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[摘 要]本文以伊朗雅达油田开发中心处理站工程变电所为例，介绍变压器水喷雾消防系统的设计，包括喷头选型及布置、减压孔板设置、管道敷设等主要设计内容，以及水喷雾灭火系统的应用和发展。
[关键词]变压器；水喷雾灭火系统；高速喷头
中图分类号：TM383.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0021-01
1、概述
伊朗雅达油田开发中心处理站工程中设有4个变电所，分别为：MAINSUBSTATION、NORTHSUBSTATION、SOUTHSUBSTATION、WESTSUBSTATION，在四个变电所中NORTHSUBSTATION总容量最大，分别有2台16MVA和3台2500KVA的油浸式变压器。变压器之间设有防火隔墙，下设有集油坑。变电所内设有专用事故油池，便于变压器油的排放。16MVA变压器间隔为：9m×7m，变压器尺寸为：3850mm×3580mm×3690mm，油坑平面尺寸为：5m×5m；2500KVA变压器间隔为：6m×7m，变压器尺寸为：2700mm×2270mm×2986mm，油坑平面尺寸为：4m×4m。
2、消防系统选择
首先对油浸式电力变压器的火灾危险性进行分析。
通过对多起变压器火灾事故的分析，发现变压器起火爆炸主要是由以下几点情况造成的：
（1）线圈绝缘损坏造成短路，使线圈发热燃烧；
（2）线圈连接处接触不良产生高温，在松动或断开时，产生电弧造成爆炸起火；
（3）套管损坏爆裂起火，套管发生漏水、渗油或长期积满油垢而闪络或套管绝缘层损坏、老化，绝缘击穿引起爆炸起火；
（4）变压器油老化变质引起内络击穿而造成爆炸着火事故；
（5）当变压器长期过负荷或者发生故障产生电弧时，油温过高起火或电弧使油剧烈气化，可能使变压器外壳爆裂酿成火灾。
万一发生火灾，设备本身不但遭到严重破坏，而且会影响到整个站场的生产运行，可能导致生产停顿及更大的损失。所以变压器的消防保护非常重要。根据参考文献[1]第7.3.3项关于变压器的防火要求大型油浸变压器需要设置水喷雾灭火系统。
3、水喷雾灭火系统工作原理
3.1 水喷雾灭火系统灭火机理
变压器水喷雾灭火系统的发展是建立在自动喷水灭火系统的基础上的，它是一种利用水雾喷头在一定的水压下将水流分解为0.2～2mm的细小的水雾滴来达到灭火或防护冷却目的的一种水消防灭火系统。
水喷雾灭火系统通过高压使喷头产生细小的水雾滴直接喷射到正在燃烧的物质表面产生表面冷却、窒息、乳化、稀释等作用来灭火。
目前国内生产的水喷雾喷头有中速和高速两种。中速喷头用于防护冷却，水雾滴粒径0.4～0.7mm，高速喷头用于灭火，水雾滴粒径0.3～0.4mm。对运用于油浸式变压器、油浸式电抗器等大型电器设备时的水喷雾灭火系统，由于在一定的水压下，水雾喷头利用了离心及撞击的原理将水分解成细小水滴，并形成水雾状向保护对象喷射。并且雾滴之间呈现出不连续的间断喷射状态，使雾滴间混夹空气，从而能表现出良好的绝缘性能，使水雾喷射向带电体时不导电。因此水喷雾灭火系统能够安全扑救油浸式大型电气设备的火灾。
3.2 水喷雾灭火系统的组成
水喷雾灭火系统主要是由水源（消防蓄水池）、供水设备（消防泵、气压稳压装置或稳压水泵等）、供水管网、过滤器、雨淋阀组、水雾喷头及相应的火灾自动探测报警系统等组成的。雨淋阀的启动控制可分为湿式控制、干式控制和电气控制3种。水喷雾灭火系统则具有自动控制、手动控制和应急操作3种启动方式。变压器的火灾探测设备采用定温缆式探测器，正常情况下，雨淋阀组配套控制管路内水压使雨淋阀本体保持在关闭状态。
