變壓器排油注氮防爆防火滅火裝置

1、WHLFMD李筠瑞深圳華電電力消防技術有限公司二五年九月二十五日WHL-FMD變壓器排油注氮防爆防火滅火裝置李 筠 瑞二五年九月二十五日油浸變壓器是發(fā)電廠和變電站的主要電力設備之一。變壓器內充滿著大量的變壓器油，變壓器油閃點是135左右，燃點為165190，自燃點是330左右。變壓器油是一種是可燃的絕緣液體，所以在選擇安裝、使用油浸變壓器時要采用防火措施，特別是變電站綜合自動化技術中，更應選擇主動性的滅火設備，確保變電站的安全可靠性。1、油浸變壓器發(fā)生爆炸和燃燒的原因：1.1變壓器油箱爆裂著火：繞組絕緣損毀產生短路。變壓器長期過負荷運行、絕緣油的裂解腐蝕作用都會引起繞組絕緣老化、變質，使絕緣強

2、度降低，嚴重時失去絕緣作用，造成繞組匝間短路；變壓器進水使絕緣強度降低而引起匝間短路；焊渣、鐵磁等雜物（如過濾網(wǎng)及活性氧化鋁）進入變壓器，以及制造質量不良都會導致繞組匝間短路。繞組發(fā)生短路故障時產生放電電弧，其溫度達3000以上，絕緣油在高溫作用下，分解出大量氫氣、乙炔、甲烷等可燃氣體。同時伴隨著內部壓力不斷增大，當壓力超過油箱的機械強度，就會發(fā)生噴油或油箱爆裂。當可燃氣體與空氣混合達到一定濃度，箱體內的變壓器油即刻燃燒。變壓器出線發(fā)生短路，變壓器的保護如瓦斯繼電器、壓力釋放閥等失靈，燒毀變壓器而發(fā)生火災。過電壓擊穿絕緣，使變壓器爆燃。對中性點不接地運行的變壓器，由于系統(tǒng)引起操作過電壓，使主絕

3、緣燒壞，由于變壓器出口單相弧光接地，引起操作過電壓。這兩種情況都會使變壓器內部發(fā)生閃絡。由于套管上部端子帽密封不嚴，雨水沿引線鼻子通過銷釘孔，沿引線漏入變壓器，使引線根部繞組絕緣強度大大降低，造成該相繞組對地，或高低壓繞組之間短路。變壓器周圍堆放雜物、有油污等在外界火源下引發(fā)變壓器爆裂?？傊儔浩饔拖浔哑鸹?，一般都是幾種因素共同作用而引發(fā)火災。1.2絕緣油套管閃絡，引起變壓器爆裂起火，絕緣油套管是變壓器的薄弱環(huán)節(jié)，在變壓器火災事故中占很大比例，僅次于繞組事故。變壓器的絕緣套管由于上部密封不嚴，雨水浸入或受潮，絕緣下降而爆裂起火。變壓器套管發(fā)生出線短路，雷擊過電壓，內部發(fā)生嚴重的絕緣事故，如果

4、防爆管不能及時泄壓，或泄壓能力不足，也會造成套管爆炸起火。瓷套管有裂紋，長期滲油，使其表面長期積滿油垢發(fā)生閃絡，局部放電，使瓷質發(fā)熱受損，發(fā)生絕緣擊穿事故。瓷套管中心導體損壞或脫落，造成繞組出線端接地，或套管油箱內部破裂，引起短路接地，產生高溫放電電弧，發(fā)生變壓器油的內部燃燒。高壓電容套管在制造上存在缺陷或在運輸中的損傷，在運行中又長期受高電壓作用，一旦經受電氣事故的沖擊，便可爆發(fā)并伴隨高壓套管爆裂，引起噴油起火。在安裝過程中，未將套管接線柱擰緊或未采取銅鋁過渡措施，產生局部過熱或電弧，電化學腐蝕、火花等，出現(xiàn)接觸不良，引起套管破裂漏油燃燒，引起襯墊和油箱頂部起火。1.3有載調壓的開關與繞組連

5、接處接觸不良，產生高溫引起爆炸與燃燒，此類事故的比例僅次于套管閃絡事故。分接開關制造上存在的缺陷，如鍍銀層強度不夠，磨損脫皮造成接觸不良，及伴隨產生高溫，使油分解產生油氣，引起燃燒和爆炸。分接開關位置不正或制造時彈簧壓力不足，滾輪壓力不均，使實際有效接觸面積減小。在線圈與線圈之間、繞組端部和分接頭之間、以及露出油面的接線頭等，如果開焊，或連接不好、松動或斷開而產生電弧的故障也經常發(fā)生。有的變壓器三相調壓開關相間距離不夠或絕緣材質不合格，在過電壓下引起絕緣擊穿，造成相間短路事故。1.4磁路、鐵芯故障產生渦流、環(huán)流發(fā)熱，引起變壓器故障。鐵芯多點接地事故多是制造不良或檢修不慎引起。變壓器制造時，螺栓

