1991年12月，北京某220 kV變電站的一臺120 MVA薄絕緣三線圈主變壓器由于內部故障起火，因站內沒有固定的水噴霧滅火裝置和充足的消防水源，在起火十幾分鐘后30余輛消防車陸續(xù)趕到，撲救了近7 h方滅掉了明火，由于沒有徹底降溫，7 h后重燃，近20輛消防車再次趕來撲救，變壓器報廢。
1997年2月，北京另一座220 kV變電站的一臺120 MVA三線圈主變壓器因高壓套管爆炸起火，幾分鐘后消防車趕到，用自帶的水滅火，在自帶的水即將用完時，站內值班人員手動啟動水噴霧裝置成功，在消防隊員和值班人員的共同努力下，有效地控制了火勢并將其撲滅。在此期間，水噴霧系統(tǒng)起到了后援和降溫的作用，若僅靠消防車自帶的水量很難將火撲滅。同時也可看出，滅火是撲救火災的關鍵因素。這臺變壓器除套管破碎及線圈需烘干外，其它部位沒有大的損壞。
2 有關規(guī)范對主變壓器消防的要求
2.1 《水噴霧滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》(GB50219－95)(下稱《規(guī)范》)規(guī)定：水噴霧滅火系統(tǒng)的響應時間，當用于滅火時不應大于45 s；水霧噴頭應布置在變壓器的周圍，不宜布置在變壓器的頂部；保護變壓器頂部的水霧不應直接噴向高壓套管；水噴霧滅火系統(tǒng)應設有自動控制、手動控制和應急操作三種控制方式。水噴霧滅火系統(tǒng)的控制設備應具有下列功能：選擇控制方式；重復顯示保護對象狀態(tài)；監(jiān)控消防水泵啟、停狀態(tài)；監(jiān)控雨淋閥啟、閉狀態(tài)；監(jiān)控主、備用電源自動切換。
2.2 《火力發(fā)電廠與變電所設計防火規(guī)范》(GB50229－96)規(guī)定：220 kV、330 kV、500 kV獨立變電所，單臺容量為125 MVA及以上的主變壓器應設置水噴霧滅火系統(tǒng)，并應具備定期試噴的條件。
3 北京供電局原水噴霧滅火系統(tǒng)狀況
3.1 北京供電局高壓變電站的供水狀況
北京供電局在1995年前建成投運的220 kV、500 kV變電站有20座，大部分均遠離市區(qū)或城鎮(zhèn)，遠離市政自來水管網，其生活和生產水源通�？空緝然蚋浇膶Ｓ米詡錂C井提供。北京地區(qū)變電站目前采用以下幾種供水裝置。
3.1.1e 使用水塔供水
由于變電站常駐人員不多，日常用水量很少，在炎熱的夏季水塔內的水質極易發(fā)生變化，而在寒冷的冬季水塔內的水容易結冰和凍裂管道。
3.1.2 使用變頻水泵供水
由于變頻水泵始終處于調速運轉狀態(tài)，因水中雜質對泵磨損很大，與自來水系統(tǒng)中的變頻水泵相比，使用周期短，維護費用高
3.1.3 使用自動補氣式氣壓水罐供水
這種裝置是在80年代末期興起的，系統(tǒng)簡單可靠，投資不高且易于管理和維護，系統(tǒng)的水壓一般在0.3～0.6 MPa之間可調，非常適合變電站使用
3.2 原水噴霧滅火系統(tǒng)的狀況
上述20座變電站中有13座變電站為主變壓器配置了水噴霧滅火系統(tǒng)。所配置的系統(tǒng)基本上由地下蓄水池(容量在幾十至幾百立方米)、取水管、消防泵(一主一備)、環(huán)狀地下消防主管網、手動或電動的水噴霧控制閥門(一臺主變配用一只)、變壓器水噴霧立管和水平支管及霧化噴頭、水泵啟動控制和保護裝置等組成。消防用水預先由自備機井提到地下蓄水池中儲存?zhèn)溆谩?/span>
