火電廠(chǎng)油浸式變壓器滅火系統(tǒng)的選擇

火電廠(chǎng)油浸式變壓器滅火系統(tǒng)的選擇

0變壓器內(nèi)部溫升大型油浸式壓力器是該電源和高壓裝置之一。在整個(gè)供電系統(tǒng)中發(fā)揮著連接和起著連接的作用。如果發(fā)生事故，電源將關(guān)閉。特別是，內(nèi)部充滿(mǎn)數(shù)十噸絕緣油，最大破裂時(shí)間通常為135.150。火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)高于丙級(jí)機(jī)。當(dāng)壓力計(jì)長(zhǎng)期或持續(xù)失效時(shí)，將分解甲烷、乙烷和氫等燃料氣體。在嚴(yán)重的情況下，它們會(huì)造成爆炸和火災(zāi)，并給日常生產(chǎn)和生活帶來(lái)巨大的直接和間接損失。因此,能否及時(shí)抑制和有效撲滅初期火災(zāi),其消防系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)、配置和穩(wěn)定運(yùn)行將起到至關(guān)重要的作用。1變壓器油的熱膨脹分解高溫大型油浸式電力變壓器主要由油箱、散熱器、鐵芯、線(xiàn)圈、防爆管、絕緣套管等大量的可燃絕緣材料組成,同時(shí)內(nèi)部充裝大量具有絕緣和散熱雙重作用的絕緣油(一臺(tái)220kV,420MVA的變壓器充油量可達(dá)50t以上),工作油溫一般為50~70℃。因此,一旦發(fā)生短路、過(guò)載等故障,特別是當(dāng)溫度達(dá)到400℃時(shí),可燃的絕緣材料和絕緣油等就會(huì)受到高溫和強(qiáng)電弧的作用,開(kāi)始發(fā)生輕微的分解、膨脹以致氣化,分解出甲烷、乙烷等飽和碳?xì)浠衔?當(dāng)溫度超過(guò)400℃時(shí),變壓器油的分解速度加快,會(huì)分解出乙烯、丙烯等不飽和碳?xì)浠衔?當(dāng)溫度升至800℃,變壓器油的分解能力最強(qiáng);當(dāng)溫度超過(guò)800℃時(shí),變壓器油幾乎全部分解為甲烷、乙炔和氫。由于變壓器硅鋼片的層間絕緣被破壞和鐵芯發(fā)熱,可使變壓器鐵芯局部過(guò)熱,且變壓器在高能放電的情況下可使局部溫度達(dá)到3000℃,在高溫下分解的可燃?xì)怏w使變壓器內(nèi)部壓力在短時(shí)間內(nèi)急劇增加。據(jù)調(diào)研,變壓器發(fā)生爆炸部位多位于變壓器套管和焊接薄弱位置、各種內(nèi)外電氣裝置的接頭部位,在變壓器短時(shí)或持續(xù)性故障時(shí)間里,如果繼電保護(hù)裝置未能及時(shí)動(dòng)作,當(dāng)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w壓力和數(shù)量超過(guò)箱體所能承受壓力的臨界值,氣化油將從器身薄弱環(huán)節(jié)噴出,造成爆炸和火災(zāi),同時(shí)位于油箱頂部油枕內(nèi)的大量變壓器油會(huì)在自然油壓的作用下,從箱體開(kāi)裂處向外猛烈噴出助長(zhǎng)火勢(shì)的蔓延,大大增加了撲救的難度。2變壓器短路事故原理分析(1)火災(zāi)危險(xiǎn)性源于變壓器油,變壓器油是碳?xì)浠衔?閃點(diǎn)多在135~150℃,燃點(diǎn)是165~190℃,自燃點(diǎn)是330℃左右,是可燃的絕緣液體。(2)變壓器的層間、相間、硅鋼片間、高低壓線(xiàn)圈間等發(fā)生短路事故時(shí),使溫度短時(shí)內(nèi)迅速升高。(3)變壓器壓緊結(jié)構(gòu)不良,線(xiàn)圈動(dòng)穩(wěn)定性不夠,抗電動(dòng)力差,因而在外部短路時(shí)損壞,引發(fā)火災(zāi)。(4)設(shè)備制造缺陷,變壓器匝間絕緣薄弱,運(yùn)行中引發(fā)變壓器內(nèi)部壓力短時(shí)劇增導(dǎo)致變形開(kāi)裂或噴油。(5)在非同期沖擊電壓作用下,高低壓線(xiàn)圈之間放電擊穿,引起變壓器箱體變形開(kāi)裂。據(jù)調(diào)查,國(guó)內(nèi)變壓器的火災(zāi)事故大多以變壓器爆炸起火為主要因素,而內(nèi)部故障又是引起變壓器故障的主要原因。因此,為了實(shí)現(xiàn)“預(yù)防為主,消防結(jié)合”的指導(dǎo)方針,不僅要提高設(shè)備本身的各種性能,還應(yīng)當(dāng)配置適當(dāng)?shù)南涝O(shè)施。3燃煤電廠(chǎng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置依據(jù)《火力發(fā)電廠(chǎng)與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50229—2006)第7.1.8條規(guī)定:“機(jī)組容量為300MW及以上的燃煤電廠(chǎng)應(yīng)按照表1的規(guī)定設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、固定滅火系統(tǒng)”。目前常用于火電廠(chǎng)大型油浸式變壓器的自動(dòng)滅火設(shè)施有水噴霧滅火系統(tǒng)、合成型泡沫噴霧系統(tǒng)和排油注氮滅火系統(tǒng)。4主變壓器間的仿真結(jié)果根據(jù)變壓器火災(zāi)的特點(diǎn),本文就600MW級(jí)火電廠(chǎng)的一臺(tái)220kV、270MVA的主變壓器單相為例,進(jìn)行上述3種滅火系統(tǒng)的計(jì)算、分析和對(duì)比。變壓器外形尺寸約為7800mm×6900mm×7715mm;油枕直徑約為1200mm,長(zhǎng)約3900mm;暴漏油坑面積約63.84m2。