工廠變電站電力變壓器消防設(shè)施應(yīng)用與探討

楊路漫

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424 ）

1 引言

電力變壓器是變電站的核心設(shè)備，也是變電站的主要設(shè)備。在各種油斷路器逐步淘汰的今天更是變電站內(nèi)主要的充油危險(xiǎn)設(shè)備。因此電力變壓器的消防安全工作就是電力變電站消防安全工作的重點(diǎn)。不同的變電站，由于建造時(shí)間、占地面積、設(shè)備布局方式等不同，所遵循的規(guī)范和文件條文有所區(qū)別，因此在電力變壓器的防火防爆措施上有不同的體現(xiàn)，這些都是需要改正和改進(jìn)的消防工作。

2 電力變壓器火災(zāi)

油浸式電力變壓器內(nèi)部充有大量的絕緣油，一旦在發(fā)生嚴(yán)重過(guò)載、短路等事故時(shí)，可燃的絕緣材料和易燃的絕緣油將分解出大量可燃?xì)怏w，這些氣體受到高溫和電弧作用分解燃燒并能進(jìn)一步產(chǎn)生大量氣體，使變壓器內(nèi)部壓力急劇增加。當(dāng)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w達(dá)到一定數(shù)量或壓力時(shí)，將會(huì)從變壓器箱體內(nèi)的薄弱處噴射出來(lái)，形成火災(zāi)更或是爆炸，并再進(jìn)一步擴(kuò)大火災(zāi)產(chǎn)生的危害。因此合理配置電力變壓器的消防系統(tǒng)對(duì)變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行和抑制變壓器火災(zāi)將起到至關(guān)重要的作用。

2.1 電力變壓器的火災(zāi)原因分析

運(yùn)行中的電力變壓器發(fā)生火災(zāi)爆炸的主要原因［1］：

（1）絕緣破壞，油質(zhì)不達(dá)標(biāo)、線(xiàn)圈老化、油量過(guò)少、鐵芯絕緣老化損壞等；

（2）導(dǎo)線(xiàn)接觸不良、螺栓松動(dòng)、焊接不牢、分接開(kāi)關(guān)觸頭損壞等；

（3）當(dāng)變壓器發(fā)生短路時(shí)，變壓器將承受巨大的短路電流，倘若這個(gè)時(shí)侯保護(hù)系統(tǒng)又失靈或整定值過(guò)大不能正確及時(shí)地發(fā)生動(dòng)作，那么這臺(tái)電力變壓器就可能面臨被燒毀的危險(xiǎn)；

（4）接觸不良，變壓器負(fù)載端的三相電流或電壓不平衡時(shí)，變壓器的零線(xiàn)上就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)零序電流，當(dāng)這個(gè)電流達(dá)到一定值時(shí)，接地點(diǎn)的接地電阻也恰好過(guò)大，則接地點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)高溫，進(jìn)而引燃可燃物；

（5）雷擊產(chǎn)生的過(guò)電壓，電力變壓器的電流大多由架空線(xiàn)引來(lái)，在運(yùn)行過(guò)程或惡劣天氣很容易遭到雷電產(chǎn)生的過(guò)電壓侵襲，擊穿變壓器的絕緣材料，甚至燒毀變壓器，從而引起火災(zāi)。

2.2 電力變壓器的危險(xiǎn)性分析

大型油浸式電力變壓器主要由油箱、鐵芯、線(xiàn)圈、油枕、絕緣套管、分接開(kāi)關(guān)和附件構(gòu)成，附件主要有散熱器、呼吸器、壓力釋放閥、瓦斯繼電器、溫度計(jì)等。變壓器里面的結(jié)構(gòu)主要由絕緣襯墊和絕緣支架支撐，一般多使用絕緣紙板、棉紗等可燃物［2］；同時(shí)，變壓器內(nèi)部正常情況下充有有大量絕緣、冷卻作用的變壓器油。電力變壓器在運(yùn)行工作時(shí)，內(nèi)部的變壓器油溫度一般在50～70℃，上層油溫最高不得超過(guò)95℃。所以當(dāng)電力變壓器油箱內(nèi)部繞組發(fā)生短路、過(guò)負(fù)荷等故障時(shí)，尤其是變壓器內(nèi)局部溫度達(dá)到400℃時(shí)，絕緣材料和變壓器油會(huì)在高溫和強(qiáng)電弧的作用下發(fā)生輕微分解，膨脹以致氣化，這個(gè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生出CH4、C2H6和C2H4和C2H2等易燃易爆的危險(xiǎn)性氣體；因此不論是輕微發(fā)熱分解的呋喃系的醛糖物質(zhì)還是高溫產(chǎn)生的乙烯、丙烯等不飽和碳?xì)浠衔锞羌最?lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性物質(zhì)，極易引起爆炸。

