变电站变压器泡沫水喷雾灭火系统工作原理及其应用技术分析

变电站变压器泡沫水喷雾灭火系统是一种用于保护变电站变压器的新型灭火设备。其工作原理是将加压泡沫水通过喷嘴将泡沫水喷射到变压器的火源处，形成泡沫覆盖层，起到灭火和隔离空气供应的作用。该系统主要由泡沫发生装置、泡沫发泡液、喷嘴、水泵、液位控制装置等组成。当变压器发生火灾时，控制装置会自动感知到火情，并开启泡沫发生装置，将泡沫液注入发泡液管道中。水泵也会被启动，将泡沫水加压送入喷嘴，形成泡沫喷射。泡沫水的喷射可以在较短时间内抑制火源，因为泡沫的覆盖层能有效隔离空气供应和热量传输，可以避免电弧引起的继续燃烧。关键词：变电站变压器；泡沫水喷雾灭火系统；工作原理引言变电站变压器泡沫水喷雾灭火系统作为一种有效的灭火设备，在电力行业得到了广泛应用。该系统具有快速启动、远距离控制、故障自动报警等特点，能够在火灾发生时及时响应，并控制火势蔓延。泡沫水的喷射不仅能够迅速灭火，还能够降低火灾后的温度，减缓设备的损坏程度。由于泡沫具有良好的降温和隔热性能，可以有效防止设备再次起火，并保护现场人员安全。变电站变压器泡沫水喷雾灭火系统对环境友好。泡沫液中所含激发物质较低，不会对周围环境造成污染。系统还具备自动监测和报警功能，能够对火情进行精确判断和处理，最大限度减少误报和漏报[1]。一、变电站变压器泡沫水喷雾灭火系统工作原理（一）检测与监控泡沫水喷雾灭火系统通过火灾检测器来感知变压器室内的火灾情况。常见的火灾检测器温度传感器、烟雾探测器和火焰探测器等。一旦检测到火灾，检测器会发出信号，启动灭火系统。（二）水泵供水当火灾被检测到后，水泵会自动启动，将水从供水系统引入喷雾系统。水泵负责提供足够的水压，确保喷雾系统正常工作。（三）泡沫发生器泡沫发生器是泡沫水喷雾灭火系统的核心组件。它通过将空气和泡沫液混合来生成泡沫。在变压器室内，泡沫发生器将泡沫水喷洒到火灾区域，并形成一层覆盖物，隔绝火源与周围的氧气，以达到灭火效果。（四）喷雾系统喷雾系统由管路及喷头组成。管路连接泡沫發生器与喷头，将泡沫水输送到喷头。喷头根据设计要求进行设置，确保喷洒液体均匀、覆盖范围广，以便有效灭火。（五）监控与控制为了保证泡沫水喷雾灭火系统的正常运行，系统配备有监控与控制系统。该系统可以实时监测水压、泡沫浓度和喷头工作状态等参数，当系统工作异常或消防车间人员需要手动控制时，可以通过监控与控制系统进行操作[2]。二、主变固定灭火装置防误回路的技术要求（一）防误动箱技术要求应满足交流220伏及站用直流各一路电源引入的要求；可实现主变相应开关状态对原消防喷淋回路的联锁控制功能；启动电磁阀、电动阀的24伏电源应独立设置，具备失电告警功能[3]；应具备主变消防喷淋各控制回路异常信号、启动信号指示，信号应可靠上传，满足远方实时监视功能要求；设置试验切换开关，实现主变运行状态下对喷淋控制回路的定期试验及主变固定灭火装置维保或器件更换后的试验工作。（二）交直流电源接入技术要求防误动箱应采用双路电源输入：一路220伏交流电源取自所用电屏（有条件的变电站可取自UPS屏）；一路220伏（或110伏）直流电源取自直流屏或直流分屏，并采取严格措施杜绝交流直流互相串接[4]。（三）防误动箱至开关端子箱回路技术要求1.应按要求将主变相应侧开关状态接入防误动箱，作为主变固定灭火装置动作的电气闭锁条件。对于220千伏及以上电压等级的主变采用本体高、中压侧断路器分合闸位置辅助接点串联方式接入防误动箱；对于内桥接线的110千伏电压等级的两圈变主变采用110千伏进线侧、桥断路器分合闸位置辅助接点串联方式接入防误动箱；对于线变组接线的110千伏电压等级的两圈变主变，主变采用110千伏进线侧断路器分合闸位置辅助接点接入防误动箱；对于110千伏电压等级的三圈变主变中压侧可视现场情况根据配电装置类型并结合出线有无电源情况来综合考虑是否将中压侧断路器分合闸位置辅助接点与高压侧断路器分合闸位置辅助接点串联后接入防误动箱。2.原则上每台主变消防固定灭火装置联锁的断路器需引出两副开关辅助接点并联接入，接点不足的情况下，应安排增加接点数量或按照重要程度退出部分接点位置以满足接入要求。（四）防误动箱至火灾报警系统回路技术要求防误动箱防误回路应独立接入主变固定灭火装置的自动启动回路中，不得影响手动控制和应急机械手动启动功能。三、变电站变压器泡沫水喷雾灭火系统应用技术（一）设置防火分区本设计项目为杭州220kV青云变电站，泡沫喷雾自动灭火系统保护总面积约332m2，主要保护区域为：1号主变及油坑、2号主变及油坑，共设2个分区。