本工程中水喷雾灭火系统采用稳高压给水系统，两台稳压泵保证管网中的压力满足消防时的要求。雨淋阀的启动控制为湿式控制，整个水喷雾灭火系统采用自动控制，紧急情况时可采用手动控制和应急操作。
4、水喷雾灭火系统设计
4.1 确定设计喷雾强度
根据API-2030标准中第7.3.3项和NFPA15标准中第7.4.4.3项的要求，油浸式电力变压器设计喷雾强度为10.2L/min﹒m2，持续喷雾时间为0.4h；集油坑设计喷雾强度为10.2L/min﹒m2，持续喷雾时间为0.4h，变压器防火分隔区内空间设计喷雾强度为6.1L/min﹒m2，持续喷雾时间为0.4h。
4.2 计算保护面积S
变压器的保护面积应按扣除底面面积以外的变压器表面面积计算。由于5台变压器用防火隔墙分开，故设计中按单台变压器间隔计算各台变压器的保护面积。以16MVA的变压器为例，一台变压器的保护面积为：
S变=13.80m2+14.30m2+13.30m2=41.4m2
集油坑的投影面积：
S集=5mx5m=25m2
防火分隔区内空间投影面积：
S房=9mx7m-13.80=49.2m2
集油坑设在变压器下，设在单台变压器间隔内，故可视为同一保护区。
Q计算=W变+W集+W房=977.4L/min
根据API-2030标准中第7.3.3项和NFPA15标准中第7.4.4.3项的要求，设计流量要考虑到30%的WastageFactor和10%的HydraulicImbalance。
所以设计流量Q设计为：1398L/min。
4.3 计算水雾喷头流量q
首先要选定水雾喷头的型号，进而确定喷头的流量系数K，计算出水雾喷头的设计流量。
在本工程中，由于被保护对象为变压器，属于电气火灾，所以应采用高速水雾喷头，所以在雅达项目变压器消防喷淋设计中选用雾化角较大的喷头，以保证在相同的水压下保护面积较大。喷头型号为：ZSTWB21/120，喷头雾化角度为1200，流量特性系数K=21，螺纹连接R3/4。
4.4 计算所需喷头最小数量N
N计算=Q设计/q=35个
4.5 水力计算
按照最终校核后的喷头数量计算得出每台变压器所需流量为：
Q=1680L/min
经过各个节点的水力计算之后得出，在最不利点喷头处的压头为8.86bar。
所以需要在喷头前设置减压孔板，喷头的工作压力为0.35MPa（3.5bar），所以在变压器喷头之前设置压差为5.36bar的减压孔板。
4.6 管道布置
管道布置应尽量考虑管网喷水的均匀性，主要配水管配置在变压器周围。配水支管均匀分布，确保水雾喷头正常工作。
本工程中，每台变压器均采用DN100的单独配水支管（流速为3.23m/s）接到变压器前，变压器喷头采用分层布置，分上下两层，每层布置一根DN80的环状管（流速为2.82m/s）为喷头配水，以保证末端配水均匀和喷头的压力稳定。
5、总结
水喷雾灭火系统具有工艺成熟、原理简单、灭火效果好；安装方便，便于管理，维护费用低，不需二次投资等特点。随着水喷雾灭火系统的相关规范及系统产品的配套生产不断完善，使水喷雾灭火系统成为现阶段最常用的一种变压器灭火形式。这些年在国内外变压器灭火系统中的大量应用也发现了不少问题的存在。
所以在大型变压器消防系统设计领域，我们都在进行着不断地创新和改进。新型的“排油注氮灭火系统”和“SP合成型泡沫喷淋灭火系统”作为新型灭火装置在国内变压器消防上也有了相当数量的应用。总之，随着消防标准的进一步提高和消防设备配套生产不断的完善，新型固定式灭火系统在变压器消防上的应用将有更好的发展。
参考文献
[1] 《水喷雾灭火系统设计规范》GB50219-95.
