室外油浸變壓器火災(zāi)事故分析與預(yù)防措施研究

杜旭紅+李建偉+趙懷璞+蘧艷峰+游國(guó)強(qiáng)

摘 要：本文主要以室外油浸變壓器為研究對(duì)象，仔細(xì)分析了油變著火的主要原因和關(guān)鍵因素，并按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和電力設(shè)計(jì)手冊(cè)的相關(guān)要求、規(guī)定，從繼電保護(hù)、貯油或擋油設(shè)施、防火間距及防火墻的設(shè)置、防雷接地措施、滅火措施、維護(hù)保養(yǎng)等幾個(gè)方面對(duì)油變著火的對(duì)策設(shè)施進(jìn)行全面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的對(duì)策設(shè)施在一定程度上可有效地預(yù)防油變著火、燃燒甚至爆炸事故的發(fā)生，為油變的安全運(yùn)行提供依據(jù)和參考。

關(guān)鍵詞：油浸變壓器；著火；對(duì)策措施

Abstract： For the the Oil-immersed transformers as the research object， analysis of the oil becomes the main cause of fire and key factors， analyzed the Oil-immersed transformers of main causes and key factors， and according to the national standards and the power design manual of the provisions，from relay protection， oil storage or oil retaining facilities， fire distance and firewall setting， lightning protection grounding measures， fire extinguishing measures and maintenance and many more to design countermeasures， countermeasure facilities can effectively prevent the Oil-immersed transformers fire， burning or even explosion accident， for the safe operation of Oil-immersed transformers to provide the basis and reference.

Keywords： Oil-immersed transformers；fire；countermeasures

中圖分類(lèi)號(hào)：TM774；TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.前言

油浸變壓器作為電廠和變電所的核心設(shè)備，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：①應(yīng)用范圍廣，戶內(nèi)、戶外均可安裝，且特別適合于戶外；②對(duì)周?chē)h(huán)境要求低；③油浸式變壓器散熱比干式變壓器快；④油變比干變價(jià)格低；⑤油變?nèi)萘俊㈦妷旱燃?jí)可以由小到大全部做到，但干變一般容量都在1600kVA以下，電壓在10kV以下。在各行各業(yè)的變配電系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用；但是，油浸變壓器也存在一定的缺點(diǎn)：“①變壓器油具有可燃性，當(dāng)遇到明火、點(diǎn)火源可能會(huì)燃燒、爆炸；②漏油、產(chǎn)生故障時(shí)對(duì)環(huán)境有污染；③變壓器油對(duì)人體有害?！币虼?，研究油浸變壓器的防火、儲(chǔ)油和滅火技術(shù)，對(duì)電力行業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。

1.油浸變壓器的著火原因分析

油浸式變壓器著火的主要原因包括：

（1）絕緣損壞。由于變壓器線圈絕緣老化、檢修不慎破壞絕緣發(fā)生短路，使絕緣油因熱分解出甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯等碳?xì)浠衔铮?dāng)過(guò)熱溫度超過(guò)800℃時(shí)，變壓器油幾乎全部分解為氫、甲烷和乙炔等可燃?xì)怏w。當(dāng)這些可燃?xì)怏w與空氣混合達(dá)到一定濃度，遇明火、電火花可發(fā)生燃燒或爆炸。

（2）鐵心起火。由于硅鋼片之間或鐵心與夾緊螺栓套管之間的絕緣損壞，使變壓器溫度升高，引起內(nèi)部可燃物燃燒。

（3）短路。由于各線圈的匝間和相間發(fā)生短路，線圈靠油箱部分的絕緣被擊穿，可引起燃燒或爆炸；負(fù)載發(fā)生短路，保護(hù)系統(tǒng)失靈或整定值調(diào)整過(guò)大，有可能燒毀變壓器。

（4）接觸不良。由于變壓器接線、分接開(kāi)關(guān)等連接處接觸不良，導(dǎo)致接觸電阻過(guò)大，造成局部高溫，使油燃燒或發(fā)生爆炸。

（5）電弧閃絡(luò)。①高低壓繞組之間、繞組和變壓器油箱壁之間以及絕緣管套管與油箱上蓋間表面都可能發(fā)生閃絡(luò)，產(chǎn)生電弧，發(fā)生火災(zāi)。②因?yàn)橛椭袑?dǎo)體相間距離太近，或絕緣油受潮、變臟和劣化變質(zhì)，會(huì)造成閃弧，使油燃燒。③雷擊過(guò)電壓和操作過(guò)電壓引起閃弧，發(fā)生火災(zāi)。

（6）變壓器滲油、漏油。變壓器油箱、套管等滲油、漏油，形成表面污垢，遇明火燃燒。

（7）變壓器過(guò)熱。長(zhǎng)期嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，使線圈發(fā)熱；電壓過(guò)高，鐵損增大（當(dāng)電壓增高10%時(shí)，鐵損將增加30%～50%）；環(huán)境溫度過(guò)高，通風(fēng)不良；從而引發(fā)變壓器過(guò)熱燃燒。