4.1變壓器表面油坑面積計(jì)算該系統(tǒng)是變壓器采用的最廣泛的常規(guī)的滅火系統(tǒng),由消防泵、雨淋閥組、管道、噴頭及控制系統(tǒng)等組成,具有自動(dòng)、手動(dòng)及應(yīng)急控制3種啟動(dòng)方式。機(jī)理是利用高壓水經(jīng)過(guò)變壓器四周的霧化噴頭噴射出的霧狀水流(霧狀水粒的平均粒徑一般在0.1~0.7mm)直接噴射在變壓器外表面,進(jìn)行吸熱冷卻及隔絕空氣的窒息作用,起到滅火效果。按照現(xiàn)行《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》,變壓器設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度為20L/(min·m2),油坑設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度為6L/(min·m2),系統(tǒng)連續(xù)供水不小于0.4h;變壓器保護(hù)面積為扣除底面面積以外的變壓器外表面面積與油枕、冷卻器的外表面面積和油坑的投影面積之和。經(jīng)計(jì)算,變壓器外表面積約167.23m2,油坑面積為63.84m2;噴頭最低計(jì)算壓力為0.5MPa,噴頭流量系數(shù)為k=34/θ=120°。變壓器本體/油坑噴頭數(shù)量為37/9個(gè);變壓器本體/油坑實(shí)際計(jì)算噴水密度25.14/10.74(L/min·m2)。4.2現(xiàn)有系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)在罐內(nèi),在充放電的基礎(chǔ)上作該系統(tǒng)主要由儲(chǔ)液罐、氮瓶、電動(dòng)閥、減壓閥、水霧噴頭、壓力表及管道等組成。機(jī)理是在水中添加一定比例的高效合成型阻燃滅火劑,結(jié)合水霧滅火和泡沫滅火的特點(diǎn),在一定的壓力作用下通過(guò)專(zhuān)用的噴頭,將滅火劑噴射覆蓋在保護(hù)對(duì)象上,利用滅火劑具有泡沫和水霧的隔離、冷卻和窒息等綜合效應(yīng)來(lái)滅火。系統(tǒng)的啟動(dòng)方式是采用儲(chǔ)存在氮瓶?jī)?nèi)的氮?dú)庾鳛閯?dòng)力源,直接驅(qū)動(dòng)液罐內(nèi)的滅火劑,經(jīng)管道和噴頭噴出。按照《低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50151—92)要求,設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度取8L/(min·m2),系統(tǒng)連續(xù)供水時(shí)間不小于15min;變壓器保護(hù)面積按照按其水平投影面積考慮。經(jīng)計(jì)算,系統(tǒng)泡沫滅火流量為7.2L/s,共需噴射3%的泡沫滅火劑約6750L;需在變壓器頂部及套管升高座處設(shè)置6只ZSTWB40~60噴頭,5只ZSTWB16~60噴頭。4.3油浸變壓器注氮系統(tǒng)該系統(tǒng)主要由火災(zāi)探測(cè)器、斷流閥、消防柜(含氮瓶及其附件)、電控柜、排油及充氮管路系統(tǒng)等組成,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)及應(yīng)急控制3種啟動(dòng)方式。機(jī)理是當(dāng)變壓器內(nèi)部故障產(chǎn)生高溫使變壓器油分解產(chǎn)生大量氣體,引起重瓦斯動(dòng)作、斷路器跳閘,變壓器壓力釋放閥拒動(dòng)或不能有效動(dòng)作,變壓器內(nèi)部壓力超過(guò)壓力釋放閥的壓力設(shè)定值(一般為油箱安全壓力的0.6~0.7倍)后繼續(xù)升高,消防控制中心報(bào)警,隨后閥門(mén)開(kāi)啟裝置動(dòng)作,打開(kāi)放油閥,使變壓器內(nèi)部的油迅速排空,適當(dāng)延時(shí)3~10s后,注氮啟動(dòng),冷卻變壓器油,隔絕空氣,有效防爆防火滅火。對(duì)于該滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工,國(guó)家尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)。目前暫按《油浸變壓器排油注氮裝置技術(shù)規(guī)程》(CECS187—2005)執(zhí)行。主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下:氣體注入至滅火時(shí)間小于60s,火災(zāi)探測(cè)器動(dòng)作溫度93℃,探測(cè)器節(jié)點(diǎn)流量220V.DC.5A,充氮攪拌時(shí)間≥10min,斷流閥動(dòng)作流量75~95L/min,斷流閥動(dòng)作時(shí)間≤1s,斷流閥節(jié)點(diǎn)流量220V.DC.0.5A。經(jīng)計(jì)算,斷流閥通徑為DN80,排油管通徑DN100,選用額定壓力為15MPa、額定容量為40L的氮?dú)馄?個(gè)。在變壓器每個(gè)長(zhǎng)邊、距變壓器油箱底部100mm處均勻布置2個(gè)注氮孔,出口焊接DN25的注氮出口接頭和隔離閥。變壓器油出口接頭焊接在變壓器的端面距油箱頂部約200mm處,管徑應(yīng)與排油管相同,接頭出口處排油連接閥。5比較液壓裂系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)通過(guò)對(duì)上述火電廠(chǎng)變壓器幾種滅火系統(tǒng)的歸納,其技術(shù)技經(jīng)比較見(jiàn)表2。6水噴霧滅火系統(tǒng)3種變壓器滅火系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn),