濮骞忠 朱德昌 金大满

摘 要：该文简明阐述了电网公司变电站油浸式电力变压器的消防设施设置现状，客观分析变电站油浸式电力变压器的运行环境的特殊性和火灾的危险性，深入探讨油浸式电力变压器适用的5种典型的自动灭火设施（装置）的灭火机理、适用环境以及工程运用的优势和局限性，最后根据变电站消防水源能否保障、变压器是否露天安装、能否形成密闭空间等不同运行环境条件，为油浸式电力变压器选择合适的自动灭火方式。

关键词：变压器自动灭火；水喷雾灭火；泡沫喷雾；排油注氮

中图分类号：X924 文献标志码：A

0 引言

电网公司的变电站主变压器通常选用大型油浸式电力变压器，由于其体量大，绝缘油用量多，火灾危险性比较大。油浸式电力变压器一旦发生火灾必将导致设备烧毁、供电中断，从而造成巨大的经济损失、社会影响严重、甚至出现人员的伤亡。为了确保电网供电的安全、可靠性，针对油浸式电力变压器设置先进、可靠、高效、安全、经济和环保的自动灭火设施至关重要。

1 变电站电力变压器的消防设施设置现状

笔者实地考察了中国南方电网云南电网公司的15个变电站主变消防设施设置现状，并对国内外油浸式电力变压器灭火方式进行了检索研究，最终发现油浸式电力变压器自动灭火设施的设置缺乏统一标准，其设置现状归纳起来共有5种情形。

（1）油浸式电力变压器仅有厂家配套的排油注氮灭火系统（装置），未专门设置自动灭火设施对器身及集油坑进行保护。

（2）设置超音速干粉灭火装置对主用变压器的器身及集油坑进行保护。

（3）设置低倍数水成膜泡沫灭火系统对主用变压器的器身及集油坑进行保护。

（4）设置合成泡沫喷雾系统对主用变压器的器身及集油坑进行保护。

（5）设置水喷雾灭火系统对主用变压器的器身及集油坑进行保护。

从电网公司众多变电站主变压器的消防设施设置现状来看：有的未设置完善的自动灭火设施，其消防安全现状堪忧；有的变电站自动灭火设施选型不合理，消防安全保障性较低；仅有部分变电站的自动消防设施设置符合要求，能够真正提高消防安全保障能力。

2 变电站电力变压器的运行环境及火灾危险性分析

2.1 变电站油浸式电力变压器的运行环境分析

当前，电网公司的大多数变电站设置在偏远地带，变电站的运营管理模式也已经实现了无人值守。因此，变电站一旦发生火灾将无人实施扑救，公安消防的灭火救援力量也不能确保在较短的时间内及时到达。可见，为变电站的油浸式电力变压器设置一套完善、有效的自动灭火设施设置非常必要。变电站主变压器自动消防设施的设置既要确保系统的可靠性、安全性、高效性以及先进性，还要兼顾建设投资及运维管理的经济、合理性，同时还需要满足有关环境保护的技术指标以及现行法律、法规的相关要求。

变电站的油浸式电力变压器均为露天设置，防护区域不能形成封闭空间，不能采用全淹没灭火方式，如选择其他灭火方式还应考虑环境及气象因素（如刮风、下雨等）的影响。部分变电站地处偏远且严重缺水的地区，消防水源无法保障，设计人员在选择自动灭火方式时必须加以考虑。

2.2 变电站油浸式电力变压器的火灾危险性分析

变电站电力变压器的火灾危险性主要包括5个方面。

（1）大型油浸式电力变压器的电压高、体量大、油量多、火灾危险性大。以1台特变电工衡阳变压器有限公司生产的SFZ11-180000/220GY型油浸式三相有载调压变压器为例，主变额定容量为180 000 kVA，额定电压为220 kV/110 kV，器身重量为122 700 kg，油重量为66 310 kg，上节油箱重量为19 390 kg，总重量为242 570 kg。因此火灾危险性比较大，发生火灾后扑救十分困难。

