油浸變壓器是發(fā)電廠和變電站的主要電力設(shè)備之一

1、WHLFMD李筠瑞深圳華電電力消防技術(shù)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(shè)備之一。變壓器內(nèi)充滿著大量的變壓器油，變壓器油閃點(diǎn)是135左右，燃點(diǎn)為165190，自燃點(diǎn)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(shí)要采用防火措施，特別是變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)中，更應(yīng)選擇主動(dòng)性的滅火設(shè)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(chǎn)生短路。變壓器長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行、絕緣油的裂解腐蝕作用都會(huì)引起繞組絕緣老化、變質(zhì)，使絕緣強(qiáng)

2、度降低，嚴(yán)重時(shí)失去絕緣作用，造成繞組匝間短路；變壓器進(jìn)水使絕緣強(qiáng)度降低而引起匝間短路；焊渣、鐵磁等雜物（如過(guò)濾網(wǎng)及活性氧化鋁）進(jìn)入變壓器，以及制造質(zhì)量不良都會(huì)導(dǎo)致繞組匝間短路。繞組發(fā)生短路故障時(shí)產(chǎn)生放電電弧，其溫度達(dá)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?xì)怏w。同時(shí)伴隨著內(nèi)部壓力不斷增大，當(dāng)壓力超過(guò)油箱的機(jī)械強(qiáng)度，就會(huì)發(fā)生噴油或油箱爆裂。當(dāng)可燃?xì)怏w與空氣混合達(dá)到一定濃度，箱體內(nèi)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(hù)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(zāi)。過(guò)電壓擊穿絕緣，使變壓器爆燃。對(duì)中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的變壓器，由于系統(tǒng)引起操作過(guò)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(guò)電壓。這兩種情況都會(huì)使變壓器內(nèi)部發(fā)生閃絡(luò)。由于套管上部端子帽密封不嚴(yán)，雨水沿引線鼻子通過(guò)銷釘孔，沿引線漏入變壓器，使引線根部繞組絕緣強(qiáng)度大大降低，造成該相繞組對(duì)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哑鸹穑话愣际菐追N因素共同作用而引發(fā)火災(zāi)。1.2絕緣油套管閃絡(luò)，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(zāi)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(yán)，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(guò)電壓，內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重的絕緣事故，如果

4、防爆管不能及時(shí)泄壓，或泄壓能力不足，也會(huì)造成套管爆炸起火。瓷套管有裂紋，長(zhǎng)期滲油，使其表面長(zhǎng)期積滿油垢發(fā)生閃絡(luò)，局部放電，使瓷質(zhì)發(fā)熱受損，發(fā)生絕緣擊穿事故。瓷套管中心導(dǎo)體損壞或脫落，造成繞組出線端接地，或套管油箱內(nèi)部破裂，引起短路接地，產(chǎn)生高溫放電電弧，發(fā)生變壓器油的內(nèi)部燃燒。高壓電容套管在制造上存在缺陷或在運(yùn)輸中的損傷，在運(yùn)行中又長(zhǎng)期受高電壓作用，一旦經(jīng)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(guò)程中，未將套管接線柱擰緊或未采取銅鋁過(guò)渡措施，產(chǎn)生局部過(guò)熱或電弧，電化學(xué)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(diào)壓的開(kāi)關(guān)與繞組連

5、接處接觸不良，產(chǎn)生高溫引起爆炸與燃燒，此類事故的比例僅次于套管閃絡(luò)事故。分接開(kāi)關(guān)制造上存在的缺陷，如鍍銀層強(qiáng)度不夠，磨損脫皮造成接觸不良，及伴隨產(chǎn)生高溫，使油分解產(chǎn)生油氣，引起燃燒和爆炸。分接開(kāi)關(guān)位置不正或制造時(shí)彈簧壓力不足，滾輪壓力不均，使實(shí)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(kāi)焊，或連接不好、松動(dòng)或斷開(kāi)而產(chǎn)生電弧的故障也經(jīng)常發(fā)生。有的變壓器三相調(diào)壓開(kāi)關(guān)相間距離不夠或絕緣材質(zhì)不合格，在過(guò)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(chǎn)生渦流、環(huán)流發(fā)熱，引起變壓器故障。鐵芯多點(diǎn)接地事故多是制造不良或檢修不慎引起。變壓器制造時(shí)，螺栓

