CC BY
71УДК 614.844:621.314
DOI 10.25257/FE.2018.4.37-42
РОЖКОВ Алексей Владимирович
Кандидат технических наук, доцент Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: r-alexey77@yandex.ru
ПЕРЕДНЯ Дарья Андреевна
Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: darya4252@mail.ru
РОИТМАН Владимир Миронович
Доктор технических наук, профессор НИУ Московский государственный строительный университет, Москва, Россия E-mail: roytman-msuse@yandex.ru
ЗАЩИТА МАСЛЯНЫХ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ УСТАНОВКАМИ ВОДЯНОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ
В статье рассмотрены требования по защите масляных силовых трансформаторов от пожаров и проведён анализ средств пожаротушения, применяемых в качестве оросителей в установках пожаротушения. Определены требования и технические характеристики для разработки нового оросителя, совмещающего в себе достоинства ранее производимых оросителей. Впервые предложена принципиальная схема оросителя дренчерного универсального специального для защиты масляных силовых трансформаторов установками пожаротушения.
Ключевые слова: ороситель, установки пожаротушения, трансформатор, трансформаторное масло.
Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) -основа экономики любой индустриально развитой или развивающейся страны. Согласно Постановлению Правительства РФ от 15.04.2014 № 32 «Об утверждении государственной программы Российской Федерации «Энергоэффективность и развитие энергетики», в Российской Федерации более 45 % доходной части консолидированного бюджета составляет именно ТЭК, а доля в объёме внутреннего валового продукта страны составляет почти 30 %. Стоит отметить, что доходы от экспорта топливно-энергетических ресурсов составляют около 70 %. В настоящее время главной отраслью ТЭК является электроэнергетика, представляющая собой мощный высокоинтегрирован-ный комплекс объектов электрификации под единым диспетчерским управлением, обеспечивающий электроэнергией экономику и население страны.
В связи с развитием экономики спрос на электроэнергию быстро растёт, однако ввод новых мощностей в электроэнергетике значительно отстаёт от спроса, поэтому объекты электроэнергетического комплекса зачастую вынуждены работать в режимах повышенных нагрузок. Ещё одной важной проблемой является высокая степень износа электрооборудования (почти 60-70 %) и отсутствие инвестиций для его своевременного обновления (Распоряжение Правительства РФ от 13.11.2009 № 1715-р «Об Энергетической стратегии России на период до 2030 года»). Все эти проблемы ведут к низкой энергоэффективности и росту аварийных ситуаций на объектах электроэнергетики, которые зачастую сопровождаются пожарами, что отрицательно сказывается на экономике России, негативно влияет на качество жизни населения и повышает вероятность возникновения техногенных угроз.
Согласно проведённому анализу, максимальное количество пожаров, произошедших на объектах электроэнергетического комплекса в период с 2005 по 2015 год, а именно 36,5 % от общего количества, составляют пожары на трансформаторных подстанциях [1]. Наибольшую опасность на таких объектах представляют масляные силовые трансформаторы, в которых находится большое количество трансформаторного масла (до 100 тонн) [2, 3, 4]. Поэтому защита трансформаторов от возникновения пожаров является актуальным направлением исследования.
Все эксплуатируемые и вновь устанавливаемые трансформаторы, исходя из особенностей их расположения, можно разделить на две группы [5]:
- открытого типа (на открытой площадке);
- закрытого типа (в помещении - камере).
Таблица 1
Электрооборудование, подлежащее защите автоматическими установками пожаротушения
Объект защиты Защита автоматической установки пожаротушения
Масляные силовые трансформаторы и реакторы
Напряжением 500 кВ и выше Независимо от мощности
Напряжением 220-330 кВ и выше, мощностью 200 МВА и выше
Напряжением 110 кВ и выше, установленные у зданий гидроэлектростанций, с единичной мощностью 63 МВА и выше
Напряжением 110 кВ и выше, установленные в камерах закрытых подстанций глубокого ввода и в закрытых распределительных установках электростанций и подстанций, мощностью 63 МВА и выше
© Рожков А. В., Передня Д. А.,Ройтман В. М., 2018
37
На сегодняшний день основные требования по защите масляных силовых трансформаторов установками пожаротушения содержатся в ряде нормативных документов и представлены в таблице 1.