上述水噴霧滅火系統(tǒng)大都沒在管網內預先注水，需由值班人員根據變壓器起火的情況，按動當地或遠方(主控制室)控制盤上的啟動按鈕，啟動消防泵和打開相應的噴霧主閥門，進行噴霧滅火。這種系統(tǒng)由于在主變壓器發(fā)出事故報警信號時，要靠值班人員準確地判斷主變壓器是否起火、并正確地操作有關按鈕，很容易發(fā)生誤操作。另外由于管線長，在發(fā)生火災時空管充水時間大于規(guī)程允許的響應時間，此外由于管線內斷續(xù)供水，管線內壁氧化銹蝕，銹渣被水流沖至噴頭處淤塞噴頭，影響水霧的形成，特別是當使用手動噴霧控制閥門時，常因閥門銹死而無法操作。這類系統(tǒng)的致命缺陷是系統(tǒng)本身不具備自檢功能，必須由專業(yè)人員定期檢查，但因缺乏專業(yè)人員的定期檢修維護，故障難以及時發(fā)現，在需要時不能正常啟動，形同虛設。
為滿足《規(guī)范》關于滅火響應時間的要求，防止空管注水時間過長，少數系統(tǒng)設置了變頻穩(wěn)壓泵或其它供水裝置，為管路補水和保壓。在主變壓器運行時，這種系統(tǒng)因為在管網內有水的情況下，不能檢查噴霧主閥門是否能正確打開，也存在著火警時噴霧主閥門拒動的可能性。為了對這種系統(tǒng)定期檢查，至少需派兩名檢修人員到變電站現場，將地下管網中的水泄空后，持無線對講機進行操作和檢測，而在裝設了集成電路型保護裝置的變電站，保護室內是絕對禁止使用無線對講機的，這便給檢查帶來了一定的難度。在使用變頻泵給地下管網保壓注水時，由于變頻穩(wěn)壓泵長期處于工作狀態(tài)，磨損嚴重，維修較頻繁.
3.3 雨淋閥滅火系統(tǒng)
南方的一些工程中也有不用噴霧電動閥門而采用雨淋閥組的實例。和上述系統(tǒng)相比，此類系統(tǒng)除了將噴霧電動閥門改用雨淋閥(一臺主變配用一組)外，其它系統(tǒng)部件大致相同。由于雨淋閥組的需要，在每臺主變的上方還增設了通至雨淋閥的傳動管及閉式溫度探頭。傳動管內平時充滿了有壓力的氣體或水，籍此頂住雨淋閥的主放水口。當閉式溫度探頭上的測溫玻璃泡遇高溫破碎時，傳動管內的有壓氣體或水從探頭處泄出，雨淋閥的主放水口打開，同時通過雨淋閥上的電接點啟動消防泵，大量的水便從霧化噴頭噴向變壓器。此類系統(tǒng)可以不靠人的操作而準確地啟動整套系統(tǒng)，實施噴霧滅火，但在北方使用時，存在冬季的防凍問題，傳動管內只能充氣，這樣系統(tǒng)的部件將增加許多，且受風或氣流的影響，溫度探頭的靈敏度將會降低。
4 新型智能水噴霧滅火系統(tǒng)
為了解決以往主變壓器水噴霧滅火系統(tǒng)存在的缺陷，有效地控制變壓器初起火災的撲救，降低主變壓器火災造成的損失，從1995年下半年起北京供電局開始進行新型水噴霧滅火系統(tǒng)的研制工作。
4.1 新系統(tǒng)的功能要求
在總結以往水噴霧滅火裝置經驗的基礎上，對新系統(tǒng)提出了整體的設想，新系統(tǒng)應具備以下功能和特點。
4.1.1 系統(tǒng)應能實現定期自動巡檢功能，以便及時地發(fā)現缺陷，提醒專業(yè)人員進行處理，使系統(tǒng)處于良好的備用狀態(tài)。
4.1.2 地下主管網必須能夠預先注滿水，以解決動作反應時間過長和管道因斷續(xù)供水而銹蝕的問題。
4.1.3 系統(tǒng)應能對變壓器的溫度進行可靠和有效的監(jiān)測，在火災發(fā)生時能準確地報警。應具有對巡檢狀態(tài)和事故動作狀態(tài)的記憶能力，供事故后追憶和分析使用
4.2 新系統(tǒng)的研制
