山西地区220 kV户外变电站主变消防系统的比选

张 晓 镭

(国网山西电力设计研究院，山西 太原 030002)

山西地区220 kV户外变电站主变消防系统的比选

张 晓 镭

(国网山西电力设计研究院，山西 太原 030002)

结合山西省内220 kV变电站实例，针对220 kV户外变电站浸油变压器的消防系统进行了研究，通过采用全寿命周期投资的方法对水喷雾型灭火系统、排油充氮型灭火系统及合成泡沫喷雾型灭火系统的技术性能进行了比较分析，提出了适应于山西地区的220 kV变电站主变压器消防系统(排油充氮灭火系统)。

户外变电站，主变消防系统，全寿命周期，投资

0 引言

变压器是变电站内的最主要的设备，油浸变压器中的绝缘介质油具有良好的绝缘性和导热性，变压器油的闪点一般为130 ℃，是可燃液体。当变压器发生电弧闪络，变压器油受热分解产生的气体会燃烧形成火灾。根据GB 50229—2006火力发电厂与变电站设计防火规范中11.5.4条的要求：单台容量为125 MVA及以上的主变压器应设置水喷雾型灭火系统、合成泡沫喷雾型系统或其他固定式的灭火装置。主变压器消防常用的灭火系统为：合成泡沫喷雾型灭火系统、排油充氮型灭火系统和水喷雾型灭火系统。这三种灭火系统在灭火方式上各有优缺点，在运行的可靠性、施工周期、全寿命周期投资及维护上有所差别。山西省位于华北平原西面的黄土高原上，地理位置北纬34°34′～40°44′，东经110°14′～114°33′，全境面积15.6万km2。气候类型属温带大陆性季风气候，山西省北部属严寒地区，南部属寒冷地区。

1 水喷雾灭火系统

1.1 灭火原理

水喷雾型灭火系统是将高压水流经几种形式的喷头雾化，喷射出雾状水流，水雾喷在燃烧的物体上，进行降温冷却并使燃烧物隔绝空气，以起到灭火作用。水喷雾型灭火系统灭火效率高，现已广泛应用在大容量变压器的消防中。

1.2 优缺点

1)优点。

a.火灾灭火的效率较高。水喷雾灭火通过表面冷却、窒息、乳化和稀释四种作用灭火，不仅使其具有了更广的适用范围，而且极大地提高了灭火效率。

b.具有成熟的设计和使用经验。

c.适应性强。水喷雾灭火系统不受变压器含油量限制，只需根据变压器的体积，依据规范配置灭火器喷头即可达到迅速灭火的目的。

2)缺点。

a.需要设置完善的消防给水系统，需设放置水泵和雨淋阀组的房间，增加了土建费用和占地面积。

b.对未着火的设备、仪表可能造成污损。

c.在寒冷及严寒地区、运行条件恶劣的地区，影响该系统的使用效果。

2 排油充氮灭火系统

2.1 灭火原理

排油充氮型灭火系统是集成了火灾探测、报警、灭火功能，通过切断外溢的变压器油源、快速排除热油、将其快速冷却、隔绝空气等多种灭火手段，将变压器火灾事故消灭在初始阶段。

自动充氮灭火装置在同时接收到感温元件报警信号和重瓦斯报警信号后，可自动启动消防系统，启动后，排油阀打开，迅速将变压器油箱顶部热油排出，排油数秒后，氮气从油箱底部注入，强制热冷油交换，使油温迅速降至燃点以下使变压器充分冷却，防止其复燃。

2.2 优缺点

1)优点。

a.安装方便，几乎无土建工程量。排油充氮灭火系统组成简单可与变压器成套供货，安装量很少。该系统只需要配套建设控制柜的基础。

b.使用寿命长，维护方便。

c.适用范围广，受外界影响小。该系统在大风及风沙天气，不影响使用。

d.采用预制灭火系统，可靠性强。排油充氮灭火系统为1对1的灭火系统，即每台变压器配1套灭火系统。

2)缺点。

变压器火灾若有箱体开裂现象，变压器油从箱体开裂处喷出在变压器外部燃烧，排油充氮灭火系统将不能发挥灭火作用，需要采取其他辅助手段(如推车式灭火器等)防止火灾的蔓延。

3 合成泡沫喷雾型灭火系统

3.1 灭火原理

合成泡沫喷雾型灭火系统的原理是：采用储存于储液罐中的高效合成泡沫灭火剂。当发生变压器火灾时，通过火灾自动报警联动控制或手动控制，储液罐内的合成泡沫灭火剂在高压氮气驱动下，通过管道和水雾喷头，将泡沫灭火剂喷射到发生火灾的变压器上；迅速冷却油表面，并产生一层阻燃薄膜，隔离变压器和空气，使之快速灭火的灭火系统。