Согласно представленным требованиям, масляные силовые трансформаторы напряжением от 110 кВ и мощностью от 63 МВА подлежат защите автоматическими установками пожаротушения.
Основными элементами установок пожаротушения являются: оросители; распределительный коллектор; подводящий и питательный трубопроводы; насосы; запорно-пусковые устройства; системы автоматического управления.
В автоматических установках пожаротушения важнейшей составной частью является ороситель. От его технических характеристик зависит вероятность успешной локализации и тушения пожара на трансформаторе.
Проектирование автоматических установок пожаротушения осуществляется в соответствии с ведомственными нормативными документами РД 34.15.109-91 «Рекомендации по проектированию автоматических установок водяного пожаротушения масляных силовых трансформаторов» и РД 153-34.049.101-2003 «Инструкция по проектированию противопожарной защиты энергетических предприятий». Однако в связи с изменением нормативной базы, введением положений о лицензировании и сертификации, а также с развитием технологий возникает необходимость в пересмотре данных нормативных документов.
Например, согласно РД 34.15.109-91, принятым в 1991 году, для защиты масляных силовых трансформаторов рекомендуется использовать дрен-черный ороситель Одесского завода спецавтоматики ОПДР-15 (рис. 1, а) как наиболее соответствующий установленным требованиям (наибольшая интенсивность орошения; малый расход воды; максимальная дальность действия от защищаемой поверхности).
До введения в действие РД 34.15.109-91 для защиты трансформаторов устанавливались оросители типа ДВ и эвольвентного типа (рис. 1, б, в). В процессе их эксплуатации были выявлены следующие недостатки:
1. При тушении пожаров масляных силовых трансформаторов автоматическими установками пожаротушения с применением оросителей типа ДВ увеличивается расход воды, так как для создания необходимой интенсивности орошения 0,2 л/(с-м2) [6] должно быть 70 %-е перекрытие соседних диаграмм орошения. В связи с этим количество устанавливаемых в системе оросителей увеличивается практически в 2 раза и создаёт эффект «гирлянды» на обвязке трубопровода.
2. Оросители эвольвентного типа из-за особенностей в конструкции имеют небольшую дальность действия. Для повышения этого важного параметра на оросителях устанавливаются диффузоры (конусы), что позволяет увеличить дальность действия, но при этом число оросителей и расход воды увеличивается.
В связи с тем, что представленные оросители устарели, необходимо произвести их замену на действующих автоматических установках пожаротушения при плановом капитальном ремонте или реконструкции трансформаторных подстанций.
Также для защиты трансформаторов применяются оросители, обеспечивающие подачу тонкораспылённой воды (ТРВ), например, РЦ-180 Бийского завода спецавтоматики (рис. 2). От представленных ранее оросителей они отличаются небольшим расходом воды (1,2-1,9 л/с), при этом обладают тем же недостатком, что и представленные ранее оросители - малой глубиной тушения. Стоит отметить, что тушение пожаров на трансформаторах открытого типа ТРВ малоэффективно в связи с рассеиванием водяной струи. Также в полной мере не осуществляются функции охлаждения корпуса трансформатора и смыва трансформаторного масла с него при разрушении вводов.
В некоторых случаях для компенсации ветрового воздействия при защите трансформаторов открытого типа с применением ТРВ по периметру трансформатора устанавливался ограждающий забор примерно на 1,01,5 м выше верхней поверхности корпуса трансформатора. В этом случае могли происходить нарушения температурного режима эксплуатации трансформатора, ввиду застоя воздуха в ограждении.
б
Рисунок 1. Оросители: ■ ороситель дренчерный ОПДР-15; б - ороситель ДВ; в - ороситель эвольвентный
а
в
а
л к
Рисунок 2. Ороситель РЦ-180
В случае реконструкции или капитального ремонта трансформаторной подстанции невозможна простая замена устаревших оросителей на оросители ТРВ без полной замены распределительных устройств, трубопроводов и насосных установок. В связи с этим использование существующей линейки оросителей ТРВ для автоматических установок пожаротушения трансформаторов не является рациональным решением.
В связи с этим остро стоит вопрос о защите новых трансформаторов, а также о замене вышедших из строя оросителей на действующих автоматических установках пожаротушения трансформаторов.