根據上述要求并結合實際工程的進度，組織設計、制造和運行單位的技術人員研制新系統(tǒng)。在研制過程中，抓住控制裝置、電動閥門、水霧噴頭三個關鍵部件，進行了技術調研和分析。還組織了調度、保護、變電值班、生技、安監(jiān)等部門的技術人員對控制裝置的動作條件進行了嚴格的分析和審查。
經過努力，新系統(tǒng)已在新建的北京臺湖、張儀、大興三座220 kV變電站安裝完畢，并成功地在張儀和大興兩站對4臺180 MVA的主變壓器進行了試噴檢驗和自動巡檢測試。
新的水噴霧滅火系統(tǒng)由以下幾部分組成：地下蓄水池；主備消防泵；地下消防主環(huán)網；地下消火栓及井；噴霧電動閥門及井；噴霧立管、水平支管和霧化噴頭；主變壓器測溫及數據傳送裝置；為管道日常補水的單流閥門及電動閥門；管道泄水用的電動閥門；控制盤及電機保護盤；當地及泵房內的啟動盤等�？刂葡到y(tǒng)采用了工業(yè)可編程控制機作為核心部件，監(jiān)控全套系統(tǒng)的工作狀態(tài)。系統(tǒng)的任何異常信號和動作信號均在消防控制盤上用光字牌顯示，同時將消防系統(tǒng)異常的信號送至主控制室的中央信號屏上并伴有音響。
為了解決地下消防主環(huán)網的日常保壓補水和系統(tǒng)巡檢時的斷水問題，系統(tǒng)設置了補水電動閥門，一側接主環(huán)網，另一側接供應生活用水的氣壓水罐的出口，并在地下主干管的最高點設置了自動排氣閥，以使水能充滿管道。在日常情況下，消防主環(huán)網內的水壓和氣壓水罐出口的壓力基本一致。此時，可以打開地下消火栓井內的水嘴或閥門，噴灑站區(qū)內的綠地及道路等。在消防狀態(tài)下，因管道內壓力較高，為了防止消防水進入生活水系統(tǒng)，在補水電動閥門的一側裝設了逆止閥。
根據幾次變壓器火災的分析，發(fā)現在變壓器起火燃燒的過程中，首先被破壞和最先見到火光的地方是在高壓套管和變壓器箱體結合處。為了可靠地監(jiān)視變壓器是否起火，經過多次研究，決定在變壓器的瓷套管根部與套管升高座的結合部設置測溫鉑熱電阻，每臺變壓器設8個點，并將實測溫度值通過溫度變送器送出�？刂葡到y(tǒng)巡回檢測這些溫度值，發(fā)現溫度值有躍變(＞0.13 ℃／s)時，自動發(fā)出預告信號，當溫度值躍變到上限(定為105 ℃)時，發(fā)出報警信號并同時啟動消防泵，做好噴霧的準備工作。如果在檢測中發(fā)現測溫電阻有斷線故障時，控制系統(tǒng)會自動發(fā)出報警信號，并跳過此點繼續(xù)進行檢測。
當變壓器起火后，為了安全起見，系統(tǒng)應在起火設備確實斷電的情況下進行噴霧滅火。為了做到這一點，控制系統(tǒng)必須在檢測溫度的同時對幾種開關量的變化狀態(tài)進行相應的巡回檢測。我們采用以下幾種開關量為基準的鑒定手段：最為可靠的是使用主變壓器的重瓦斯保護信號和差動保護信號的接點，這兩個信號對控制系統(tǒng)觸發(fā)的邏輯關系是“或”，為了防止保護正確動作而斷路器拒動，引起對帶電的事故變壓器噴霧，根據后備保護的動作時間和越級動作的最長時間，規(guī)定在重瓦斯信號或差動保護信號觸發(fā)控制系統(tǒng)后延遲10 s再打開噴霧電動閥門的作法。當重瓦斯和差動保護裝置沒有多余的接點供使用時，也可以使用主變壓器三側斷路器的輔助常開接點，此時為了防止因斷路器機構故障拒分而造成的誤判，需要對三側斷路器進行“三選二”的判斷，并在判斷確認后延遲10 s再打開噴霧電動閥門，延遲10 s是必須的，給拒分的斷路器回路留出保護裝置越級動作的時間。