3.2 优缺点

1)优点。

a.泡沫喷雾灭火系统稳定性好，灭火效率高，绝缘性好，降温较快。

b.泡沫喷雾灭火系统不受变压器油量限制，只需根据变压器的外形体积，依据规范配置灭火器喷头，即可达到迅速灭火的目的。

2)缺点。

a.需要设置泡沫小室，增加了土建费用和占地面积。

b.整套系统需要定期作设备维护。同时管道、喷头存在防锈、防杂物及喷头防堵等问题。

c.寒冷及严寒地区、运行条件恶劣的地区，会影响该系统的使用效果。

4 三种主变灭火系统技术分析比较

水喷雾灭火系统、排油充氮灭火系统和合成型泡沫喷雾灭火系统都通过了“国家消防检测机构”的权威检测。GB 50229—2006火力发电厂与变电站设计防火规范将上述三种灭火方式作为变压器消防可采用的固定灭火方式均是有科学依据，技术上都是可行的。三种灭火系统主要技术比较详见表1。

表1 三种灭火系统主要技术比较表

5 三种主变灭火系统全寿命周期投资分析

山西省内220 kV户外变电站的工程规模75%以上为规划建设3×180 MVA主变压器，初期建设2×180 MVA主变压器。

主变消防如采用水喷雾灭火系统，因为没有消防水源和消防水泵，均需专项投资，约30万元，购置雨淋阀组、配水管道、水雾喷头及火灾探测装置等，约20万元，建设24 m2消防泵房约7万元，120 m3消防水池约13万元、本期工程投资70万元左右；远期扩建1组主变压器仅需扩建雨淋阀、管材、喷头等，投资为10万元左右。

主变消防如采用合成型泡沫喷雾灭火系统，购置及安装PWZ泡沫喷雾灭火装置约60万元，建设20 m2泡沫小室约6万元，本期工程投资66万元左右；远景扩建1组主变压器仅需扩建管材、喷头等，投资为8万元左右。

主变消防如采用排油充氮灭火系统，不需要新建构筑物，该系统单套装置市场价格约为15万元。2台主变压器需2套，本期工程投资为30万元。远期扩建1台主变压器需1套，远期工程投资为15万元。

在初期投资方面，水喷雾灭火系统及合成型泡沫喷雾灭火系统两种灭火系统投资基本相当，排油充氮灭火系统不到二者的一半；在扩建投资方面，水喷雾灭火系统及合成型泡沫喷雾灭火系统投资较低，排油充氮灭火系统投资相对较大。在日常维护方面，本工程主变压器全寿命周期按设备寿命期25年设定，两种灭火系统的日常维护费用均有所发生，但费用较少，可以忽略。三种灭火系统的全寿命周期末的残值(即处置成本CD)很小，折算为现值可忽略不计。三种变压器灭火系统经济比较表详见表2。

表2 三种灭火系统主要经济比较表 万元

根据以上分析以及输变电工程的特点，输变电工程全寿命周期成本的计算方法如下：

其中，COj，CMj，CFj分别为第j年发生的运行成本、养护成本、维修成本；i为贴现率(i=6.71%)；n为计算年限；CI为初始成本；CD为处置成本。

经全寿命周期成本测算，采用水喷雾灭火系统为77.24万元，采用合成泡沫喷雾型灭火系统为71.77万元，采用排油充氮灭火系统为41.33万元，比较的结果采用排油充氮灭火系统最为经济。

6 结语

水喷雾灭火系统、排油充氮灭火系统及合成型泡沫喷雾灭火系统均通过了国家消防检测机构的检测。从各自的优缺点对比来看，水喷雾灭火系统及合成型泡沫喷雾灭火系统技术较成熟，应用比较普遍安全可靠。排油充氮型灭火系统是主动灭火方式，具有防火及防爆的性能，安装和运行维修简单方便，初期投资较低，扩建费用相对较高。

结合山西地区气候状况：户外220 kV变电站，建筑物占地面积小，配电室内结构紧凑，如采用合成型泡沫喷雾灭火系统，需要另外设置泡沫消防间，若采用水喷雾灭火系统需要额外设置消防泵房及消防水池，不仅增加了土建费用，也对建筑内各房间的合理布置造成一定困难，不符合“建设资源节约型”变电站理念。

根据山西地区220 kV户外变电站特点，在技术性能及全寿命周期投资方面，排油充氮型灭火系统较水喷雾型灭火系统和合成泡沫喷雾型灭火系统具有非常大的优势，故在山西地区220 kV户外变电站主变消防设计推荐采用排油充氮灭火系统。

[1] GB 50229—2006，火力发电厂与变电站设计防火规范[S].

[2] GB 50016—2006，建筑设计防火规范[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

张晓镭(1971- )，男，高级工程师，注册建筑师，注册造价师

1009-6825(2015)06-0114-02

TU998.1

A