6、穿過(guò)鐵芯及鐵軛以?shī)A緊疊片時(shí)，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(gè)或以上損壞時(shí)，螺栓與螺栓之間可能產(chǎn)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(chǎn)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(shí)造成線圈絕緣破壞而短路。當(dāng)疊片之間的絕緣或鐵軛與鐵軛的夾板間的絕緣破壞時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的渦流，產(chǎn)生相當(dāng)大的熱量，嚴(yán)重時(shí)可使鐵芯和繞組絕緣損壞。當(dāng)夾件與鐵芯之間的絕緣距離不夠，或鐘罩加強(qiáng)筋對(duì)上夾件距離不夠，或鐵芯底部有雜物時(shí)，將發(fā)生鐵芯多點(diǎn)接地。有些大型變壓器由于低壓繞組壓釘脫落使鐵芯兩點(diǎn)接地，產(chǎn)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(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓使線圈主絕緣損毀。小動(dòng)物造成變壓器短路。金屬導(dǎo)線、照明線、鋁箔、裝配或檢修工具或其它外來(lái)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(dòng)和主動(dòng)滅火系統(tǒng)及比較根據(jù)多年來(lái)對(duì)大型油浸變壓器的消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念、運(yùn)行及功能將消防裝置分為被動(dòng)及主動(dòng)滅火系統(tǒng)。2.1被動(dòng)滅火系統(tǒng)當(dāng)變壓器發(fā)生爆裂或燃燒后，啟動(dòng)滅火系統(tǒng)以撲滅火災(zāi)的稱作被動(dòng)滅火系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)：不再擴(kuò)大事故，可盡量減少事故造成損失。其缺點(diǎn)：此被動(dòng)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(fù)甚至報(bào)廢，不但造成直接損失，而且由于停電造成的間接損失 是無(wú)法估量的，更重要的是造成社會(huì)的不安

8、。2.2主動(dòng)滅火系統(tǒng)當(dāng)變壓器將要發(fā)生爆裂或燃燒時(shí)，啟動(dòng)滅火系統(tǒng)，將事故扼殺在萌芽狀態(tài)，完全保護(hù)了變壓器，稱做主動(dòng)滅火。其特點(diǎn)：主動(dòng)滅火，與國(guó)家“預(yù)防為主，防消結(jié)合”方針相一致，保護(hù)了國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命安全。3被動(dòng)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(xì)水霧和SP泡沫滅火系統(tǒng)）優(yōu)點(diǎn)：此系統(tǒng)的滅火介質(zhì)是清潔的水，當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，形成水霧隔絕空氣，進(jìn)行滅火。缺點(diǎn)：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(guó)西北、華北、東北地區(qū)缺水、寒冷、風(fēng)沙大，而變壓器系統(tǒng)一般設(shè)置在室外，這給設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行維護(hù)提出許多難以解決的問(wèn)題。b) 造價(jià)高：需占用地打井、建蓄水池、設(shè)大

9、水泵房、設(shè)置多條輸水管及安裝噴頭。c) 保養(yǎng)維護(hù)費(fèi)用高，嚴(yán)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(huì)堵塞而完全不能使用，如要清理噴水頭和該系統(tǒng)的維護(hù)，則一定要停運(yùn)變壓器。n 噴水時(shí)因配管內(nèi)部之銹垢常會(huì)使噴水頭堵塞。n 在寒冷環(huán)境中，溫度在0以下時(shí)（暴露在外面的水噴淋系統(tǒng)不能充水，否則會(huì)結(jié)冰，甚至水管爆裂）水噴淋系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)。n 裝在變壓器上方之配管及噴水頭，在變壓器爆炸時(shí)會(huì)被損壞而不能參與救火。n 為保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，需定時(shí)試噴，試噴時(shí)，變壓器甚至整個(gè)變電站要停電。d) 當(dāng)變壓器發(fā)生火災(zāi)水噴淋停噴后，表面的火已滅了，如變壓器油溫仍然超過(guò)了燃點(diǎn)和自燃點(diǎn)，熱油一旦涌出，遇空氣立即復(fù)燃。e

10、) 水噴淋系統(tǒng)啟動(dòng)一次約用300450噸水，不利于保護(hù)水資源和節(jié)約用水。3.2二氧化碳滅火系統(tǒng)：優(yōu)點(diǎn)：a) 二氧化碳來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉。b) 二氧化碳從儲(chǔ)存系統(tǒng)噴出來(lái)，使正在燃燒的變壓器油窒息，同時(shí)二氧化碳也是快速冷卻劑。缺點(diǎn)：a) 只適用于安裝在室內(nèi)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(zāi)隱患和防止變壓器復(fù)燃方面，仍存在一定問(wèn)題。c) 如該系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，若防范不夠，易造成人窒息。3.鹵代烷滅火系統(tǒng)：優(yōu)點(diǎn)：鹵代烷中含有鹵代碳?xì)浠衔?，速度快、滅火性能高。缺點(diǎn)：適合小范圍內(nèi)用，會(huì)產(chǎn)生巨毒，可使人窒息。a) 產(chǎn)生的巨毒，破壞大氣臭氧層，是聯(lián)合國(guó)限制使用

