電廠主變壓器區(qū)域消防噴頭誤動作的故障分析

石志超，孫 威，范玉國

（中廣核核電運(yùn)營有限公司，廣東深圳 518116）

0 引言

主變壓器為高壓帶電設(shè)備，含大量可燃物質(zhì)，如絕緣油等，加上繞組內(nèi)部對地短路，鐵芯故障引起過熱，變壓器過負(fù)荷運(yùn)行引起溫度升高等因素，使變壓器成為火災(zāi)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。為了及時控制初期階段的火災(zāi)，某南方沿海電廠主變壓器區(qū)域設(shè)置了高速噴淋自動滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過分布在變壓器各部位的閉式噴頭感溫探測?；馂?zāi)發(fā)生時，閉式噴頭上的玻璃球感溫破裂后，所在探測管線泄壓，啟動雨淋閥，投運(yùn)消防水噴淋。

1 故障現(xiàn)象

（1）主變壓器消防噴淋誤啟動。近年來多次主變壓器消防噴淋動作的故障，確認(rèn)現(xiàn)場沒有火情后，隔離主變消防。設(shè)備狀態(tài)檢查確認(rèn)，其中一個探測噴頭的玻璃球誤爆破碎。閉式噴頭公稱動作溫度為68℃，更換新備件后重新投運(yùn)消防系統(tǒng)（圖1）。

圖1 主變區(qū)域消防閉式探頭

（2）探測噴頭的感溫液體泄漏。定期檢查發(fā)現(xiàn)多起探測噴頭的感溫元件漏液的情況，進(jìn)一步檢查為玻璃球表面有裂紋（表1）。

表1 消防閉式探頭歷史故障信息

2 原因分析

2.1 環(huán)境工況

探測噴頭的誤爆或漏液故障集中出現(xiàn)在主變區(qū)域，常發(fā)生于夏季的降雨后。夏日的降雨前后，消防玻泡存在冷熱急變的過程，玻璃球反復(fù)受到感溫液體膨脹應(yīng)力的作用，處在高疲勞狀態(tài)。

主變區(qū)域處在室外，受到日曬，且由于主變本體散熱，其環(huán)境溫度遠(yuǎn)高于同處室外的廠變、輔變等區(qū)域。在對主變?nèi)嘤蜏兀ˋ相57℃，B相60℃，C相63℃）進(jìn)行對比后，選取油溫最高的C相區(qū)域作為測量對象，在陽光的照射下，使用紅外測溫儀測量，探測噴頭處的最高溫度達(dá)到58.5℃。

2.2 規(guī)范要求

原設(shè)計(jì)主變區(qū)域采用的消防探測噴頭公稱動作溫度均為68℃。國標(biāo)GB 18428—2010《自動滅火系統(tǒng)用玻璃球》規(guī)定[1]：公稱動作溫度為68℃的玻璃球，色標(biāo)為紅色，靜態(tài)動作溫度范圍在65～74℃。另外，國標(biāo)GB 50084—2017《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定[2]：“閉式噴頭（探頭）的公稱動作溫度宜比使用環(huán)境的最高溫度高30℃”，即建議動作溫度為68℃的消防探測玻泡應(yīng)用于最高不超過38℃的環(huán)境。

主變區(qū)域現(xiàn)場最高環(huán)境溫度58.5℃，高于規(guī)范推薦值38℃。

雖然上述規(guī)定不是強(qiáng)制要求，但從外部反饋和相關(guān)資料來看，當(dāng)玻泡受熱至距其公稱動作溫度的30℃范圍內(nèi)時，玻泡內(nèi)的感溫液體開始膨脹，并對玻璃球壁施加壓力。

