮滅火系統及合成型泡沫噴霧滅火系統均通過了國家消防檢測機構的檢測。從各自的優缺點對比來看，水噴霧滅火系統及合成型泡沫噴霧滅火系統技術較成熟，應用比較普遍安全可靠。排油充氮型滅火系統是主動滅火方式，具有防火及防爆的性能，安裝和運行維修簡單方便，初期投資較低，擴建費用相對較高。

結合山西地區氣候狀況：戶外220 kV變電站，建筑物占地面積小，配電室內結構緊湊，如采用合成型泡沫噴霧滅火系統，需要另外設置泡沫消防間，若采用水噴霧滅火系統需要額外設置消防泵房及消防水池，不僅增加了土建費用，也對建筑內各房間的合理布置造成一定困難，不符合“建設資源節約型”變電站理念。

根據山西地區220 kV戶外變電站特點，在技術性能及全壽命周期投資方面，排油充氮型滅火系統較水噴霧型滅火系統和合成泡沫噴霧型滅火系統具有非常大的優勢，故在山西地區220 kV戶外變電站主變消防設計推薦采用排油充氮滅火系統。

[1] GB 50229—2006，火力發電廠與變電站設計防火規范[S].

[2] GB 50016—2006，建筑設計防火規范[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，高級工程師，注冊建筑師，注冊造價師

1009-6825(2015)06-0114-02

TU998.1

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