压缩空气泡沫系统在换流站消防提升工程中的应用

汪慧 王磊 艾青

(中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司 武汉 430072)

0 引言

随着特高压换流站、变电站建设工程的深入开展，作为变电站核心设备之一的变压器，其消防保护措施日益引起关注。近年来发生的几起大型换流变压器、特高压主变压器火灾事故显示，大型变压器因具有尺寸大、油量大、结构复杂等特点，变压器火灾复杂多变且易产生爆炸，火灾危险性大、影响范围广，而以往针对变压器设计的固定灭火系统，如水喷雾灭火系统、泡沫喷雾灭火系统难以高效扑灭变压器火灾[1]。因此，以变压器消防灭火措施提升为主要内容的变电站消防提升工程已在各新建或在运变电站中展开。

针对变压器的固定灭火系统，设计在满足相关规范要求的同时，提升的原则一般包括以下两方面：

(1)提高灭火剂的喷射强度、灭火持续时长。如水喷雾系统采用大流量喷头、增加喷头密度，加大消防水池。

(2)采用灭火效能更优的新型灭火剂，如压缩空气泡沫[2]。

而在运换流站由于前期消防设施已建设完善，改建或扩建难度较大，在不影响前期消防设施的条件下，可考虑加装体量合适的新型灭火系统。因此，本文以某在运换流站为例，介绍压缩空气泡沫系统在在运换流站消防提升工程中的应用措施。

1 压缩空气泡沫系统技术优势

压缩空气泡沫系统在国外研究起步较早，当前在欧美国家该技术已开发趋于成熟。各大消防厂商开发了多种形式的压缩空气泡沫系统，促进该技术大量运用于市政电力、石油化工、森林防护等领域[3]。NFPA11早在2010年就已将压缩空气泡沫系统加入标准[4]。国内针对压缩空气泡沫系统的研究起步较晚，在近几年变电站消防提升工程建设的背景下，压缩空气泡沫系统首次进入到国内电力行业的视野中。2021年1月1日起，标准《压缩空气泡沫灭火系统技术规程》(T/CECS 748:2020)正式实施，积极推动了该技术的应用进程。

压缩空气泡沫系统利用泵组将泡沫液和水按设定比例混合，再通过空压机等产气装置产出压缩空气后主动注入泡沫混合液，精细化控制气液混合比例及均匀度，让混合介质发泡成均匀细腻、稳定的泡沫灭火剂。相比传统灭火介质，压缩空气泡沫作为变压器火灾灭火介质具有以下优点：

(1)致密均匀的泡沫具有更大的表面积，蒸发冷却作用强，可有效降低变压器油温，防止火灾复燃。

(2)压缩空气泡沫析液时间长，稳定性高，可长时间覆盖着火部位，隔绝氧气窒息灭火，非常适合特高压换流变压器火灾这类存在遮挡的火灾类型。

(3)压缩空气泡沫在变压器油表面形成一层稳定的泡沫覆盖层，有效减少变压器油汽化速度，且不会发生沸溢喷溅，造成火势扩大[5-6]。

另外，相比传统固定灭火系统如水喷雾系统，压缩空气泡沫系统用水量小，适用于缺水地区；且泡沫生成在前端，不受火灾爆炸影响。此外水喷雾、泡沫喷雾喷头受保护距离限制，布置困难，容易存在带电距离问题，而压缩空气泡沫喷淋管道布置在变压器四周时，由于灭火介质轻盈且动能较大，可放宽保护距离，降低带电距离风险。

由于消防炮系统可实现大流量、远距离、长时间灭火，灭火设备、管道、末端均远离变压器，施工安装对原有站内设施影响较小，因此，综合考虑站内原有消防系统及换流变压器的布置情况，某转运换流站采取了加装压缩空气泡沫消防炮灭火系统的方案。

2 换流站消防提升工程中的CAFS应用措施

本文某在运换流站阀厅外共布置了24台换流变。每台换流变均设置有水喷雾灭火系统。

本次消防提升工程对换流站全站24台换流变加装压缩空气泡沫消防炮灭火系统。压缩空气泡沫系统作为提升手段独立设置，不影响站内原有消防系统。具体提升措施包括以下：

(1)每个阀组(6台变压器)配置4台固定式压缩空气泡沫炮。

(2)每极(极1、极2)广场上配套1台广场消防机器人，作为换流变火灾辅助灭火措施，提高灭火能力。

2.1 压缩空气泡沫炮

2.1.1 系统组成

本工程压缩空气泡沫系统由以下设施组成：

(1)压缩空气泡沫发生装置，包括泡沫原液罐、泡沫泵、比例混合装置、消防增压泵、空压机等。

(2)末端释放装置，包括固定式压缩空气泡沫炮、广场消防机器人。

(3)控制系统。

(4)消防水箱、管道及阀门等。

压缩空气泡沫发生装置及配套电源控制柜等集中布置在CAFS设备间内，作为预制舱由厂家成套提供。水箱布置在预制舱附近，补水从水箱附近的站内消防水管道引接。在火灾结束后或水喷雾系统停止动作后，由运行人员开启电动阀，通过站内消防管网向消防水箱补水。