（8）外界火源引燃。變壓器周?chē)逊诺目扇嘉锶紵笠甲儔浩鳌?/p>

2.油浸變壓器火災(zāi)對(duì)策措施

本文以某變電所室外4臺(tái)SZ11-40000/110型，110±8×1.25%/11kV，戶外三相雙繞組，自冷式有載調(diào)壓油浸變壓器為例進(jìn)行防火分析、設(shè)計(jì)。

2.1 繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50062-2008）第4章的要求，容量較大的有載調(diào)壓油浸式電力變壓器應(yīng)設(shè)完善的繼電保護(hù)措施，繼電保護(hù)應(yīng)包括主保護(hù)和后備保護(hù)措施。主保護(hù)應(yīng)包括瓦斯保護(hù)（主要有本體瓦斯和有載瓦斯兩個(gè)部分）和縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)；后備保護(hù)應(yīng)包括：過(guò)流保護(hù)、復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)閉鎖過(guò)電流保護(hù)、負(fù)序過(guò)流保護(hù)、零序電流保護(hù)、溫度保護(hù)等。

2.2 貯油或擋油設(shè)施的設(shè)計(jì)

（1）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《3kV～110kV高壓配電裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50060-2008）第5.5.3條和《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50260-2013）第6.6.7條的要求，室外單臺(tái)油量在1000kg及以上的電氣設(shè)備應(yīng)設(shè)貯油或擋油設(shè)施。本文中變電所選用4臺(tái)SZ11-40000/110型油浸變壓器，單臺(tái)油變的油量約20t左右遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1000kg，故均應(yīng)設(shè)置貯油或擋油設(shè)施。

油浸變壓器貯油或擋油設(shè)施的設(shè)置方案：方案一：設(shè)排油設(shè)施時(shí)（即將事故油排至安全處的設(shè)施），應(yīng)設(shè)置能容納單臺(tái)油浸變壓器20%油量的貯油或擋油設(shè)施（即儲(chǔ)油坑）。方案二：不設(shè)排油設(shè)施時(shí)，應(yīng)設(shè)置能容納單臺(tái)油浸變壓器100%油量的儲(chǔ)油坑。方案三：設(shè)油水分離措施的總事故油池時(shí)，應(yīng)設(shè)置容納單臺(tái)油浸變壓器60%油量的儲(chǔ)油坑，容積為單臺(tái)設(shè)備油量的60%。

（2）實(shí)際應(yīng)用。本文中變電所室外設(shè)置4臺(tái)SZ11-40000/110型油浸變壓器，單臺(tái)油變的油量約20t左右，每臺(tái)油浸變壓器設(shè)置貯油或擋油設(shè)施可按以下方案任選一種：方案一：設(shè)事故排油設(shè)施時(shí)，每臺(tái)油浸變壓器均應(yīng)設(shè)置能容納約0.4t變壓器油的儲(chǔ)油坑。方案二：不設(shè)事故排油設(shè)施時(shí)，每臺(tái)油浸變壓器各設(shè)1個(gè)能容納約20t變壓器油的儲(chǔ)油坑。方案三：設(shè)油水分離的總事故油池時(shí)，每臺(tái)油浸變壓器各設(shè)1個(gè)能容納約12t變壓器油的儲(chǔ)油坑。儲(chǔ)油坑應(yīng)大于油變外廓每邊各1m，四周應(yīng)高出地面0.1m。儲(chǔ)油坑內(nèi)應(yīng)鋪設(shè)卵石層（無(wú)卵石時(shí)，可采用無(wú)孔碎石），卵石層厚度不應(yīng)小于0.25m，卵石直徑為50mm～80mm。

2.3 防火間距及防火墻的設(shè)計(jì)

（1）油浸變壓器之間防火間距及防火墻的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求：①按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50060-2008第5.5.4條的要求，屋外單臺(tái)油量為2500kg及以上且電壓等級(jí)為110kV的油浸變壓器，其最小凈間距為8m。②按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50060-2008第5.5.5條的要求，屋外單臺(tái)油量為2500kg及以上的油浸變壓器之間的防火間距不能滿足最小凈間距要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置防火墻，防火墻高度應(yīng)高出變壓器油枕、長(zhǎng)度應(yīng)大于變壓器儲(chǔ)油坑兩側(cè)各1m、耐火極限宜不小于4h。

（2）建筑物與室外油浸變壓器之間的防火間距及防火墻的的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50060-2008第7.1.11條的要求，建筑物與室外油浸變壓器外廓的間距不宜小于10m；當(dāng)其間距在5m以內(nèi)時(shí)，變壓器外輪廓投影范圍外側(cè)各3m內(nèi)的配電樓、主控制樓面對(duì)油浸變壓器的外墻不應(yīng)開(kāi)設(shè)門(mén)、窗和通風(fēng)孔；當(dāng)其間距在5m～10m時(shí)，可在上述外墻上設(shè)甲級(jí)防火門(mén)。變壓器高度以上可設(shè)防火窗，其耐火極限不應(yīng)小于0.90h。