本次设计考虑其保护区火灾特点，设置一套泡沫喷雾灭火系统泵组进行保护，按单台主变容量180MVA选型水箱及供水管道[5]。（二）泡沫喷雾喷头安装方案变压器及散热器分3层布置喷头，第一层布置高度8.3m，用于灭油枕火；第二层布置高度5.7m，保护变压器上盖、套管升高座和压力释放阀等部位；第三层布置喷头高度1.0m，隔绝和扑灭变压器集油坑火，第三层喷头横管埋设于地下，仅在喷头处伸出地面1.0m。泡沫混合液供给强度Q不小于8.0L/min.m2；泡沫喷雾持续时间T不小于15min；泡沫液型号3%AFFF水成膜泡沫；泡沫混合比3%；变压器专用泡沫喷头最低工作压力0.35MPa;系统响应时间不大于60s。（三）泡沫喷雾系统设备选型1.变压器专用泡沫喷雾喷头的选型。根据变压器保护区和变压器火灾的特点，变压器应选择合适的变压器专用泡沫喷头;储液器采用PT2.7-C泡沫喷嘴，流量为2.7L/s。喷嘴布置在一侧。2.泡沫泵及泡沫管道的选型。泡沫原液量Q泡系=1.05Q原=1.05×3%×28=0.88L/s，根据《泡沫灭火系统设计规范》规定泡沫管道内的泡沫流速计算出泡沫管道直径为DN25。泡沫系统设计工作压力根据最不利点最低工作压力进行计算，计算公式采用Darcy-Weisbach（达西-魏斯巴赫）公式，计算结果为H泡=91.51m，选用不锈钢泵型号（一用一备），Q=1L/s，H=95m，N=1.5kW，配置气压罐1座，泡沫储存罐按照15min储量计算，V泡=Q泡系×t=0.88L/s×15min=0.792m3，选用有效容积为1.0m3的泡沫原液罐[6]。3.变压器专用泡沫喷雾控制阀组的选型。根据变压器泡沫喷淋系统的设计流程，Q=28.52L/s，选用型号为PHPD54×2。变压器专用泡沫喷淋控制阀组，连接水管径DN100，泡沫连接管径DN25。（四）系统管道其他阀件的配置1.系统供水管道。进入变压器的供水管前设有过滤器和控制阀、信号阀和水流指示器，在系统供水环管上设置一只检修阀，当管径大于等于DN100时，采用软密封闸阀，消防给水管道穿越路面时应有保护措施，穿越结构变形缝时需考虑抗变形措施。根据《室外给水设计规范》GB50013-2006，消防管道距电缆沟底垂直净距应大于0.5m，距电力管线垂直净距应大于0.15m，远期主变DN100埋地消防主管本次埋设到位。2.DN25水成膜泡沫原液管道穿越结构变形缝时，需安装不锈钢金屬波纹管。（五）消防给水安装根据现场情况，在距第一站用变南侧10m处设置一体化集装箱泵房和不锈钢水箱。本项目泡沫喷雾灭火系统泵房采用集装箱一体化泵房，集装箱尺寸为6558X2438X2896（H）mm。本项目给水从变电站市政水源处引入到集装箱泵房内，按照所需的供水量采用镀锌钢管DN100规格。泵房内设置排水设施，排水量不小于泵组用水量[7]。（六）配套的电源安装变电站目前单台站用变容量为250kVA，泡沫喷雾系统供电按I级负荷。新增泡沫喷雾灭火系统供电统一由泵房内的双电源切换箱供电，双电源切换箱最大的负荷为45kW，最大启动电机为37kW，采用双电源供电方式，由1#站用变和2#站用变各引一路AC380V/45kW电源至双电源切换箱。经现场核实，原站用变附近设有总配电箱，在总配电箱内各增加150A电机专用断路器1台，每个回路供电电缆采用3×35+2×16截面电缆，经新增断路器下侧接至双电源切换箱，电缆要求采用阻燃耐火型电缆，单根电缆长度按不小于120米考虑。喷雾泵、稳压泵、泡沫泵等设备的供电从双电源切换箱引接，由成套供货商统一负责全站负荷根据DL/T5155-2016，连续及经常短时负荷应计入站用电负荷，其余不经常短时不计入站用电负荷，站用电远景负荷计算如下：S=k×P1+P2+P3=0.85×（52+8.5+38.5）+（20+18+6）=90+44=128kW经核实，本期新增泡沫喷雾系统后，全站负荷小于250kVA，变压器负载率为51.2%，站用变容量可以满足本期消防设备的接入需求。经计算，最大容量的电动机正常启动时，站用电母线电压降约为0，满足规程DL/T5153—2014中4.5.1规定“最大容量的电动机正常启动时，厂用母线的电压不应低于额定电压的80%”。（七）建筑专业接口要求及设计根据现场情况，泵房采用集装箱一体化泵房，基础采用钢筋混凝土基础，房屋基础开挖前应堪明地下管线，注意避让，水箱及管道均为不锈