2.1.2 系统布置

全站压缩空气泡沫炮灭火系统布置如图1所示。

图1 压缩空气泡沫炮灭火系统布置

每个阀组(6台变压器)配置4台固定式压缩空气泡沫消防炮,布置在阀厅挑檐上，依据与发生装置距离从远到近的原则编为1#、2#、3#和4#。每台变压器在2台炮的保护范围内。

换流站内设2套独立的压缩空气泡沫产生装置，设2座独立的设备舱及2座水箱，以及2套压缩空气泡沫混合液供液管网。其中1套向各阀组1#和3#固定式CAFS炮供液，另1套向各阀组2#和4#固定式CAFS炮供液。正常情况下2套CAFS设备分别向2套管网供液，设备出口不串联。当1套设备发生故障后，可手动开启另1套设备出口常闭阀门向另外1套管网供液。

每门消防炮独立设计一个分区选择阀，每个阀组共有4个分区选择阀，集中布置在一个阀门操作箱内。阀门操作箱布置在防火墙外侧。

考虑系统响应时间的要求，应尽量缩短消防管道的长度，因此本工程CAFS设备间及配套水箱就近布置在低端阀厅附近直流场区域空地，采用露天布置。

站区内压缩空气泡沫混合液管道采用内外镀锌焊接钢管，焊接连接。为减少埋地管道铺设开挖对原有地下管道及其他设施的破坏，压缩空气泡沫管道架空铺设，过路段采用埋地敷设。

2.1.3 系统参数设计

每个固定CAFS炮泡沫混合液流量为40 L/s，保护半径为40 m。当一台换流变发生火灾时，两台消防炮同时喷射，有效喷射流量约80 L/s。

为节约投资同时考虑设备可靠性冗余，全站设计2套压缩空气泡沫产生装置，额定流量均为2 400 L/min，采用混合比为3%的AFFF泡沫，采用的气液比(常温常压下空气体积与泡沫混合液体积比例)为7∶1，向消防炮系统供给压缩空气泡沫。正常情况下2套系统同时启动，供2台炮喷射。当1套产生设备故障时，仍可保证1台炮正常喷射。

每套灭火系统设计喷射时间为60 min，泡沫液储量按冗余50%考虑，泡沫原液连续供给时间不小于90 min，所需泡沫液容积为：2 400 L/min×1%×60 min×150%=2 160 L。在每套CAFS设备间内设置容积为4.8m3的泡沫原液储罐。

每套灭火系统用水量为：2 400 L/min×99%×60 min=142.6 m3。每套新增压缩空气泡沫系统单独设置1座水箱，容量不低于150 m3。

2.2 移动举高消防机器人

除消防炮以外，本工程每极(极1、极2)广场上各配置1台压缩空气泡沫举高喷射消防机器人，作为固定消防炮的补充。

该举高喷射机器人[7](图2)以智能移动机器人为载体，综合了自动消防炮、运动控制、图像处理、机器人等技术为一体，具有举升高度高、保护范围广、机动灵活的优点，且可采用远程遥控模式。

图2 移动举高消防机器人

本工程2套压缩空气泡沫混合液供液管网在每座阀厅(共4座)分区阀箱前引接管道至最近一台换流变防火墙端头，预留快速接头与换流变广场的消防机器人连接，快速接头前设置手动闸阀。当某台固定炮发生故障时，可用消防水带连接移动高举消防机器人，同时关闭对应阀厅挑檐消防炮的分区阀，打开闸阀，使2套压缩空气泡沫发生装置1套只供挑檐消防炮，1套只供移动举高消防机器人。

除本站使用的以上CAFS灭火措施外，还可在压缩空气泡沫系统容量充裕的情况下，在变压器附近预留CAFS泡沫枪接口，方便消防人员使用；在经费允许的情况下，可采用驻站CAFS消防车，可大大提升变电站消防安全。

3 结论

本文中在运换流站消防提升以新增压缩空气泡沫系统为主，增设固定式压缩空气泡沫消防炮及喷射压缩空气泡沫的移动举高消防机器人，在不影响原站内消防系统的情况下，有效提升了换流站消防灭火力量。

在新建变电站/换流站中，变压器可直接采用压缩空气泡沫喷淋系统作为固定灭火系统，取代传统水喷雾及泡沫喷雾系统，提升变压器火灾灭火效率。

压缩空气泡沫系统在保护变压器的工程应用中，除去设备经费较高的问题，也存在可优化改善的地方。笔者思考了以下几点，可为后续技术改善提供参考。

(1)由于压缩空气泡沫介质较轻，在远距离、高位消防炮喷射泡沫过程中，受环境风速、火羽气流作用，灭火剂的精准喷射、集中灭火效果将受到影响。

(2)本文消防提升工程中采用的压缩空气与泡沫混合液比例为7∶1，为国外应用较广泛的混合比，而对于不同的可燃物和消防作战原则，应存在不同的最优配比。因此对于压缩空气与泡沫液的比例需控制合理[8]。

(3)压缩空气泡沫介质中含有大量空气，空气是助燃物之一，使用压缩惰性气体代替压缩空气或可实现更优的灭火效果[9]。