為確保水噴霧滅火系統(tǒng)和變壓器處于安全可靠的運行狀態(tài)，消防泵啟動和噴霧電動閥門打開必須有嚴格的邏輯閉鎖關系。為了防止在變壓器開蓋檢修時，誤碰測溫電阻(使測溫電阻升溫)而引起誤噴事故的發(fā)生，必須規(guī)定變壓器在停運時，應事先人工停止裝置運行對主變套管處進行溫度檢測。當檢測到某一臺變壓器的某一點超溫時，控制系統(tǒng)自動啟動消防泵，但并不立即打開這臺變壓器的噴霧電動閥門，繼續(xù)檢測這臺變壓器三側斷路器的狀態(tài)，只有當這臺變壓器有關的斷路器相繼動作跳開后，控制系統(tǒng)才會確認是這臺變壓器起火，這時再自動打開這臺變壓器的噴霧電動閥門進行噴霧滅火。如果檢測到某一臺變壓器的某一點超溫，又檢測到另一臺變壓器的三側斷路器有動作，因閉鎖條件的限制，控制系統(tǒng)不會打開任何一臺變壓器的噴霧電動閥門進行噴霧，此時僅有消防泵在轉動。
兩臺消防泵(一主一備)，能用控制盤上的手柄進行主、備用的切換選擇。當主泵由于種種原因啟動不起來或流量、壓力不夠時，水泵出口處的電接點壓力表將向控制系統(tǒng)反饋信息，激發(fā)控制系統(tǒng)啟動備用泵。因壓力不夠，備用泵投入運行時，主泵并不退出運行。
這套水噴霧滅火系統(tǒng)具備自動、手動、應急三種操作狀態(tài)，通常應置于自動操作狀態(tài)。在變壓器附近和消防泵房內有應急操作箱和手柄或按鈕。優(yōu)先級別從低到高的順序為：自動、手動、應急。應急操作按鈕設在變壓器附近的控制箱上，操作時應先按動消防水泵的啟動按鈕，再按動相應變壓器的噴霧電動閥門按鈕即可實施噴霧。停止系統(tǒng)工作必須在控制盤上操作。手動操作靠旋動設在消防控制盤和泵房控制箱上的相關控制手柄進行，主要用于檢修過程中的試驗工作，當然也可用于實施噴霧滅火。
系統(tǒng)投入運行后，可能幾年甚至幾十年不會發(fā)揮一次作用，但是一旦出現火情就必須快速可靠地投入到滅火工作中，要做到這一點，關鍵是使系統(tǒng)始終處于良好的狀態(tài)，水泵、電動閥門必須運轉靈活、開啟自如、關閉嚴密。以前安裝的水噴霧滅火裝置，常因檢修時間過長或漏檢，而出現運行障礙。新研制的這套裝置具有自動離線檢測的功能，在裝置投運前，預先設定一個自動巡檢的周期，投運后便開始倒計時，待預置時間減到零時，裝置自動進入巡檢狀態(tài)。也可以通過人工按動巡檢按鈕進行強制巡檢。
在巡檢狀態(tài)下，裝置首先自動關閉來自生活供水裝置的補水電動閥門，切斷補水的水源；然后自動打開主管路的泄水電動閥門，并順序啟停兩臺消防泵，同時通過水泵出口處的流量計和電接點壓力表及泄水閥門處的流量計監(jiān)視判斷消防泵的工作狀態(tài)；在消防泵正常停止后，延遲7～10 min，待管路的余水基本自然泄空后，再順序開關主變壓器的噴霧電動閥門，此時由于管路內水量很少，幾乎無壓力，所以不會有水從霧化噴頭流出，也能有效地防止冬季凍裂立管或堵塞出水管的現象。最后關閉泄水電動閥門，打開補水電動閥門向主管路補水，恢復到正常運行狀態(tài)。在巡檢過程中，每一步操作都能自動地進行成功與否的判斷，發(fā)現問題停止巡檢，發(fā)出信號，提醒值班人員通知維護檢修人員檢修。檢修時可根據控制盤上的光字牌判斷故障點，檢修完畢，應按動巡檢按鈕重新開始強制巡檢。正常巡檢的全過程約需15 min。巡檢后的補水時間將視生活供水系統(tǒng)的能力決定。為了在補水時能將管內的空氣排除，在管路的最高點裝設了自動排氣閥。
