電廠主變壓器區域消防噴頭誤動作的故障分析

石志超，孫 威，范玉國

（中廣核核電運營有限公司，廣東深圳 518116）

0 引言

主變壓器為高壓帶電設備，含大量可燃物質，如絕緣油等，加上繞組內部對地短路，鐵芯故障引起過熱，變壓器過負荷運行引起溫度升高等因素，使變壓器成為火災高風險區域。為了及時控制初期階段的火災，某南方沿海電廠主變壓器區域設置了高速噴淋自動滅火系統，該系統通過分布在變壓器各部位的閉式噴頭感溫探測。火災發生時，閉式噴頭上的玻璃球感溫破裂后，所在探測管線泄壓，啟動雨淋閥，投運消防水噴淋。

1 故障現象

（1）主變壓器消防噴淋誤啟動。近年來多次主變壓器消防噴淋動作的故障，確認現場沒有火情后，隔離主變消防。設備狀態檢查確認，其中一個探測噴頭的玻璃球誤爆破碎。閉式噴頭公稱動作溫度為68℃，更換新備件后重新投運消防系統（圖1）。

圖1 主變區域消防閉式探頭

（2）探測噴頭的感溫液體泄漏。定期檢查發現多起探測噴頭的感溫元件漏液的情況，進一步檢查為玻璃球表面有裂紋（表1）。

表1 消防閉式探頭歷史故障信息

2 原因分析

2.1 環境工況

探測噴頭的誤爆或漏液故障集中出現在主變區域，常發生于夏季的降雨后。夏日的降雨前后，消防玻泡存在冷熱急變的過程，玻璃球反復受到感溫液體膨脹應力的作用，處在高疲勞狀態。

主變區域處在室外，受到日曬，且由于主變本體散熱，其環境溫度遠高于同處室外的廠變、輔變等區域。在對主變三相油溫（A相57℃，B相60℃，C相63℃）進行對比后，選取油溫最高的C相區域作為測量對象，在陽光的照射下，使用紅外測溫儀測量，探測噴頭處的最高溫度達到58.5℃。

2.2 規范要求

原設計主變區域采用的消防探測噴頭公稱動作溫度均為68℃。國標GB 18428—2010《自動滅火系統用玻璃球》規定[1]：公稱動作溫度為68℃的玻璃球，色標為紅色，靜態動作溫度范圍在65～74℃。另外，國標GB 50084—2017《自動噴水滅火系統設計規范》規定[2]：“閉式噴頭（探頭）的公稱動作溫度宜比使用環境的最高溫度高30℃”，即建議動作溫度為68℃的消防探測玻泡應用于最高不超過38℃的環境。

主變區域現場最高環境溫度58.5℃，高于規范推薦值38℃。

雖然上述規定不是強制要求，但從外部反饋和相關資料來看，當玻泡受熱至距其公稱動作溫度的30℃范圍內時，玻泡內的感溫液體開始膨脹，并對玻璃球壁施加壓力。

汽輪機區域內消防探頭的環境溫度也比較高，最高環境溫度達到46.8℃，但該區域的消防探頭未發生誤爆或漏液的情況。與汽機區域相比，主變區域的溫差變化較大。尤其在夏日的降雨前后，消防探頭存在冷熱急變的過程，玻璃球反復受到感溫液體膨脹應力的作用，處在高疲勞狀態。所以，主變區域的消防探頭動作溫度選型應充分考慮嚴苛環境的影響。

2.3 樣品檢測

為分析閉式噴頭本身性能差異，選取現場不同區域、不同品牌的閉式噴頭樣品，外送天津消防研究生對閉式噴頭進行相關檢測，檢測內容有靜態溫度試驗、疲勞試驗。

根據GB 18428—2010標準中閉式噴頭的玻璃球公稱動作溫度標準，靜態動作溫度符合表2規定。

表2 玻璃球的靜態動作溫度 ℃

檢測結果顯示：①71%的現場送檢樣品動作溫度不合格，說明閉式噴頭存在老化現象；②動作溫度向上漂移的樣品均為A品牌老型號的閉式噴頭；③動作溫度向下漂移的樣品均為A品牌新型號的閉式噴頭；④合格區間范圍內的樣品為全部的B品牌新探頭、部分A品牌新型號探頭。

該檢測結果與現場實際情況一致，即誤動作的探頭大部分為A品牌新型號探頭、個別為B品牌新探頭，而A品牌老型號探頭未發生過誤動作。

在主變區域的高熱疲勞狀態下，消防探頭存在老化現象。從統計角度上看，A品牌新型號探頭溫度向下漂移，由于主變區域環境溫度較高，可能出現個別探頭誤爆的情況；A品牌老型號探頭動作溫度向上漂移，動作溫度較高，反而不易出現誤爆。現場更換A品牌新型號探頭后，集中出現誤動作的故障，通過檢測結論表明，與該批次的消防探頭動作溫度向下漂移、低于規范要求的最低動作溫度有關（圖2）。

圖2 玻泡靜態動作溫度分布

3 分析結論

收集各生產區域的消防探頭缺陷，通過質量排列圖分析，確認影響質量主次因素。主變區域的環境工況、閉式探頭選型和A品牌新型號探頭的公稱溫度下漂移類似概率為93%，是主要質量因素（圖3）。

圖3 消防閉式探頭的質量分析排列圖

主變壓器區域消防閉式噴頭誤動作的原因主要有以下3個：①主變區域環境溫度較高，消防探頭選型溫度偏低；②主變區域溫差變化大，加速了玻璃球的老化；③A品牌新型探頭動作溫度存在向下偏移的情況，低于規范要求的最低動作溫度。個別動作溫度接近最高環境溫度，出現了誤爆，而引發消防誤噴淋。

4 糾正措施

根據分析結論，該電廠對主變區域消防探頭進行重新選型：確定使用公稱動作溫度為79℃的探頭；選用性能較穩定的品牌型號；定期檢查維護等措施。自2012年運行至今，尚未發生上文所述故障。

5 結束語

（1）消防閉式噴頭（探頭）的使用環境，除了單純的氣候條件，還應綜合考慮所保護設備的運行溫度的影響。

（2）室外區域的消防閉式噴頭（探頭）的使用存在老化的情況，需要制定針對性的檢查和維護措施。