某變壓器消防控制回路異常的分析與處理

艾 飛，陳巧勇，胡冬良，張新來，郭世曉，何穎梅，王寅鋒

(1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司杭州供電公司，浙江 杭州 310000 ；2.邯鄲慧龍電力設(shè)計(jì)研究有限公司,河北 邯鄲 056000)

0 引 言

作為電力系統(tǒng)的樞紐設(shè)備，電力變壓器的運(yùn)行情況直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定。大型變壓器采用油浸式變壓器，其內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，由于變壓器油在一定溫度下的分解和可燃性，可能引起變壓器燃燒和爆燃[1]，不僅變壓器本身損失巨大，燃燒和爆炸還可能引起人員傷亡和其他配電設(shè)備故障，造成事故擴(kuò)大。按照燃燒對象的性質(zhì)，此類燃燒為帶電火災(zāi)，屬E類火災(zāi)。GB 50229—2019《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：單臺容量為125 MVA 及以上的油浸變壓器、200 Mvar及以上的油浸電抗器應(yīng)設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)或其他固定式滅火裝置[2]。相關(guān)變壓器應(yīng)配置合理而性價(jià)比高的滅火系統(tǒng)，并同步采用火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)，切實(shí)落實(shí)“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的消防工作方針。

1 變壓器對消防設(shè)施的要求

1)動作可靠性。變壓器是區(qū)域供電的主設(shè)備，如果消防設(shè)施誤動作噴淋，可造成變壓器非計(jì)劃停運(yùn)，對區(qū)域電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和供電可靠性造成很大影響，且誤噴淋造成的泡沫液損失和更換也價(jià)格不菲。因此，從安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面來講，變壓器對消防設(shè)施的最基本的要求為有足夠的可靠性，即消防設(shè)施該動作時(shí)可靠動作，不該動作時(shí)一定不動作。

2)投運(yùn)同步性。DL/T 5027—2015《電力設(shè)備典型消防規(guī)程》規(guī)定：新建、擴(kuò)建和改建工程或項(xiàng)目，需要設(shè)置消防設(shè)施的，消防設(shè)施與主體設(shè)備或項(xiàng)目應(yīng)同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投入生產(chǎn)或使用，并通過消防驗(yàn)收。消防設(shè)施在管理上應(yīng)等同于主設(shè)備，包括維護(hù)、保養(yǎng)、檢修、更新，落實(shí)相關(guān)所需資金等。消防設(shè)施應(yīng)處于正常工作狀態(tài)[3]。

2 聞堰變電站主變壓器消防設(shè)施配置

聞堰變電站[4]目前工程規(guī)模為主變壓器2×240 MVA，220 kV系統(tǒng)采用戶外GIS，雙母線接線，設(shè)專用母聯(lián)斷路器，出線為6回；110 kV采用戶內(nèi)GIS，單母線分段接線，出線為6回；35 kV采用常規(guī)戶內(nèi)開關(guān)柜設(shè)備，出線為5回。每臺主變壓器配置兩套電氣量保護(hù)和一套非電量保護(hù)。兩臺主變壓器配置了一套瓶組式泡沫噴淋系統(tǒng)。泡沫滅火系統(tǒng)的吸熱冷卻、隔氧窒息和對輻射熱的阻隔等作用對于變壓器火災(zāi)有很好的抑制作用。該瓶組式泡沫噴淋系統(tǒng)主要由火災(zāi)自動報(bào)警器、系統(tǒng)管網(wǎng)、啟動及驅(qū)動瓶、選擇電動閥、泡沫儲罐及泡沫噴頭組成?，F(xiàn)場相關(guān)控制信號和火災(zāi)信號接至火災(zāi)自動報(bào)警器，并通過測控裝置上傳至當(dāng)?shù)乇O(jiān)控后臺、集控站監(jiān)控后臺以及電力調(diào)度中心。

3 聞堰變電站主變壓器消防設(shè)施滅火原理

當(dāng)主變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，主變壓器電氣量和非電量保護(hù)動作并跳開變壓器三側(cè)斷路器。此時(shí)若主變壓器著火或主變壓器器身溫度達(dá)到一定高值時(shí)，需要消防設(shè)施可靠動作滅火。若主變壓器未著火或主變壓器器身溫度未達(dá)到一定高值或主變壓器保護(hù)誤動時(shí)，則要求消防設(shè)施可靠不動作。