（2）油浸式电力变压器属于高压电气设备，可燃物主要是绝缘油，火灾危险性为丙类，火灾类型属于B、E类火灾，因此火势蔓延非常快，扑救难度非常大。

（3）存在变压器铁芯过热引发火灾的风险。变压器因散热装置故障、硅钢片铁芯绝缘损坏引起内部过热，在保护装置失效的极端情况下可能引发火灾。

（4）存在变压器绕组匝间短路引发火灾的风险。变压器发生绕组匝间短路时，变压器油箱内部会瞬间产生高温、高压，进而爆炸起火。同时，油浸式变压器爆炸瞬间往往会产生燃油喷发、飞溅，这将会导致火灾迅速向临近区域蔓延，从而扩大火灾范围。

（5）存在变压器进出线短路引发火灾的风险。意外情况下导体接触外线导致一次线路短路引发火灾，如台风、泥石流等造成树木、金属塔架倒塌；因违反安全操作规程或安全措施不当导致金属杆件、钢绳、钢芯铝绞线、金属梯触碰高压带电设备等。

3 电力变压器自动灭火系统的工程运用分析

我们对电力变压器适用的各种灭火方式、设施进行了专门的调查和研究，得出的结论是目前工程上用来保护不同运行环境的油浸式电力变压器的自动灭火设施主要包括排油注氮灭火系统（装置）、气体灭火系统、水喷雾灭火系统、干粉灭火系统（装置）和泡沫喷雾灭火系统等。下面将逐一对它们的灭火机理、系统优势和运用局限性进行分析和比较。

3.1 排油注氮灭火系统（装置）

排油注氮灭火系统（装置）由排油、断流、注氮和控制4个子系统组成，是适用于油浸式电力变压器防火、防爆和灭火的自动消防设施之一。排油注氮灭火系统（装置）具有手动和自动灭火控制方式。其中，系统自动灭火的基本原理是当变压器出现匝间短路等故障时，变压器内部温度将异常升高，同时伴随可燃气体产生（瓦斯），當内部温度、瓦斯浓度达到报警阈值时，设置在变压器顶部的感温火灾探测器和变压器内部的重瓦斯继电器相继动作，向控制系统发出火灾报警信号。控制系统接收到变压器内部火警信号后，控制系统自动启动断流系统和排油系统，关闭断流阀，切断上部油箱向变压器内部的供油管路，自动开启事故排油阀进行排油泄压。经过3 s～20 s的延时后，注氮系统的氮气瓶上的电磁瓶头阀开启，氮气通过注氮管从变压器底部注入并充满变压器内部，将变压器内部残存的绝缘油与空气进行隔离，从而实现窒息抑燃、灭火防爆的目的。

从其灭火原理不难看出，排油注氮灭火系统存在不能扑灭变压器外部及集油坑火灾的局限性。排油注氮灭火系统仅用于油浸式电力变压器内部灭火，如果变压器因绕组匝间短路导致瞬间爆炸，大量燃烧的绝缘油四处飞溅导致流淌火蔓延，同时大部分燃烧的绝缘油流入集油坑内引起集油坑大火。如果变压器外部未设置其他自动灭火设施，排油注氮灭火系统（装置）不能对集油坑大火、燃油飞溅火、流淌火进行扑救。

3.2 气体灭火系统

气体灭火系统是指以气体作为灭火介质的灭火系统，常用的气体灭火介质有二氧化碳（CO2）、七氟丙烷（HFC-227ea）、IG541等，在灭火机理方面，二氧化碳（CO2）、IG541主要是冷却和窒息，七氟丙烷（HFC-227ea）主要是化学抑制。气体灭火系统运用有全淹没和局部运用2种形式，能扑灭电气火灾和丙类可燃油表面火灾，其适用于室内封闭空间灭火（全淹没）及不受刮风影响的高大空间内重要保护对象的保护（局部运用）。变电站的油浸变压器均为室外露天安装，如风力达到3级以上，气体灭火系统将会因灭火剂被风吹散而失去灭火效能。因此，对于电网公司在变电站露天设置的油浸式电力变压器、电抗器而言，选用气体灭火方式并不合理。