В настоящее время для тушения пожаров на трансформаторах открытого типа также применяются лафетные стволы с насадками, формирующими распылённые струи воды. Применяются стационарные лафетные стволы, показанные на рисунке 3: пожарный робот (автоматический), осциллирующий и с ручным управлением [7].
Отмечаются следующие положительные моменты при проектировании установок пожаротушения трансформатора с лафетными стволами вместо оросителей:
- в зависимости от мощности и размера трансформатора количество лафетных стволов варьируется от 6 до 8 шт. (количество оросителей может составлять до 60 шт.);
- расход воды на орошение трансформатора не превышает 60-100 л/с (вместо 120-180 л/с при установке оросителей);
- обвязка трубопровода - одно распределительное кольцо, располагаемое на высоте около 1 м над уровнем земли (вместо 3-5 рядов оросителей, расположенных на высоте до 7-10 м);
- монтаж и обслуживание элементов установки пожаротушения трансформатора осуществляется с земли;
- в случае монтажных и экспертных ошибок работы по наладке системы пожаротушения не требуют переврезки стояков и оросителей, а устраняются за счёт узла управления и крепления лафетного ствола;
- создание водяной завесы для защиты трансформатора от пожаров, возникающих на рядом стоящем электрооборудовании.
При анализе проектных решений и пусконала-дочных работ установлены следующие недостатки:
- пожарные лафетные стволы в основном поставляются в базовой комплектации с насадком на расход 20 л/с, что не всегда удобно для решения задач противопожарной защиты трансформатора;
- поставка насадка на 10 л/с (наиболее часто используется для установок пожаротушения) должна специально оговариваться при заказе и контролироваться при поставке;
- заявленная дальность действия сплошной и распылённой струи при установке по факту занижена;
- затруднение в использовании стволов с избыточным расходом 20 л/с для защиты трансформаторов закрытого типа;
- большие конструктивные размеры лафетных стволов для автоматических установок пожаротушения трансформаторов закрытого типа.
На основании полученного практического опыта и выявления ряда недостатков можно сделать вывод о том, что средства пожаротушения, применяемые на сегодняшний день в качестве оросителей, не в полной мере соответствуют современным требованиям по защите трансформаторов. В связи с этим, актуальным направлением для дальнейшей исследовательской
а б в
Рисунок 3. Пожарные лафетные стволы: а - пожарный робот; б - осциллирующий; в - с ручным управлением
С
Требования, предъявляемые к автоматической установке пожаротушения масляного силового трансформатора
Г Локализация
I и тушение пожара /-\
Защита рядом стоящего электрооборудования
ч_ )
у
Смывание трансформаторного масла с корпуса трансформатора и предотвращение его возгорания при разрушении фарфоровых изоляторов
/-
Снижение температуры горения и предотвращение обрушения строительных конструкций при возгорании трансформатора закрытого типа
Рисунок 4. Требования, предъявляемые к автоматической установке пожаротушения масляного силового трансформатора
деятельности является разработка технического средства, которое будет совмещать в себе достоинства существующих средств пожаротушения и компенсировать их недостатки.
В связи с этим определены требования, предъявляемые к автоматической установке пожаротушения масляных силовых трансформаторов, представленные на рисунке 4.
Установка пожаротушения масляных силовых трансформаторов должна обеспечивать не только тушение пожара, но и мгновенное охлаждение, а также смывание масла с корпуса трансформатора. В связи с этим, согласно РД 34.15.109-91, в качестве огнетушащего вещества рекомендуется применять распылённую воду, которая обеспечит наиболее эффективное выполнение представленных требований.
Для обеспечения указанных требований ороситель должен соответствовать следующим параметрам:
- глубина тушения до 15 м;
- возможность подачи распылённой струи с углом факела распыления струи от 30 до 120°;
- угол понижения/возвышения над горизонтом от -15 до 90°;
- возможность позиционирования насадка в горизонтальной плоскости для быстрого монтажа составляет 360°;
- используемое давление от 0,3 до 1,0 МПа;
- подача огнетушащих веществ от 10 до 20 л/с.
На основании вышеизложенных требований
была предложена принципиальная схема оросителя дренчерного универсального специального для установок пожаротушения масляных силовых трансформаторов, показанная на рисунке 5.