6、穿過鐵芯及鐵軛以夾緊疊片時，常因裝配疏忽，使螺栓絕緣損壞，造成疊片間局部短路，形成局部渦流。如果螺栓絕緣有兩個或以上損壞時，螺栓與螺栓之間可能產生很大的循環(huán)電流，形成匝與磁通相鏈的短路線圈，閉合回路電流產生的熱量可以使所短接的硅鋼片燒到融化程度，并可能同時造成線圈絕緣破壞而短路。當疊片之間的絕緣或鐵軛與鐵軛的夾板間的絕緣破壞時，會產生很大的渦流，產生相當大的熱量，嚴重時可使鐵芯和繞組絕緣損壞。當夾件與鐵芯之間的絕緣距離不夠，或鐘罩加強筋對上夾件距離不夠，或鐵芯底部有雜物時，將發(fā)生鐵芯多點接地。有些大型變壓器由于低壓繞組壓釘脫落使鐵芯兩點接地，產生渦流發(fā)熱。1.5造成變壓器故障的其它原因有：大氣

7、過電壓和內部過電壓使線圈主絕緣損毀。小動物造成變壓器短路。金屬導線、照明線、鋁箔、裝配或檢修工具或其它外來雜物造成變壓器短路。變壓器周圍可燃物起火，引起變壓器短路。2、變壓器的消防裝置分為被動和主動滅火系統(tǒng)及比較根據(jù)多年來對大型油浸變壓器的消防系統(tǒng)的設計理念、運行及功能將消防裝置分為被動及主動滅火系統(tǒng)。2.1被動滅火系統(tǒng)當變壓器發(fā)生爆裂或燃燒后，啟動滅火系統(tǒng)以撲滅火災的稱作被動滅火系統(tǒng)。其優(yōu)點：不再擴大事故，可盡量減少事故造成損失。其缺點：此被動滅火，雖然是最終將火熄滅，但變壓器依然是損壞了，仍需修復甚至報廢，不但造成直接損失，而且由于停電造成的間接損失 是無法估量的，更重要的是造成社會的不安

8、。2.2主動滅火系統(tǒng)當變壓器將要發(fā)生爆裂或燃燒時，啟動滅火系統(tǒng)，將事故扼殺在萌芽狀態(tài)，完全保護了變壓器，稱做主動滅火。其特點：主動滅火，與國家“預防為主，防消結合”方針相一致，保護了國家財產和人民生命安全。3被動滅火裝置（系統(tǒng)）主要有以下幾種：3.1水噴霧滅火系統(tǒng)（包括細水霧和SP泡沫滅火系統(tǒng)）優(yōu)點：此系統(tǒng)的滅火介質是清潔的水，當啟動時，形成水霧隔絕空氣，進行滅火。缺點：a) 水噴淋滅火系統(tǒng)的水源，往往成為變電所選址的突出制約因素。如我國西北、華北、東北地區(qū)缺水、寒冷、風沙大，而變壓器系統(tǒng)一般設置在室外，這給設計、安裝、運行維護提出許多難以解決的問題。b) 造價高：需占用地打井、建蓄水池、設大

9、水泵房、設置多條輸水管及安裝噴頭。c) 保養(yǎng)維護費用高，嚴重地受環(huán)境影響。n 在干燥或灰塵多的環(huán)境里，噴水頭會堵塞而完全不能使用，如要清理噴水頭和該系統(tǒng)的維護，則一定要停運變壓器。n 噴水時因配管內部之銹垢常會使噴水頭堵塞。n 在寒冷環(huán)境中，溫度在0以下時（暴露在外面的水噴淋系統(tǒng)不能充水，否則會結冰，甚至水管爆裂）水噴淋系統(tǒng)無法運轉。n 裝在變壓器上方之配管及噴水頭，在變壓器爆炸時會被損壞而不能參與救火。n 為保證系統(tǒng)正常運行，需定時試噴，試噴時，變壓器甚至整個變電站要停電。d) 當變壓器發(fā)生火災水噴淋停噴后，表面的火已滅了，如變壓器油溫仍然超過了燃點和自燃點，熱油一旦涌出，遇空氣立即復燃。e