變壓器內(nèi)部的絕緣油在高溫和氣化的作用下，體積和壓力也急速增長(zhǎng)，當(dāng)達(dá)到箱體所能承受壓力的臨界值時(shí)，氣化的高溫變壓器油以及產(chǎn)生的甲類(lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性氣體將從變壓器油箱的最薄弱處噴出并與外界空氣中的氧接觸后發(fā)生爆炸、燃燒。同時(shí)，燃燒的流淌油火又將進(jìn)一步擴(kuò)大火災(zāi)范圍而引起相鄰設(shè)備著火，因此，合理的變壓器消防設(shè)計(jì)在變電站起著重要的作用。

表1 常見(jiàn)電力變壓器充油量［3］

3 電力變壓器的火災(zāi)防范措施

3.1 設(shè)置合理的消防布局

在日常的生產(chǎn)和生活中，大型油浸式電力變壓器一般都安裝在室外，消防布局應(yīng)滿(mǎn)足一定的防火間距，當(dāng)室外變壓器的充油量達(dá)到2500kg 及以上時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足表2 規(guī)定的最小間距

表2 室外油浸變壓器之間的最小間距 m

需要注意的是，當(dāng)室外變壓器的防火間距由于其他原因不能滿(mǎn)足上表規(guī)定的要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置高度高于變壓器油枕的防火墻，其長(zhǎng)度不能小于變壓器的貯油池兩側(cè)各1m［4］。圖1 是某工廠110kV 2#變電站的主變壓器部分布局示意圖，該站1#、3#主變之間以及2#、4#主變之間的間距均不滿(mǎn)足表2規(guī)定的要求，因此在兩個(gè)主變之間設(shè)置一堵防火墻，防火墻長(zhǎng)度大于主變貯油池兩側(cè)各1m，主變與事故油池的最小間距不小于5m。

圖1 某工廠110kV 2#變電站主變布置圖

當(dāng)變電站總面積超過(guò)3000m2時(shí)，應(yīng)設(shè)置環(huán)形消防車(chē)道，室內(nèi)油浸電力變壓器總油量超過(guò)100kg時(shí)，應(yīng)設(shè)置單獨(dú)的變壓器室，并應(yīng)設(shè)置貯油或擋油設(shè)施。變壓器室的耐火等級(jí)不得低于二級(jí)，變壓器室之間，變壓器室與配電室之間應(yīng)設(shè)置耐火極限不低于2.00h 的防火隔墻。

3.2 配置適當(dāng)?shù)南罍缁鹣到y(tǒng)

根據(jù)不同的環(huán)境和使用要求，油浸式電力變壓器中有多種消防滅火系統(tǒng)可供選擇。目前，大型油浸式電力變壓器的消防滅火系統(tǒng)主要有：水噴霧滅火系統(tǒng)；排油注氮式滅火系統(tǒng)；二氧化碳式滅火系統(tǒng)；細(xì)水霧滅火系統(tǒng)；合成型泡沫噴霧滅火系統(tǒng)等，而室外電力變壓器一般比較適合配置細(xì)水霧滅火系統(tǒng)和合成型泡沫噴霧滅火系統(tǒng)。

3.2.1 水噴霧滅火系統(tǒng)

早期大型電力變壓器所采用的最主要的滅火系統(tǒng)［5］就是水噴霧滅火系統(tǒng)，高壓水通過(guò)布置在變壓器周?chē)乃畤婌F噴嘴噴出霧狀水幕，利用水霧的窒息、覆蓋、沖擊、吸熱、乳化等滅火作用，使火焰熄滅，阻止變壓器火災(zāi)的火勢(shì)蔓延。