Ороситель дренчерный универсальный специальный, устанавливаемый в любом пространственном положении, предназначен для распыления воды в автоматических установках пожаротушения для локализации и тушения пожаров масляных силовых трансформаторов. Ороситель призван заменить громоздкие лафетные стволы там, где их применение
затруднено или невозможно, а также составить эргономичную качественную альтернативу стандартным дренчерным оросителям в установках пожаротушения. Технические характеристики представлены в таблице 2.
Главным достоинством оросителя является позиционирование в пространстве. Оно осуществляется благодаря запатентованной конструкции на основе
Рисунок 5. Схема оросителя дренчерного универсального специального:
1, 6 - фиксатор положения; 2 - муфта; 3 - зубчатая головка для получения мелкодисперсной струи; 4 - рабочая зона; 5 - шкала угла раскрытия струи
Таблица 2 Технические характеристики оросителя дренчерного универсального специального
сферического шарнира. Рабочий сектор представляет собой конус с углом при вершине 40°. Позиционирование и фиксация осуществляется в ручном режиме. Ороситель дренчерный универсальный специальный состоит из следующих компонентов:
1) присоединительного фланца ЭЫ65;
2) системы поворота выходной головки на базе сферического шарнира с рабочей зоной ±20° относительно центральной оси фланца;
3) двух резьбовых фиксаторов с прижимными пластинами для фиксации выходной головки в выбранном положении;
4) жестко соединённого с выходной головкой насадка на расход 16,6 л/с при давлении 6 атм:
- распыляющая муфта с двойной зубчатой насечкой;
- устройство регулировки угла раскрытия струи (от компактной до защитного экрана с углом раскрытия 120°) с шагом раскрытия 30°.
С учётом материалов, изложенных в статье, необходимо экспериментально исследовать гидравлические характеристики и обосновать использование нового технического средства - оросителя дренчерного универсального специального для тушения масляных силовых трансформаторов с техническими характеристиками, которые не применялись ранее.
Наименование Значение
Минимальное/номинальное/ максимальное рабочее давление 3/6/16 атм
Расход огнетушащих веществ 1000 л/мин при давлении 6 атм
Угол раскрытия струи Регулируемый 0°/30°/60°/90°/120°
Входной фланец ЭЫ65
Температура эксплуатации От -60° до +50 °С
Рабочий сектор Конус с углом 40° относительно нормальной оси фланца
Материалы Алюминиевый сплав с черным анодированным покрытием, полиуретан, никелированная латунь, нержавеющая сталь
Масса не более 5,5 кг
ЛИТЕРАТУРА
1. Варнакова Д. А. Тушение пожаров на трансформаторных подстанциях // Технологии техносферной безопасности. 2016. Вып. 6 (70). Режим доступа: http://elib.sfu-kras.ru/handle/2311/21137 (дата обращения 10.12.2018).
2. Захарова Д. А, Иванова У. С. Анализ пожарной опасности на Красноярской ТЭЦ-2 // Сборник материалов I Всероссийской молодёжной научно-технической конференции нефтегазовой отрасли «Молодая нефть». Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2014. 294 с.
3. Боднар В. В. Нагрузочная способность силовых масляных трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1983. 176 с.
4. Казанский С. В., Моссаковский В. И., Печенкин Д. П. Моделирование нестационарных тепловых режимов силовых масляных трансформаторов // ЕНЕРГЕТИКА: ЕКОНОМ1КА, ТЕХНОЛОГИ, ЕКОЛОГ1Я. Киев: Национальный технический
университет Украины «Киевский политехнический институт». №2(40). 2015. С. 53-55.
5. Кабанова А. Д., Дунаев М. Ю, Антипин Н. М. Рассмотрение видов трансформаторов // Научно-практический электронный журнал «Аллея Науки». 2017. №14. С. 220-222. Режим доступа: https://www.alley-science.ru/domains_data/files/October1_7/ НА88М0ТНЕМ1Е</о20У100У</о20ТНА1\18Р0НМАТ0Н0У^ (дата обращения 10.12.2018).
6. Кашолкин Б. И., Мешалкин Е. А. Тушение пожаров в электроустановках. М.: Энергоатомиздат, 1985. 112 с.