11、的產(chǎn)品，我國(guó)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(wú)法防止變壓器復(fù)燃。4、主動(dòng)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(dá)和要點(diǎn)：變壓器防爆防火裝置是避免變壓器爆裂并阻止火災(zāi)發(fā)生。所以，以往變壓器被動(dòng)滅火系統(tǒng)例如水噴淋系統(tǒng)、二氧化氮系統(tǒng)等都已經(jīng)落伍，因?yàn)榉辣阑鹣到y(tǒng)不但是一個(gè)滅火系統(tǒng)，也是一個(gè)預(yù)防的系統(tǒng)。是主動(dòng)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(shù)，能夠現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維修以節(jié)省因更換變壓器和其他附屬設(shè)備而花費(fèi)的大量資金。有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)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(hù)系統(tǒng)亦考慮到保

12、護(hù)所有充滿易燃絕緣油的變壓器的保護(hù)裝備。（包括油箱、油套管，有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)，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(diǎn) 使用0.1s高速排油閥； 接獲信號(hào)判斷后0.2s排油防爆，隨后注氮攪拌冷卻變壓器故障點(diǎn)，反應(yīng)快速； 采用信號(hào)邏輯原理啟動(dòng)，既能防止系統(tǒng)誤動(dòng)作，亦能保證動(dòng)作的靈敏可靠； 系統(tǒng)啟動(dòng)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(zāi)，防止復(fù)燃，效果明顯；采用氮?dú)夥阑饻缁鸾橘|(zhì)，環(huán)保無(wú)污染；不用水，可保護(hù)水資源； 系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，無(wú)論新變壓器安裝或舊變壓器改造均容易實(shí)施；本系統(tǒng)價(jià)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(yán)寒、風(fēng)沙

13、地區(qū)安裝； 適用于變電站無(wú)人值班。5、FMD排油注氮防爆防火滅火裝置與被動(dòng)滅火裝置的技術(shù)比較：排油注氮水噴霧二氧化碳鹵代烷滅火介質(zhì)氮?dú)馑趸见u代烷使用范圍露天、室內(nèi)露天、室內(nèi)室內(nèi)室內(nèi)滅火時(shí)間(min)約2min約30min約10min約8min復(fù)燃可能性無(wú)有有有 降溫效果好較好無(wú)無(wú)滅火介質(zhì)的補(bǔ)充可在全國(guó)各地充氮耗費(fèi)水資源補(bǔ)充二氧化碳較困難限制使用，2010年停用，難于補(bǔ)充設(shè)計(jì)工作量簡(jiǎn)單復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜設(shè)備投資比較13.5172.522.12對(duì)環(huán)境的污染無(wú)較小一般嚴(yán)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(hù)簡(jiǎn)單、方便復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜工作可靠性高低高高設(shè)備占地面積(m2)243

14、050202515186、FMD防爆防火滅系統(tǒng)的投運(yùn)見(jiàn)圖1變壓器線圈短路時(shí)箱體壓力變化曲線見(jiàn)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(dòng)是由變壓器斷路器跳閘和過(guò)壓所發(fā)出的兩個(gè)快速信號(hào)。如果變壓器裝配了有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)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(hù)。爆破膜和爆破感應(yīng)器是用來(lái)防止所有設(shè)備的爆炸和用來(lái)啟動(dòng)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(dāng)兩個(gè)請(qǐng)求信號(hào)發(fā)出后，系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行：a) 防爆：在0.2秒內(nèi)開(kāi)啟快速排油閥將內(nèi)部壓力釋放，以防止變壓器爆炸。同時(shí)關(guān)閉斷流閥，將儲(chǔ)油柜內(nèi)的油與箱體隔離，