3.3 水喷雾灭火系统

水喷雾灭火系统通常是采用离心雾化型喷头喷射出高速的雾状水滴实施灭火的，由于水雾喷头喷射出的是间断水滴，具有良好的电气绝缘性能，可用于电气火灾扑救。因此，水喷雾灭火系统特别适用于油浸式电力变压器绝缘子根部爆裂火灾和油箱局部爆裂火灾的保护。通过公安部天津消防研究所做的水喷雾电绝缘试验以及变压器火灾模拟试验，水喷雾灭火在油浸式电力变压器方面的运用得到了权威、有效的验证。

由于油浸式电力变压器火灾的主要可燃物为绝缘油（火灾危险性为丙类），水喷雾系统扑救油浸变压器火灾主要是通过水雾的冷却、窒息和乳化作用实现的。水雾滴受热后会汽化，能够带走大量的热，同时水雾滴汽化后体积会膨胀1 680倍，使得可燃物周围空气中的氧气含量显著下降，当可燃物周围空气中的氧含量低于15 %时，火灾就会熄灭。此外，高速的水雾滴冲击燃烧的绝缘油液面时，绝缘油在表层与水混合、乳化，使其燃烧性能显著降低，从而使绝缘油的燃烧中断。在水雾多种灭火机理的共同作用下，油浸变压器火灾将会受到抑制并最终被扑灭。

由于水是最廉价、最广泛的灭火剂，在大多数场合都是取之不尽用之不竭的，因此，能够用水扑救、能够保证消防用水的情况下，应优先考虑水灭火方式。水喷雾灭火系统就是非常适用于露天设置的油浸式电力变压器的水灭火方式。研究发现，水喷雾灭火系统运用于油浸式电力变压器的火灾防护具有灭火效能高、工程造价及运维费用低、系统运行维护简单等显著优点。特别是对于变电站露天安装的油浸式电力变压器（或电抗器）而言，由于水雾滴径较大（0.5 mm～0.8 mm），喷雾持续时间较长（≥24 min），水雾喷射初速较高，且喷头保护覆盖变压器器身和集油坑，可确保风力5级以下具有较好的灭火、控火的效果。水喷雾灭火的不足之处是灭火用水量较大，对消防水源的保障性要求高，一般需要设置较大容量的消防水池和大流量的消防水泵。对于严重缺水的变电站，如果消防水源无法保障，就不能选用水喷雾灭火系统。

3.4 干粉灭火系统（装置）

干粉灭火系统（装置）是采用ABC型磷酸铵盐灭火剂实施灭火的，其灭火机理主要是化学抑制，粉雾接触到有焰燃烧的火焰时，能够捕获并消耗燃烧自由基，从而中止燃烧的链式反应。普通的干粉灭火剂颗粒粗、沉降快，不适用于全淹灭火方式，因此只能采用局部运用方式灭火。超细干粉灭火剂平均粒径相对较小（粒径为20μm～60μm），灭火剂在空气中悬浮时间较长，能够绕过障碍物灭火，因此既可在封闭空间采用全淹没方式进行灭火，也可在敞开空间采用局部运用方式灭火。

但对于室外露天设置的油浸式电力变压器灭火保护而言，由于变压器周围没有形成封闭空间，因此只能采用局部运用方式灭火，其灭火效果受气象条件（如刮风、下雨等）影响很大。从已有的工程案例来看，设计者一般选用无管网的贮压式超细干粉灭火装置，安装方式为沿变压器平行两边对向布置（一般选短边），这种灭火方式存在诸多弊端：