（3）實(shí)際應(yīng)用：①本文中變電所4臺(tái)室外油浸變壓器，每臺(tái)含油量均約20t，電壓等級(jí)為110kV變10kV，每臺(tái)油變之間的凈距至少應(yīng)保持在8m及以上；當(dāng)每臺(tái)油變之間的凈距小于8h，應(yīng)設(shè)置高度高出變壓器油枕、長(zhǎng)度應(yīng)大于變壓器儲(chǔ)油坑兩側(cè)各1m、耐火極限宜不小于4h的防火墻。②變電所配電樓與室外油浸變壓器外廓的間距宜≥10m；當(dāng)其間距<5m時(shí)，變壓器外輪廓投影范圍外側(cè)各3m內(nèi)的配電樓面對(duì)油浸變壓器的外墻不應(yīng)開(kāi)設(shè)門(mén)、窗和通風(fēng)孔；當(dāng)其間距在5m～10m時(shí)，可在上述外墻上設(shè)甲級(jí)防火門(mén)。變壓器高度以上可設(shè)防火窗，其耐火極限不應(yīng)小于0.90h。

2.4 防雷接地設(shè)計(jì)

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057-2010）第三章的要求，本文中變電所4臺(tái)室外油浸變壓器應(yīng)按一類(lèi)防雷建筑物設(shè)防，防雷措施設(shè)計(jì)如下：

（1）防雷接地：沿油浸變壓器布置范圍的長(zhǎng)度兩側(cè)對(duì)角位置設(shè)兩根等高的避雷針，保護(hù)變壓器和其進(jìn)線，避雷針設(shè)獨(dú)立的接地裝置，接地電阻不宜大于4Ω。

（2）油浸變壓器高壓側(cè)安裝110kV閥型避雷器、低壓側(cè)安裝10kV氧化鋅避雷器。

（3）變壓器金屬外殼、低壓側(cè)中心點(diǎn)接地、避雷器接地共用接地裝置，通過(guò)保護(hù)導(dǎo)體均可靠接地。

2.5 滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

依據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016-2014）第8.3.8條的要求：?jiǎn)闻_(tái)容量在40MV.A及以上的企業(yè)油浸變壓器應(yīng)設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)，并宜采用水噴霧滅火系統(tǒng)。本文中變電所選用的4臺(tái)油浸變壓器容量均為40MV.A，滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)為：

（1）設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)。

（2）變壓器著火時(shí)，應(yīng)采用干粉、二氧化碳滅火器；地面燃燒的變壓器油可采用泡沫滅火器、干黃沙，也可采用干粉、二氧化碳滅火器，但不可用消防水滅火。

2.6 維護(hù)與保養(yǎng)

加強(qiáng)油浸變壓器的日常維護(hù)、監(jiān)測(cè)與管理，盡量在出現(xiàn)故障、事故之前解決問(wèn)題，為變壓器的正常運(yùn)行提供保障，主要應(yīng)從以下幾方面做好油浸變壓器的維護(hù)與保養(yǎng)：

（1）定期進(jìn)行日常維護(hù)，及時(shí)清變壓器油污和高低壓套管上的塵土，防止潮濕、陰雨天氣污閃放電，造成套管相間短路，導(dǎo)致高壓熔斷器熔斷，變壓器不能正常運(yùn)行。

（2）定期觀察油浸變壓器的油位和油色，定期檢測(cè)油溫，特別是負(fù)荷變化大、溫差大、氣候惡劣的天氣應(yīng)增加巡視次數(shù)，對(duì)油浸式的配電變壓器運(yùn)行中的頂層油溫不得高于95℃，溫升不得超過(guò)55℃，為防止繞組和油的劣化過(guò)速，頂層油的溫升不宜經(jīng)常超過(guò)45℃。

（3）監(jiān)測(cè)油浸變壓器的絕緣電阻，檢查各引線是否牢固，特別要注意的是低壓出線連接處接觸是否良好、溫度是否異常。

（4）加強(qiáng)用電負(fù)荷的測(cè)量，在用電高峰期，加強(qiáng)對(duì)每臺(tái)配變的負(fù)荷測(cè)量，必要時(shí)增加測(cè)量次數(shù)，對(duì)三相電流不平衡的變壓器及時(shí)調(diào)整，防止中性線電流過(guò)大燒斷引線，造成下游設(shè)備損壞和變壓器損壞。

結(jié)論

本文依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和電氣相關(guān)技術(shù)知識(shí)，深入研究了室外油浸變壓器的防火對(duì)策措施，通過(guò)對(duì)變電所室外4臺(tái)大型油變防火設(shè)施的研究與設(shè)計(jì)之后，所采取的技術(shù)措施可整體提高室外油浸變壓器的防火能力，并能有效阻止變壓器著火和火災(zāi)事故蔓延，但是還存在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的不足，需后期進(jìn)一步研究探討。

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