汽輪機(jī)區(qū)域內(nèi)消防探頭的環(huán)境溫度也比較高，最高環(huán)境溫度達(dá)到46.8℃，但該區(qū)域的消防探頭未發(fā)生誤爆或漏液的情況。與汽機(jī)區(qū)域相比，主變區(qū)域的溫差變化較大。尤其在夏日的降雨前后，消防探頭存在冷熱急變的過程，玻璃球反復(fù)受到感溫液體膨脹應(yīng)力的作用，處在高疲勞狀態(tài)。所以，主變區(qū)域的消防探頭動作溫度選型應(yīng)充分考慮嚴(yán)苛環(huán)境的影響。

2.3 樣品檢測

為分析閉式噴頭本身性能差異，選取現(xiàn)場不同區(qū)域、不同品牌的閉式噴頭樣品，外送天津消防研究生對閉式噴頭進(jìn)行相關(guān)檢測，檢測內(nèi)容有靜態(tài)溫度試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)。

根據(jù)GB 18428—2010標(biāo)準(zhǔn)中閉式噴頭的玻璃球公稱動作溫度標(biāo)準(zhǔn)，靜態(tài)動作溫度符合表2規(guī)定。

表2 玻璃球的靜態(tài)動作溫度 ℃

檢測結(jié)果顯示：①71%的現(xiàn)場送檢樣品動作溫度不合格，說明閉式噴頭存在老化現(xiàn)象；②動作溫度向上漂移的樣品均為A品牌老型號的閉式噴頭；③動作溫度向下漂移的樣品均為A品牌新型號的閉式噴頭；④合格區(qū)間范圍內(nèi)的樣品為全部的B品牌新探頭、部分A品牌新型號探頭。

該檢測結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)際情況一致，即誤動作的探頭大部分為A品牌新型號探頭、個別為B品牌新探頭，而A品牌老型號探頭未發(fā)生過誤動作。

在主變區(qū)域的高熱疲勞狀態(tài)下，消防探頭存在老化現(xiàn)象。從統(tǒng)計(jì)角度上看，A品牌新型號探頭溫度向下漂移，由于主變區(qū)域環(huán)境溫度較高，可能出現(xiàn)個別探頭誤爆的情況；A品牌老型號探頭動作溫度向上漂移，動作溫度較高，反而不易出現(xiàn)誤爆。現(xiàn)場更換A品牌新型號探頭后，集中出現(xiàn)誤動作的故障，通過檢測結(jié)論表明，與該批次的消防探頭動作溫度向下漂移、低于規(guī)范要求的最低動作溫度有關(guān)（圖2）。

圖2 玻泡靜態(tài)動作溫度分布

3 分析結(jié)論

收集各生產(chǎn)區(qū)域的消防探頭缺陷，通過質(zhì)量排列圖分析，確認(rèn)影響質(zhì)量主次因素。主變區(qū)域的環(huán)境工況、閉式探頭選型和A品牌新型號探頭的公稱溫度下漂移類似概率為93%，是主要質(zhì)量因素（圖3）。

圖3 消防閉式探頭的質(zhì)量分析排列圖

主變壓器區(qū)域消防閉式噴頭誤動作的原因主要有以下3個：①主變區(qū)域環(huán)境溫度較高，消防探頭選型溫度偏低；②主變區(qū)域溫差變化大，加速了玻璃球的老化；③A品牌新型探頭動作溫度存在向下偏移的情況，低于規(guī)范要求的最低動作溫度。個別動作溫度接近最高環(huán)境溫度，出現(xiàn)了誤爆，而引發(fā)消防誤噴淋。

4 糾正措施

根據(jù)分析結(jié)論，該電廠對主變區(qū)域消防探頭進(jìn)行重新選型：確定使用公稱動作溫度為79℃的探頭；選用性能較穩(wěn)定的品牌型號；定期檢查維護(hù)等措施。自2012年運(yùn)行至今，尚未發(fā)生上文所述故障。

5 結(jié)束語

（1）消防閉式噴頭（探頭）的使用環(huán)境，除了單純的氣候條件，還應(yīng)綜合考慮所保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行溫度的影響。

（2）室外區(qū)域的消防閉式噴頭（探頭）的使用存在老化的情況，需要制定針對性的檢查和維護(hù)措施。