3.2.2 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)同時(shí)具備了氣體滅火系統(tǒng)和水噴霧滅火系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)［6］，它的滅火原理與水霧有密切關(guān)系，工作室，高壓水經(jīng)過(guò)細(xì)水霧噴頭霧化成極小的水霧顆粒，起到表面冷卻、窒息、輻射熱阻隔和浸濕等滅火作用。在電力變壓器消防配置中，充分利用了細(xì)水霧的冷卻、窒息、輻射熱阻隔和電絕緣性等特點(diǎn)。由于細(xì)水霧系統(tǒng)對(duì)水的需求量相對(duì)較小，滅火效率好，應(yīng)用相對(duì)廣泛，不僅在室外變壓器滅火配置中得到廣泛應(yīng)用，還可以應(yīng)用于室內(nèi)變壓器的滅火配置。需要注意的是，變壓器配置細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的噴頭與變壓器無(wú)絕緣帶電設(shè)備的最小距離應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范要求，水霧保護(hù)范應(yīng)滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范的規(guī)定。

3.2.3 合成型泡沫噴霧滅火系統(tǒng)

合成型泡沫噴霧滅火系統(tǒng)［7］是一種用添加了適量添加劑的表面活性劑為基料做成的泡沫滅火劑，優(yōu)點(diǎn)有：滅火性能高，穩(wěn)定性好、抗燃時(shí)間長(zhǎng)、安全環(huán)保?？梢造`活方便的應(yīng)用于各種電氣滅火環(huán)境。

表3 噴頭與無(wú)絕緣帶電設(shè)備的最小距離 m

4 電力變壓器其它防火防爆措施

根據(jù)電力變壓器運(yùn)行特性和可能發(fā)生的火災(zāi)危險(xiǎn)性，在變壓器的日常運(yùn)行中還要遵守各種運(yùn)行規(guī)定，防止變壓器運(yùn)行過(guò)程中因事故或其他原因引起火災(zāi)或爆炸事故［8］。

（1）嚴(yán)禁變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行變壓器會(huì)引起線(xiàn)圈和鐵芯過(guò)熱，加速絕緣老化，進(jìn)而形成電力變壓器內(nèi)部的匝間短路、相間短路和對(duì)地短路等，而這些都會(huì)加速變壓器油的分解。

（2）保持變壓器油的油質(zhì)良好。變壓器油在儲(chǔ)存和運(yùn)輸以及日常運(yùn)行維護(hù)中，若油質(zhì)量差或雜質(zhì)、水份過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致絕緣強(qiáng)度的降低。當(dāng)絕緣強(qiáng)度降低到某個(gè)程度時(shí)，變壓器內(nèi)部的絕緣就會(huì)被擊穿，進(jìn)而產(chǎn)生內(nèi)部電火花、電弧并出現(xiàn)危險(xiǎn)溫度。因此運(yùn)行中的變壓器一定要定期化驗(yàn)油質(zhì)，做好日常大修理工作并在大修時(shí)對(duì)變壓器油進(jìn)行濾油或更換，以保持變壓器內(nèi)部絕緣保持一個(gè)良好的狀態(tài)。

（3）防止變壓器內(nèi)部硅鋼片絕緣老化損壞，倘若變壓器內(nèi)部的鐵芯絕緣（也就是硅鋼片之間的絕緣）老化或夾緊螺栓套管損壞，變壓器內(nèi)部的繞組和鐵芯上將會(huì)產(chǎn)生很大的渦流，引起鐵芯長(zhǎng)期發(fā)熱集聚并將造成絕緣油及其他絕緣部件的老化和損壞。

（4）防止因檢修不慎導(dǎo)致對(duì)電力變壓器內(nèi)部絕緣的損壞。變壓器檢修吊芯時(shí)，應(yīng)著重保護(hù)變壓器內(nèi)部的線(xiàn)圈和絕緣套管同時(shí)兼顧各個(gè)絕緣構(gòu)件，使其不發(fā)生變形或因應(yīng)力發(fā)生損壞。如果發(fā)現(xiàn)有擦破損傷，應(yīng)當(dāng)及時(shí)處理。