[关键词]变压器；水喷雾灭火系统；高速喷头
中图分类号：TM383.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0021-01
1、概述
伊朗雅达油田开发中心处理站工程中设有4个变电所，分别为：MAINSUBSTATION、NORTHSUBSTATION、SOUTHSUBSTATION、WESTSUBSTATION，在四个变电所中NORTHSUBSTATION总容量最大，分别有2台16MVA和3台2500KVA的油浸式变压器。变压器之间设有防火隔墙，下设有集油坑。变电所内设有专用事故油池，便于变压器油的排放。16MVA变压器间隔为：9m×7m，变压器尺寸为：3850mm×3580mm×3690mm，油坑平面尺寸为：5m×5m；2500KVA变压器间隔为：6m×7m，变压器尺寸为：2700mm×2270mm×2986mm，油坑平面尺寸为：4m×4m。
2、消防系统选择
首先对油浸式电力变压器的火灾危险性进行分析。
通过对多起变压器火灾事故的分析，发现变压器起火爆炸主要是由以下几点情况造成的：
（1）线圈绝缘损坏造成短路，使线圈发热燃烧；
（2）线圈连接处接触不良产生高温，在松动或断开时，产生电弧造成爆炸起火；
（3）套管损坏爆裂起火，套管发生漏水、渗油或长期积满油垢而闪络或套管绝缘层损坏、老化，绝缘击穿引起爆炸起火；
（4）变压器油老化变质引起内络击穿而造成爆炸着火事故；
（5）当变压器长期过负荷或者发生故障产生电弧时，油温过高起火或电弧使油剧烈气化，可能使变压器外壳爆裂酿成火灾。
万一发生火灾，设备本身不但遭到严重破坏，而且会影响到整个站场的生产运行，可能导致生产停顿及更大的损失。所以变压器的消防保护非常重要。根据参考文献[1]第7.3.3项关于变压器的防火要求大型油浸变压器需要设置水喷雾灭火系统。
3、水喷雾灭火系统工作原理
3.1 水喷雾灭火系统灭火机理
变压器水喷雾灭火系统的发展是建立在自动喷水灭火系统的基础上的，它是一种利用水雾喷头在一定的水压下将水流分解为0.2～2mm的细小的水雾滴来达到灭火或防护冷却目的的一种水消防灭火系统。
水喷雾灭火系统通过高压使喷头产生细小的水雾滴直接喷射到正在燃烧的物质表面产生表面冷却、窒息、乳化、稀释等作用来灭火。
目前国内生产的水喷雾喷头有中速和高速两种。中速喷头用于防护冷却，水雾滴粒径0.4～0.7mm，高速喷头用于灭火，水雾滴粒径0.3～0.4mm。对运用于油浸式变压器、油浸式电抗器等大型电器设备时的水喷雾灭火系统，由于在一定的水压下，水雾喷头利用了离心及撞击的原理将水分解成细小水滴，并形成水雾状向保护对象喷射。并且雾滴之间呈现出不连续的间断喷射状态，使雾滴间混夹空气，从而能表现出良好的绝缘性能，使水雾喷射向带电体时不导电。因此水喷雾灭火系统能够安全扑救油浸式大型电气设备的火灾。
3.2 水喷雾灭火系统的组成
水喷雾灭火系统主要是由水源（消防蓄水池）、供水设备（消防泵、气压稳压装置或稳压水泵等）、供水管网、过滤器、雨淋阀组、水雾喷头及相应的火灾自动探测报警系统等组成的。雨淋阀的启动控制可分为湿式控制、干式控制和电气控制3种。水喷雾灭火系统则具有自动控制、手动控制和应急操作3种启动方式。变压器的火灾探测设备采用定温缆式探测器，正常情况下，雨淋阀组配套控制管路内水压使雨淋阀本体保持在关闭状态。
本工程中水喷雾灭火系统采用稳高压给水系统，两台稳压泵保证管网中的压力满足消防时的要求。雨淋阀的启动控制为湿式控制，整个水喷雾灭火系统采用自动控制，紧急情况时可采用手动控制和应急操作。