15、將箱體內(nèi)的油排低至變壓器頂蓋下方1520cm。b) 停止氫氣產(chǎn)生并驅(qū)走所有爆炸性氣體：大量的氮?dú)庾⑷胱儔浩鞯撞?、有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)內(nèi)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(guò)熱損壞的影響。利用散熱和熱量轉(zhuǎn)換的方法，把熱量從短路點(diǎn)轉(zhuǎn)到絕緣油。6.2 滅火系統(tǒng)見(jiàn)圖3滅火邏輯原理圖當(dāng)變壓器出現(xiàn)故障，如果壓力探測(cè)器、有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)和套管的爆破膜和爆破感應(yīng)器無(wú)法送出信號(hào)，防爆防火系統(tǒng)便會(huì)由傳統(tǒng)的氮?dú)鉁缁鸱椒小芭懦龊蛿嚢琛眮?lái)做出后援。在這個(gè)時(shí)期系統(tǒng)由兩個(gè)信號(hào)啟動(dòng)：來(lái)自火焰探測(cè)器的高溫信號(hào)再加上電氣保護(hù)（接地，壓力釋放閥，高電流或瓦斯）的其中一個(gè)信號(hào)。為了增加探測(cè)火（任何來(lái)源）的面積，變壓器箱

16、體、有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)和套管的溫度探測(cè)器會(huì)連接在一起。滅火程序：1) 變壓器油箱排油：?jiǎn)?dòng)快速排油閥和斷流閥隔離油枕。排油20秒后才開(kāi)始注入氮?dú)猓@樣可以防止體積膨脹導(dǎo)致燃燒的油溢出。2) 滅火：為了降低油的表面溫度在閃點(diǎn)以下，注入氮?dú)獠嚢栌停鹪谛∮?分鐘前被熄滅，而氮?dú)庾⑷霑?huì)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(guān)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(diào)壓器或套管的爆破感應(yīng)器信號(hào)）和（變壓器保護(hù)信號(hào)后）或（任一電氣保護(hù)動(dòng)作信號(hào)）和至少一只溫感火災(zāi)探測(cè)器信號(hào)方可啟動(dòng)。 若只收到上述任何一個(gè)或單一信號(hào)而沒(méi)有另一個(gè)信號(hào)配合，則有關(guān)防爆防火系統(tǒng)不能啟動(dòng)，但

17、所出現(xiàn)的信號(hào)會(huì)于遠(yuǎn)方的控制箱信號(hào)顯示。此外，亦可通過(guò)手動(dòng)操作，隨時(shí)將有關(guān)滅火系統(tǒng)啟動(dòng)。 變壓器的壓力釋放閥和溫感火災(zāi)探測(cè)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(nèi)?？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(jī)械部件。 防爆保護(hù)程序的啟動(dòng)和氮?dú)庾⑷胫g的時(shí)間，由延時(shí)繼電器整定為3秒鐘（防爆防火啟動(dòng)）或20秒（滅火啟動(dòng)）。此繼電器安裝在壓力為15MPa方并可將氮?dú)馄可系淖⒌y打開(kāi)，擊穿氮?dú)馄宽斏系姆辣?、系統(tǒng)裝置的結(jié)構(gòu)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(diào)壓控制器 4、有載調(diào)壓防爆膜 5、

18、斷流閥 6、溫感火災(zāi)探測(cè)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?dú)鈮毫Ρ?14、快速排油閥 15、氮?dú)忾y 16、氮?dú)馄?7.2 整體結(jié)構(gòu)圖5 FMD變壓器防爆防火滅火系統(tǒng)整體設(shè)置示例7.3 控制部份 控制箱：每臺(tái)變壓器配備一個(gè)控制箱，控制箱采用IC元件和可編程軟件，通過(guò)RS485或RS232接口接入變電站SCADA系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，并可配合無(wú)人值班變電站內(nèi)使用。控制部份要考慮電磁兼容的可靠性。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(nèi)，作為緊急啟動(dòng)時(shí)的電源。7.3.3 控制柜：為了便于管理和監(jiān)控可將三個(gè)控制箱和一個(gè)事故電源裝入電力柜內(nèi)。8、介紹國(guó)產(chǎn)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(guò)了“國(guó)家固定滅火和耐火構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心”型式檢驗(yàn)。8.2于2003年3月13日深圳市經(jīng)濟(jì)貿(mào)易局主持的鑒定會(huì)，通過(guò)了朱英浩院士、黃其勵(lì)院士、原公安部消防局陳文貴局長(zhǎng)等11位著名專家的鑒定，并給予了充分肯定。8.3“該產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路新穎，肯有自主專利知識(shí)產(chǎn)權(quán)，其高效、安全、不用水、環(huán)保等性能居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，填補(bǔ)了我國(guó)油浸變壓器防爆、防火和滅火一體化技術(shù)的空白，達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，尤其在快速排油閥結(jié)構(gòu)性能和