（5）保持電力變壓器保護(hù)正常，滿(mǎn)足各種故障的要求。當(dāng)壓力超過(guò)瓦斯繼電器保護(hù)整定值，而瓦斯繼電器不能正確動(dòng)作跳閘時(shí)，則會(huì)發(fā)生爆炸。

（6）防止雷擊等大氣現(xiàn)象對(duì)變壓器絕緣的損壞。電力變壓器的線(xiàn)路一般通過(guò)架空線(xiàn)相互連接，而架空線(xiàn)很容易遭受雷擊，這就使得變壓器時(shí)刻會(huì)暴露在雷電等大氣現(xiàn)象的威脅之下，當(dāng)發(fā)生雷電時(shí)，雷電行波會(huì)通過(guò)電力線(xiàn)路擊穿變壓器絕緣而導(dǎo)致燒毀。雖然在電力線(xiàn)路中，我們有避雷線(xiàn)及避雷器的保護(hù)，但仍然不能完全避免雷電帶來(lái)的災(zāi)害。并且避雷器在布置中應(yīng)當(dāng)尤其注意其接地線(xiàn)應(yīng)與變壓器的低壓側(cè)中性點(diǎn)接在一起，在中性點(diǎn)不接地電力網(wǎng)中，避雷器的接地段應(yīng)與變壓器油箱金屬外殼以及中性點(diǎn)的擊穿熔斷器接地端連在一起并可靠接地。

（7）為了保持保護(hù)裝置的準(zhǔn)確可靠，必須定期對(duì)其進(jìn)行檢查和試驗(yàn)，嚴(yán)格執(zhí)行電力運(yùn)行的相關(guān)規(guī)范。

（8）對(duì)變壓器接地電阻進(jìn)行限制。采用保護(hù)接零的低壓電力系統(tǒng)中，變壓器低壓側(cè)的中性點(diǎn)應(yīng)當(dāng)直接接地。當(dāng)電力變壓器的三相負(fù)載不平衡時(shí)，零線(xiàn)上會(huì)出現(xiàn)零序電流。當(dāng)零序電流過(guò)大而接觸電阻也較大時(shí)，接地點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)過(guò)高的溫度，引燃接地點(diǎn)周?chē)目扇嘉镔|(zhì)，因此相關(guān)規(guī)范規(guī)定：容量在100kVA 及以下的變壓器接地電阻應(yīng)不大于10Ω。

（9）電力變壓器室應(yīng)配備與之相適應(yīng)的消防設(shè)施和設(shè)備。一般由二氧化碳或IG541 等構(gòu)成的自動(dòng)滅火系統(tǒng)配合感溫火災(zāi)探測(cè)器等探測(cè)報(bào)警設(shè)備并配備相應(yīng)的應(yīng)急照明系統(tǒng)。整個(gè)變壓器消防設(shè)施和設(shè)備的所有電力和通訊線(xiàn)路可以采用礦物絕緣類(lèi)不燃性電纜、耐高溫電纜、防火電纜或其他耐火電纜，以滿(mǎn)足電力變壓器的防火要求。

5 結(jié)語(yǔ)

電力變壓器的消防設(shè)施配置要符合相關(guān)規(guī)范文件、要講究科學(xué)合理，并兼具經(jīng)濟(jì)型和靈活性，在實(shí)踐應(yīng)用中，可以多種設(shè)施相互配合共同配置，來(lái)達(dá)到消除火災(zāi)，消除隱患，降低損失的目的。日常的變壓器和變電站維護(hù)運(yùn)行中應(yīng)加大變壓器本身的各種自動(dòng)保護(hù)的可靠性和靈敏性，多數(shù)失控的變壓器火災(zāi)多是因變壓器本身的保護(hù)失效的情況下才發(fā)生的。另外為防范電力設(shè)備失控引起更大的損失，應(yīng)加大對(duì)相關(guān)電力設(shè)備配套的消防設(shè)施的檢查并及時(shí)改正，將消防隱患降到最低。