（1）该装置灭火为瞬间触发，喷洒的持续时间非常短暂，灭火效果差，特别是对于油类火灾的复燃问题无能为力；

（2）安装人员难于准确控制喷射角度和覆盖范围，喷射偏离目标的可能性较大。

（3）超细干粉类似于气体，极易被室外强风吹散，不能保证其在不利气象条件下的灭火效果。

（4）干粉灭火剂喷射后会有残留物，对变压器外壳、散热孔、电极造成一定的污染。

（5）装置安装于室外，长期经受风吹、雨淋、日晒、霜冻，干粉灭火剂容易受潮、结块，启动引发装置也可能会失效。

因此，无论采用普通干粉还是超细干粉的灭火装置，其对于室外露天安装的油浸电力变压器的灭火运用效果均不理想，不能为油浸式电力变压器提供消防安全保障。

3.5 泡沫喷雾灭火系统

泡沫喷雾灭火系统是采用高效泡沫液（如：SP合成泡沫）作为灭火剂实施灭火的一种新型灭火装置，由泡沫液储罐（含泡沫灭火剂）、N2动力瓶组、N2启动瓶、分区控制阀、喷头、驱动管路、灭火剂输送管道、火灾报警灭火控制系统等组成。由于采用的泡沫灭火剂具有良好的电绝缘性能，因此可运用于油浸式电力变压器火灾防护，泡沫喷雾灭火系统用于油浸式电力变压器火灾保护的典型运用如图1所示。该装置具有灭火效率高、装置安装维护简单、灭火剂绿色环保等显著优势。此外，由于系统采用预混的合成泡沫灭火剂，灭火剂驱动采用氮气瓶组作为动力源，因此不需要修建消防水池和安装消防给水设备，是严重缺水的变电站对油浸式电力变压器消防保护的首选方案。

在本次研究中，我们对同一项目采用泡沫喷雾灭火系统和水喷雾灭火系统进行了工程造价的分析、比较，得出的结论是二者造价相差不大（水喷雾系统的初期建设费稍高），泡沫喷雾灭火系统同样具有推广运用的显著优势。泡沫喷雾灭火系统的不足之处在于采用的合成泡沫灭火剂使用有效期较短，需定期更换泡沫灭火剂。以山东川亿的合成泡沫为例，其产品检定的有效期为3年，即便是选用价格较高的长效型的SP合成泡沫，其有效期也只有5-8年，这就意味着在今后的长期运维过程中，需定期对泡沫进行检测和更换，还需对废弃的泡沫液进行回收处置。

4 结论

通过对以上5种灭火系统的分析研究，得出以下结论：

排油注氮灭火系统对油浸式电力变压、电抗器内部的防火、防爆及灭火效能显著，是变压器厂家生产配套的自动灭火装置的首选，但存在不能扑灭变压器外部及集油坑火灾的局限性。

对于露天安装的油浸式电力变压器、电抗器，在消防用水满足工程需要的前提下，建议优先选择水喷雾灭火系统。水喷雾灭火系统具有灭火、冷却效果好，能满足高压带电设备的电气绝缘性能，系统具有先进、可靠、高效、安全、经济、环保和运维费用低廉等显著优势。

对于严重缺水的变电站，由于消防用水难保障，建议选用泡沫喷雾灭火系统对露天设置的油浸式电力变压器、电抗器实施保护。该系统灭火效率高、安全可靠、安装操作维护简单，虽然存在需要定期对泡沫液进行检测和更换的不足之处，但相对于电力系统安全、稳定运行的重要性以及变电站总体的运维费用而言，该系统的运维费用是微不足道的。因此，泡沫喷雾灭火系统是严重缺水变电站对电力变压器实施消防保护的首选方案。

如果油浸式电力变压器安装在满足防护区维护条件的变压器室内，不具备排水条件，则应优先选用气体灭火系统，且应采用全淹没灭火方式。如果防护区不能完全封闭，应选用CO2气体灭火系统，灭火方式应选用局部运用（应采取確保灭火效果不受强风影响的措施）。

干粉灭火系统不能用于室外露天安装的油浸式电力变压器火灾防护，即便是对于室内安装的油浸式电力变压器，由于其灭火、控火、抑爆的效果明显不及以上几种灭火方式，且存在粉尘残留难于清理的弊端，不推荐使用。

参考文献

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