4、水喷雾灭火系统设计
4.1 确定设计喷雾强度
根据API-2030标准中第7.3.3项和NFPA15标准中第7.4.4.3项的要求，油浸式电力变压器设计喷雾强度为10.2L/min﹒m2，持续喷雾时间为0.4h；集油坑设计喷雾强度为10.2L/min﹒m2，持续喷雾时间为0.4h，变压器防火分隔区内空间设计喷雾强度为6.1L/min﹒m2，持续喷雾时间为0.4h。
4.2 计算保护面积S
变压器的保护面积应按扣除底面面积以外的变压器表面面积计算。由于5台变压器用防火隔墙分开，故设计中按单台变压器间隔计算各台变压器的保护面积。以16MVA的变压器为例，一台变压器的保护面积为：
S变=13.80m2+14.30m2+13.30m2=41.4m2
集油坑的投影面积：
S集=5mx5m=25m2
防火分隔区内空间投影面积：
S房=9mx7m-13.80=49.2m2
集油坑设在变压器下，设在单台变压器间隔内，故可视为同一保护区。
Q计算=W变+W集+W房=977.4L/min
根据API-2030标准中第7.3.3项和NFPA15标准中第7.4.4.3项的要求，设计流量要考虑到30%的WastageFactor和10%的HydraulicImbalance。
所以设计流量Q设计为：1398L/min。
4.3 计算水雾喷头流量q
首先要选定水雾喷头的型号，进而确定喷头的流量系数K，计算出水雾喷头的设计流量。
在本工程中，由于被保护对象为变压器，属于电气火灾，所以应采用高速水雾喷头，所以在雅达项目变压器消防喷淋设计中选用雾化角较大的喷头，以保证在相同的水压下保护面积较大。喷头型号为：ZSTWB21/120，喷头雾化角度为1200，流量特性系数K=21，螺纹连接R3/4。
4.4 计算所需喷头最小数量N
N计算=Q设计/q=35个
4.5 水力计算
按照最终校核后的喷头数量计算得出每台变压器所需流量为：
Q=1680L/min
经过各个节点的水力计算之后得出，在最不利点喷头处的压头为8.86bar。
所以需要在喷头前设置减压孔板，喷头的工作压力为0.35MPa（3.5bar），所以在变压器喷头之前设置压差为5.36bar的减压孔板。
4.6 管道布置
管道布置应尽量考虑管网喷水的均匀性，主要配水管配置在变压器周围。配水支管均匀分布，确保水雾喷头正常工作。
本工程中，每台变压器均采用DN100的单独配水支管（流速为3.23m/s）接到变压器前，变压器喷头采用分层布置，分上下两层，每层布置一根DN80的环状管（流速为2.82m/s）为喷头配水，以保证末端配水均匀和喷头的压力稳定。
5、总结
水喷雾灭火系统具有工艺成熟、原理简单、灭火效果好；安装方便，便于管理，维护费用低，不需二次投资等特点。随着水喷雾灭火系统的相关规范及系统产品的配套生产不断完善，使水喷雾灭火系统成为现阶段最常用的一种变压器灭火形式。这些年在国内外变压器灭火系统中的大量应用也发现了不少问题的存在。
所以在大型变压器消防系统设计领域，我们都在进行着不断地创新和改进。新型的“排油注氮灭火系统”和“SP合成型泡沫喷淋灭火系统”作为新型灭火装置在国内变压器消防上也有了相当数量的应用。总之，随着消防标准的进一步提高和消防设备配套生产不断的完善，新型固定式灭火系统在变压器消防上的应用将有更好的发展。
参考文献
[1] 《水喷雾灭火系统设计规范》GB50219-95.