排油注氮消防裝置在變電站中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳偉利++胡香香++霍鵬飛

[摘 要]主變壓器作為電網(wǎng)心臟，其安全可靠性顯得極為重要。主變排油注氮消防裝置在防止主變火災(zāi)及內(nèi)部重大故障起到快速及時(shí)防火防爆的保護(hù)作用，成為變壓器的必備保護(hù)裝置。本文對(duì)排油注氮消防裝置的基本結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行分析，以及簡(jiǎn)述排油注氮的注意事項(xiàng)和優(yōu)點(diǎn)，意在推進(jìn)該保護(hù)裝置朝更可靠、智能、高效的方向發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]主變壓器 排油注氮 防火 防爆

中圖分類(lèi)號(hào)：P448 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）07-0237-01

1.引言

油浸變壓器是發(fā)電廠和變電站的主要電力設(shè)備之一，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著“心臟”的功能，一旦發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個(gè)區(qū)域內(nèi)的電力網(wǎng)癱瘓。變壓器工作在高電壓、大電流狀態(tài)，隨著負(fù)荷的增加溫度會(huì)不斷升高，因此存在火災(zāi)的危險(xiǎn)因素。為了確保變電站的安全可靠性，國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定大型變壓器必須配置排油注氮滅火裝置[1-2]。

主變壓器排油注氮滅火裝置是專(zhuān)門(mén)用于變壓器防護(hù)和滅火的一種新型裝置，彌補(bǔ)了當(dāng)前水噴霧滅火系統(tǒng)及其他滅火系統(tǒng)不能預(yù)防火災(zāi)的不足。裝置具有防爆、防火、滅火的功能，其特點(diǎn)是瞬間將要發(fā)生的災(zāi)害隱患消除在萌芽狀態(tài)，一改傳統(tǒng)的被動(dòng)滅火為主動(dòng)滅火，完全或最大限度地保護(hù)了變壓器。

2.排油注氮裝置的組成及基本原理

2.1 排油注氮裝置的組成

排油注氮裝置主要由控制、斷流、排油、注氮4個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成。

控制系統(tǒng)是排油注氮裝置的神經(jīng)中樞，由火災(zāi)探測(cè)器和消防報(bào)警控制器組成。火災(zāi)探測(cè)器分為感溫火災(zāi)探測(cè)器、壓力探測(cè)器等，安裝在變壓器的不同部位，實(shí)現(xiàn)全方位、多技術(shù)探測(cè)火災(zāi)。在變壓器發(fā)生事故時(shí)，探測(cè)器測(cè)到火災(zāi)信號(hào)，并分別將報(bào)警信號(hào)送到消防報(bào)警控制器，確認(rèn)變壓器火災(zāi)事故，并啟動(dòng)斷流系統(tǒng)、排油系統(tǒng)和注氮系統(tǒng)，確保變壓器的安全。

斷流系統(tǒng)主要是通過(guò)啟動(dòng)斷流閥，自動(dòng)切斷油枕到變壓器箱體的補(bǔ)油油路，杜絕高位油枕繼續(xù)補(bǔ)油，從而保護(hù)油枕，防止變壓器火災(zāi)的蔓延。

排油系統(tǒng)由快速排油閥、排油機(jī)構(gòu)、排油管路、排油視窗4部分組成。排油管路的上端接在變壓器端距油箱頂部約200mm的位置，管徑根據(jù)變壓器的容量確定。另一端下傾斜2°接到事故油池，方便排油。排油管路穿過(guò)現(xiàn)場(chǎng)消防柜，與其中的排油機(jī)構(gòu)、排油閥和排油視窗相連。其中，通過(guò)排油視窗可觀測(cè)排油過(guò)程。

2.2 排油注氮裝置的基本原理

排油注氮裝置具有防火和防暴兩個(gè)功能，如圖1控制邏輯系統(tǒng)圖，當(dāng)請(qǐng)求信號(hào)發(fā)出后，系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行：

1）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，將油枕內(nèi)的油與變壓器箱體隔離。同時(shí)，排油系統(tǒng)啟動(dòng)，將箱體內(nèi)的油排入事故油池，其排低至變壓器頂蓋下方15～20cm。

2）排油20秒后才開(kāi)始注入氮?dú)?，這樣可以防止體積膨脹導(dǎo)致燃燒的油溢出，氮?dú)庾⑷霑?huì)持續(xù)30分鐘以上，充分冷卻變壓器，可徹底撲滅火災(zāi)，防止復(fù)燃[3-5]。

如上圖1所示，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)啟動(dòng)滅火系統(tǒng)。

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。電纜直接從變壓器到控制室里的控制箱內(nèi)，控制箱又連接到安裝在變壓器附近的消防柜。消防柜中裝有防爆防火裝置的主要機(jī)械部件。另外，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?/p>