7. Горбань Ю. И., Синельникова Е. А. Автоматические установки пожаротушения на базе роботизированных пожарных комплексов АУП РПК для защиты машинных залов АЭС, ТЭЦ и ГЭС // Пожарная безопасность. 2012. № 3. С. 136-142.
Материал поступил в редакцию 15 октября 2018 года.
Aleksey ROZHKOV
Doctor of Philosophy in Engineering Sciences, Associate Professor
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: r-alexey77@yandex.ru
Darya PEREDNYA
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: darya4252@mail.ru
Vladimir ROITMAN
Grand Doctor of Philosophy in Engineering Sciences, Professor
Moscow State (National Research) University of Civil Engineering, Moscow, Russia E-mail: roytman-msuse@yandex.ru
PROTECTION OF OIL POWER TRANSFORMERS BY MEANS OF WATER BASED
SUPPRESSION SYSTEMS
ABSTRACT
Purpose. The article deals with the issues relating to the protection of oil power transformers by means of water based suppression systems.
Methods. In the course of work modern research methods have been used. A theoretical analysis of regulatory documents and technical means of extinguishing oil power transformers has been carried out and their advantages and disadvantages have been revealed.
Findings. Based on the obtained results of the theoretical study the conclusion has been made that so far fire extinguishing means for suppression of oil power transformers have been outdated and do not meet modern-day requirements. A universal drencher specially designed for the protection of oil power transformers by means of automatic water based suppression systems has been proposed for the first time. The drencher has been designed by taking into
account the advantages and disadvantages of existing fire extinguishing means.
Research application field. The obtained results can be used to design automatic water based suppression systems for the protection of oil power transformers.
Conclusions. It has been established that the existing extinguishing means for suppressing oil power transformers do not meet modern-day requirements. The technical characteristics for the development of a new technical means for suppressing oil power transformers have been presented. The universal drencher specially designed for the protection of oil power transformers by means of automatic water based suppression systems has been proposed for the first time.
Key words: a drencher, suppression systems, a transformer, transformer oil.
REFERENCES
1. Varnakova D.A. Extinguishing fires in transformer substations. Tekhnologii tekhnosfernoi bezopasnosti:internet-zhurnal, 2016, no. 6 (70). available at: http://elib.sfu-kras.ru/handle/2311/21137 (accessed December 10, 2018). (in Russ.).
2. Zakharova D.A., Ivanova U.S. Analiz pozharnoy opasnosti na Krasnoyarskoy TETS-2. Sbornik materialov 1 Vserossiyskoy molodezhnoy nauch.-tekhn. konf.neftegazovoy otrasli "Molodaya neft".[ Fire hazard analysis at Krasnoyarsk CHP-2. Collection of materials of the 1 th All-Russian Youth sci.- techn. conf. of the Oil and Gas Industry "Young Oil". Krasnoyarsk, Siberian Federal University Publ., 2014. 294 p. (in Russ.).
3. Bodnar V.V. Nagruzochnaya sposobnostsilovykh maslyanykh transformatorov [Loadability of power oil-immersed transformers]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1983. 176 p.
4. Kazanskiy S.V., Mossakovskiy V.I., Pechenkin D.P. Modelling of non-stationary thermal power oil-immersed transformers.
ENGINEERING: Economics, Technique, Ecology. Kiev. Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, no. 2 (40). 2015, pp. 53-55.
5. Kabanova A.D., Dunaev M.Yu., Antipin N.M. Look at the types of transformers.Alley-science:internet-zhurnal, 2017, no. 14, pp. 220222, available at: https://www.alley-science.ru/domains_data/files/ 0ctober1_7/RASSM0TRENIE%20VID0V%20TRANSF0RMAT0R0V. pdf (accessed December 10, 2018). (in Russ.).
6. Kasholkin B.I., Meshalkin E.A. Tushenie pozharov v elektroustanovkakh [Extinguishing fires in electrical installations]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1985. 112 p.
7. Gorban Yu.I., Sinelnikova E.A. computer-aided firefighting systems based on firefighting robotic complexes (CFS FRC) for protection of the machine halls in nuclear power, heat power and hydropower plants. Pozharnaya bezopasnost, 2012. no. 3. pp. 136142. (in Russ.).
42
© RozhkovA., Perednya D., Roitman V., 2018