為了系統(tǒng)的可靠運行，我們選擇了不銹鋼為外殼的、聚四氟乙烯為內襯套的電動蝶閥作為噴霧和泄水的主閥門。為了方便檢修，在這些電動閥門的部位設置了相應的手動蝶閥。
為現場試驗安全起見，試驗前停運被噴的變壓器。為使試驗更接近實際狀態(tài)，采取了如下的模擬措施：將處于分閘狀態(tài)的三側斷路器的兩端隔離開關拉開，手動使斷路器合閘，模擬變壓器處于運行狀態(tài)，控制系統(tǒng)開始對主變壓器進行溫度檢測；在當地消防控制箱處，用電阻箱改變停運變壓器上任何一只溫度變送器的輸出端電流，模擬變壓器套管處溫度越限的狀態(tài)，這時控制系統(tǒng)開始檢測開關是否變位；在保護室內人工動作變壓器的主保護，使三側斷路器分閘，模擬變壓器事故跳閘的狀態(tài)。
經現場試噴驗證：在向溫度變送器送入變壓器套管根部超溫值的相應電流后，系統(tǒng)的控制裝置即發(fā)出燈光和音響報警信號，并同時啟動消防水泵；在人工操動斷路器10 s后，電動噴霧閥門開始開啟；再過約12 s，閥門全部開啟，噴頭正常噴霧。經現場自動巡檢過程的動作驗證：無論是依預定周期開始巡檢，還是由人工按動巡檢按扭啟動巡檢程序，巡檢過程的各項動作內容均有條不紊地進行，巡檢時間約為15 min�，F場的試驗結果表明：整套裝置動作及時、靈敏、可靠，自動化程度高，滅火噴霧及日常巡檢均自動進行，并記錄了最后一次的動作時間和狀態(tài)，能有效地防止火災的蔓延，還能為事故后的分析提供必要的記錄數據。
上述水噴霧滅火系統(tǒng)的整體系統(tǒng)及管路的設計，霧化噴頭的選擇與布置設計均由華北電力設計院、北京供電設計院負責，控制裝置和溫度采集裝置由北京泰辰電子工程技術有限責任公司生產制作�？刂栖浖杀本┕╇娋趾捅本┨┏诫娮庸こ碳夹g有限責任公司聯合開發(fā)，并由北京泰辰電子工程技術有限責任公司負責編制。附圖為這套裝置的典型系統(tǒng)示意圖
附圖 新型水噴霧滅火系統(tǒng)示意圖
①——補水管；②——泄水管；③——噴霧管
5 使用注意事項
5.1 因消防系統(tǒng)動作時水壓很高，系統(tǒng)上的所有管件與閥門等均應選擇符合最高工作壓力要求的產品部件，特別是與生活供水系統(tǒng)相連接的部位和綠化用水引出的部位。
5.2 在主噴霧電動閥門至噴霧管之間應在最低點(管子底部)設置防凍放水用的手動閥門。在綠化用水引出部位也應裝設防凍放水嘴。在系統(tǒng)主管路的最高點，必須安裝自動排氣閥。
5.3 在主噴霧電動閥門井處宜設置結合器，供消防車接駁，當然結合器不能離主變過近，以免火災時人員無法靠近作業(yè)。
5.4 盡量選擇變壓器與散熱器分開布置的方案，且宜選擇散熱器集中在一側的產品。這種情況下，可以在主變周圍的噴霧管與散熱器噴霧管之間加設手動閥門，并使水流從電動閥門出來后首先到達散熱器處，而后再到達變壓器本體周圍。采用這種方案的目的在于充分利用水噴霧滅火系統(tǒng)的功能，通過手動操作的方法，達到定期清洗散熱器和在主變過負荷時水沖散熱器降溫的目的。
5.5 建議選用立式斜流泵而不用臥式離心泵，這樣能夠確保在消防作業(yè)時，地下蓄水池的水位不影響水泵取水，并且可使泵房建在地下蓄水池之上，免除了消防泵房水淹之慮。如不用立式斜流泵而用臥式離心泵，那么須將泵房的地面標高降至地下蓄水池底板之下，才能保證在消防作業(yè)時，臥式離心泵始終處于自灌取水的狀態(tài)，以防止在取水過程中，由于種種原因需要備用泵投入時，因水位下降發(fā)生備用泵吸不上水的現象。