在發(fā)生事故前快速排油閥和氮?dú)忉尫砰y處于關(guān)閉狀態(tài)。排油注氮裝置對(duì)于變壓器初期火災(zāi)滅火效率較高，但是一旦變壓器油由于箱體燒裂而流出，在變壓器外部燃燒時(shí)，該裝置將不能對(duì)其發(fā)揮作用。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在站區(qū)設(shè)置室外消火栓及手提式滅火器等設(shè)施，防止火災(zāi)蔓延。

為了便于管道充油時(shí)管道內(nèi)殘留氣體從排氣旋塞排出，排油管和注氮管伸向消防柜的水平管道應(yīng)有2%的上升坡度，以防止殘留氣體進(jìn)入變壓器油箱。同時(shí)，排油注氮消防系統(tǒng)一旦誤啟動(dòng)會(huì)造成嚴(yán)重事故，所以需采用各種措施避免人為誤操作，防止裝置誤動(dòng)作。

3.排油注氮技術(shù)與應(yīng)用

變壓器有很大的火災(zāi)危險(xiǎn)性，并有發(fā)生爆炸的可能。變壓器因嚴(yán)重故障，瞬間產(chǎn)生大量高溫、高壓可燃?xì)怏w，使內(nèi)部壓力超過(guò)變壓器殼體的承載力而造成殼體爆裂、變壓器噴油的現(xiàn)象。因此，排油注氮系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用尤為重要[8-10]。

與其它滅火系統(tǒng)相比，排油充氮裝置對(duì)于撲滅變壓器火災(zāi)具有實(shí)用范圍廣、動(dòng)作可靠、及時(shí)造成的損失小、設(shè)備簡(jiǎn)單、安裝方便、無(wú)冰結(jié)、無(wú)阻塞、無(wú)誤動(dòng)、能連續(xù)自動(dòng)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)；其滅火時(shí)間小于2min，試驗(yàn)時(shí)滅火時(shí)間僅需22s，充氮時(shí)間大于30min，且費(fèi)用較低。

目前排油充氮滅火在國(guó)際上已廣泛采用，僅法國(guó)的SERGI 公司的排油充氮裝置已在20多個(gè)國(guó)家5000多臺(tái)變壓器上安裝，中國(guó)現(xiàn)已逐步采用高性能的排油充氮滅火裝置替代水噴霧和CO2 氣體滅火裝置。已經(jīng)在發(fā)電廠、110kV變電站、220kV變電站、500kV變電站等有了廣泛的應(yīng)用。

4.結(jié)論

隨著科技與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電能需求不斷升級(jí)，主變壓器電壓等級(jí)越來(lái)越高，容量越來(lái)越大，作為電網(wǎng)心臟的主變壓器其安全可靠性顯得極為重要。主變排油注氮消防裝置在防止主變火災(zāi)及內(nèi)部重大故障起到快速及時(shí)防火防爆的保護(hù)作用，并有效降低事故損失，對(duì)于變壓器這種高價(jià)值設(shè)備成為必備保護(hù)裝置，本文對(duì)排油注氮消防裝置的分析大部分來(lái)自實(shí)際設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)，意在推進(jìn)該保護(hù)裝置的朝更可靠、智能、高效的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[3] 靳自兵.排油注氮滅火裝置在電力變壓器防火保護(hù)中的應(yīng)用和探討[J].火災(zāi)科學(xué). 2006，6：67-68.

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[5] 高鶴，周富強(qiáng)，李軍，鄒榮，朱本春.油浸變壓器排油注氮裝置在500kV變電站的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2012，38（1）：57-60.

收稿日期：

作者簡(jiǎn)介：陳偉利（1985-），女，河南安陽(yáng)人，碩士，從事于電力設(shè)計(jì)變電設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)工作，電話：18638527921；E-mail：rsnzh123@163.com

胡香香（1986-），女，河南周口人，本科，從事于電力設(shè)計(jì)配網(wǎng)專(zhuān)業(yè)工作，電話：18638576331；霍鵬飛（1985-），男，河南鞏義人，本科從事于變電站繼電保護(hù)及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)工作。

收稿日期：

基金項(xiàng)目：云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金（2008F044M），云南省教育廳基金（09Y0094，2010J063），昆明理工大學(xué)重點(diǎn)基金（KKZ1200903011）.

通信作者：范玉剛（1973-），男，山東威海人，博士，副教授，從事于數(shù)據(jù)挖掘等智能信息處理技術(shù)及復(fù)雜工業(yè)過(guò)程辨識(shí)與控制的研究與應(yīng)用.