10、) 水噴淋系統(tǒng)啟動一次約用300450噸水，不利于保護水資源和節(jié)約用水。3.2二氧化碳滅火系統(tǒng)：優(yōu)點：a) 二氧化碳來源廣泛，價格低廉。b) 二氧化碳從儲存系統(tǒng)噴出來，使正在燃燒的變壓器油窒息，同時二氧化碳也是快速冷卻劑。缺點：a) 只適用于安裝在室內的變壓器（變壓器室要有一定的密封性）。b) 只能撲滅變壓器表面的火焰，但在消除變壓器火災隱患和防止變壓器復燃方面，仍存在一定問題。c) 如該系統(tǒng)啟動時，若防范不夠，易造成人窒息。3.鹵代烷滅火系統(tǒng)：優(yōu)點：鹵代烷中含有鹵代碳氫化合物，速度快、滅火性能高。缺點：適合小范圍內用，會產生巨毒，可使人窒息。a) 產生的巨毒，破壞大氣臭氧層，是聯(lián)合國限制使用

11、的產品，我國在2010年將全面禁用。b) 此滅火系統(tǒng)也只能撲滅變壓器表面火焰，無法防止變壓器復燃。4、主動滅火方式WHL-FMD變壓器排油注氮變壓器防爆防火滅火裝置。4.1 FMD變壓器防爆防火系統(tǒng)的表達和要點：變壓器防爆防火裝置是避免變壓器爆裂并阻止火災發(fā)生。所以，以往變壓器被動滅火系統(tǒng)例如水噴淋系統(tǒng)、二氧化氮系統(tǒng)等都已經落伍，因為防爆防火系統(tǒng)不但是一個滅火系統(tǒng)，也是一個預防的系統(tǒng)。是主動性的滅火裝置。防爆防火系統(tǒng)是唯一能避免變壓器爆裂的技術，能夠現(xiàn)場進行維修以節(jié)省因更換變壓器和其他附屬設備而花費的大量資金。有載調壓開關和套管比起變壓器有更大的發(fā)生故障的可能性。所以防爆防火保護系統(tǒng)亦考慮到保

12、護所有充滿易燃絕緣油的變壓器的保護裝備。（包括油箱、油套管，有載調壓開關，套管電纜油箱）4.2 FMD排油注氮變壓器防爆防火滅火裝置的特點 使用0.1s高速排油閥； 接獲信號判斷后0.2s排油防爆，隨后注氮攪拌冷卻變壓器故障點，反應快速； 采用信號邏輯原理啟動，既能防止系統(tǒng)誤動作，亦能保證動作的靈敏可靠； 系統(tǒng)啟動后可連續(xù)注氮30分鐘以上，充分冷卻變壓器油，防止和撲滅火災，防止復燃，效果明顯；采用氮氣防火滅火介質，環(huán)保無污染；不用水，可保護水資源； 系統(tǒng)安裝簡單，維護方便，無論新變壓器安裝或舊變壓器改造均容易實施；本系統(tǒng)價格大大低于“水噴淋”、“二氧化碳”等滅火系統(tǒng) 尤其適合在缺水、嚴寒、風沙

13、地區(qū)安裝； 適用于變電站無人值班。5、FMD排油注氮防爆防火滅火裝置與被動滅火裝置的技術比較：排油注氮水噴霧二氧化碳鹵代烷滅火介質氮氣水二氧化碳鹵代烷使用范圍露天、室內露天、室內室內室內滅火時間(min)約2min約30min約10min約8min復燃可能性無有有有 降溫效果好較好無無滅火介質的補充可在全國各地充氮耗費水資源補充二氧化碳較困難限制使用，2010年停用，難于補充設計工作量簡單復雜復雜復雜設備投資比較13.5172.522.12對環(huán)境的污染無較小一般嚴重系統(tǒng)的安裝零部件少易安裝管道多，難安裝較難安裝較難安裝系統(tǒng)的維護簡單、方便復雜復雜復雜工作可靠性高低高高設備占地面積(m2)243

14、050202515186、FMD防爆防火滅系統(tǒng)的投運見圖1變壓器線圈短路時箱體壓力變化曲線見圖2防爆防火滅火系統(tǒng)邏輯原理圖圖2防爆防火滅火系統(tǒng)邏輯原理圖6.1防爆防火系統(tǒng)為了防止變壓器爆炸,防爆防火系統(tǒng)啟動是由變壓器斷路器跳閘和過壓所發(fā)出的兩個快速信號。如果變壓器裝配了有載調壓開關和油套管及油套管電纜箱，它們亦能由防爆防火系統(tǒng)所保護。爆破膜和爆破感應器是用來防止所有設備的爆炸和用來啟動防爆防火系統(tǒng)。油氣隔離閥要裝在所有連接管道上為了避免油的滲入。當兩個請求信號發(fā)出后，系統(tǒng)啟動運行：a) 防爆：在0.2秒內開啟快速排油閥將內部壓力釋放，以防止變壓器爆炸。同時關閉斷流閥，將儲油柜內的油與箱體隔離，

15、將箱體內的油排低至變壓器頂蓋下方1520cm。b) 停止氫氣產生并驅走所有爆炸性氣體：大量的氮氣注入變壓器底部、有載調壓開關內和套管（或套管電纜盒如有的話）30分鐘以上，以限制由于短路過熱損壞的影響。利用散熱和熱量轉換的方法，把熱量從短路點轉到絕緣油。6.2 滅火系統(tǒng)見圖3滅火邏輯原理圖當變壓器出現(xiàn)故障，如果壓力探測器、有載調壓開關和套管的爆破膜和爆破感應器無法送出信號，防爆防火系統(tǒng)便會由傳統(tǒng)的氮氣滅火方法名叫“排出和攪拌”來做出后援。在這個時期系統(tǒng)由兩個信號啟動：來自火焰探測器的高溫信號再加上電氣保護（接地，壓力釋放閥，高電流或瓦斯）的其中一個信號。為了增加探測火（任何來源）的面積，變壓器箱

16、體、有載調壓開關和套管的溫度探測器會連接在一起。滅火程序：1) 變壓器油箱排油：啟動快速排油閥和斷流閥隔離油枕。排油20秒后才開始注入氮氣，這樣可以防止體積膨脹導致燃燒的油溢出。2) 滅火：為了降低油的表面溫度在閃點以下，注入氮氣并攪拌油，火在小于5分鐘前被熄滅，而氮氣注入會持續(xù)30分鐘以上圖3：FMD滅火系統(tǒng)的邏輯原理圖3）邏輯關系的敘述 圖1和圖2顯示防爆防火系統(tǒng)僅在收到（變壓器箱體超壓、有載調壓器或套管的爆破感應器信號）和（變壓器保護信號后）或（任一電氣保護動作信號）和至少一只溫感火災探測器信號方可啟動。 若只收到上述任何一個或單一信號而沒有另一個信號配合，則有關防爆防火系統(tǒng)不能啟動，但

17、所出現(xiàn)的信號會于遠方的控制箱信號顯示。此外，亦可通過手動操作，隨時將有關滅火系統(tǒng)啟動。 變壓器的壓力釋放閥和溫感火災探測器被連接到變壓器接線箱上。電纜直接從變壓器接到布置在控制室里的控制箱內?？刂葡溆诌B接到安裝在變壓器附近的消防柜，該柜中裝有防爆防火裝置的主要機械部件。 防爆保護程序的啟動和氮氣注入之間的時間，由延時繼電器整定為3秒鐘（防爆防火啟動）或20秒（滅火啟動）。此繼電器安裝在壓力為15MPa方并可將氮氣瓶上的注氮閥打開，擊穿氮氣瓶頂上的防爆元件。7、系統(tǒng)裝置的結構7.1 主要部件圖4：防爆防火裝置的主要部件1、 瓦斯斷電器 2、壓力釋放閥 3、有載調壓控制器 4、有載調壓防爆膜 5、

18、斷流閥 6、溫感火災探測器 7、排油管 8、注氮管 9、消防柜 10、油氣隔離組件 11、檢修閥 12、減壓閥 13、氮氣壓力表 14、快速排油閥 15、氮氣閥 16、氮氣瓶 7.2 整體結構圖5 FMD變壓器防爆防火滅火系統(tǒng)整體設置示例7.3 控制部份 控制箱：每臺變壓器配備一個控制箱，控制箱采用IC元件和可編程軟件，通過RS485或RS232接口接入變電站SCADA系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，并可配合無人值班變電站內使用?？刂撇糠菀紤]電磁兼容的可靠性。7.3.2 故電源：為了使變壓器防爆防火滅火裝置更加安全可靠，可選用不間斷電源，安裝在控制柜內，作為緊急啟動時的電源。7.3.3 控制柜：為了便于管理和監(jiān)控可將三個控制箱和一個事故電源裝入電力柜內。8、介紹國產化的排油注氮變壓器防爆防火滅火裝置WHL FMD系列8.1于2001年通過了“國家固定滅火和耐火構件質量監(jiān)督檢驗中心”型式檢驗。8.2于2003年3月13日深圳市經濟貿易局主持的鑒定會，通過了朱英浩院士、黃其勵院士、原公安部消防局陳文貴局長等11位著名專家的鑒定，并給予了充分肯定。8.3“該產品設計思路新穎，肯有自主專利知識產權，其高效、安全、不用水、環(huán)保等性能居國內領先水平，填補了我國油浸變壓器防爆、防火和滅火一體化技術的空白，達到國際同類產品的先進水平，尤其在快速排油閥結構性能和