聞堰變電站投產(chǎn)較早，投產(chǎn)時(shí)由主變壓器防護(hù)區(qū)域內(nèi)兩只獨(dú)立的火焰探測器的報(bào)警信號作為系統(tǒng)的聯(lián)動觸發(fā)信號。由于火災(zāi)自動報(bào)警裝置和火焰探測器的誤動作概率較高，為防止消防設(shè)施誤動作，投產(chǎn)初期該設(shè)施處于“手動”狀態(tài)，即將啟動瓶上的電磁閥拆除，并將火災(zāi)自動報(bào)警裝置運(yùn)行方式“自動/手動”選擇開關(guān)置于“手動”位置。隨著國家對消防工作的重視，此消防設(shè)施須同主變壓器一體運(yùn)行，但滅火設(shè)施僅靠火災(zāi)自動報(bào)警裝置動作就噴泡沫是不可行的。為防止設(shè)施誤動，除判斷火焰探測器動作外，再根據(jù)主變壓器故障時(shí)主變壓器保護(hù)動作結(jié)果，在消防設(shè)施的動作機(jī)理方面，在其控制回路增加一個(gè)判斷條件：主變壓器電源側(cè)斷路器位置均在分位。這樣確保消防設(shè)施不會誤動。此判斷條件固化在一個(gè)聯(lián)鎖箱里，聯(lián)鎖箱與滅火設(shè)施同室布置。同時(shí)還解決了以下問題：1)原來啟動電磁閥、電動閥電源由控制室24 V直流供電，電壓衰減可能引起閥拒動，改為由此聯(lián)鎖箱提供動作電源(將220 V交流電源和220 V直流電源分別引入聯(lián)鎖箱內(nèi)整流器和直流逆變器，轉(zhuǎn)換為24 V直流就地供電)，增加了電源的可靠性。2)便于對主變壓器消防電動閥進(jìn)行試驗(yàn)。在主變壓器斷路器輔助接點(diǎn)回路上并聯(lián)了電動閥試驗(yàn)轉(zhuǎn)換開關(guān)(1SK、2SK)，實(shí)現(xiàn)主變壓器不停電對相應(yīng)電動閥進(jìn)行試驗(yàn)。但試驗(yàn)前必須取下啟動電磁閥，防止誤接通啟動鋼瓶電磁閥。3)防止主變壓器停電檢修時(shí)消防設(shè)施誤噴，在啟動電磁閥回路和各臺主變壓器相應(yīng)的電動閥回路增加壓板。消防設(shè)施控制原理如圖1和圖2所示。

圖1中，1GF(1GF′)為1號變壓器高壓側(cè)斷路器常閉輔助接點(diǎn)；1ZF(1ZF′)為1號主變壓器中壓側(cè)斷路器常閉輔助接點(diǎn)；1SK為1號主變壓器電動閥試驗(yàn)轉(zhuǎn)換開關(guān)；1LP為1號主變壓器斷路器位置投入壓板；1ZJ為中間繼電器，當(dāng)斷路器位置條件滿足時(shí)勵(lì)磁并閉合其接點(diǎn)。2號主變壓器回路元件意義同1號主變壓器。

圖2中，1QJ為1號主變壓器火焰探測器啟動接點(diǎn)；QJ為火災(zāi)自動報(bào)警控制器啟動接點(diǎn)，當(dāng)1QJ或2QJ動作時(shí)，QJ閉合；ZJ為中間繼電器接點(diǎn)，當(dāng)1ZJ或2ZJ閉合時(shí)，ZJ閉合。2號主變壓器回路元件意義同1號主變壓器。支路1用于啟動氮?dú)馄侩姶砰y，支路2和支路3用于選擇著火主變壓器。電磁閥和對應(yīng)主變壓器的電動閥都動作時(shí)，消防系統(tǒng)開始噴淋滅火。

圖1 防誤聯(lián)鎖箱原理

圖2 啟動電磁閥及選擇電動閥動作原理

由于該聯(lián)鎖箱晚于主變壓器投產(chǎn)，在增加該防誤動回路時(shí)，主變壓器沒有配合停電就接入相關(guān)回路，無法通過聯(lián)動驗(yàn)證斷路器位置的正確性和可靠性。僅用前面2)所述方法驗(yàn)證火焰探測器報(bào)警的正確性。以1號主變壓器為例，即通過短接火焰探測器報(bào)警接點(diǎn)，使圖2中的1QJ接點(diǎn)動作，此時(shí)啟動電磁閥不動作。再將試驗(yàn)轉(zhuǎn)換開關(guān)1SK接通，此時(shí)啟動電磁閥動作，同時(shí)1號主變壓器選擇電動閥動作，通常稱之為“半回路試驗(yàn)”。

整個(gè)控制回路的正確性只能結(jié)合主變壓器停電驗(yàn)證，即通過短接火焰探測器報(bào)警接點(diǎn)，使圖2中的1QJ接點(diǎn)動作，此時(shí)啟動電磁閥不動作，這時(shí)將1號主變壓器高壓側(cè)斷路器和1號主變壓器中壓側(cè)斷路器都拉開，此時(shí)啟動電磁閥應(yīng)動作，同時(shí)1號主變壓器選擇電動閥動作。而1號主變壓器高壓側(cè)斷路器和1號主變壓器中壓側(cè)斷路器均在合位或任一個(gè)在合位時(shí)，啟動電磁閥和1號變壓器選擇電動閥均不應(yīng)動作，通常稱之為“全回路試驗(yàn)”。

4 聞堰變電站主變壓器消防設(shè)施的控制方式

1)自動控制。當(dāng)火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)運(yùn)行方式“自動/手動”選擇開關(guān)置于“自動”位置時(shí)，消防主機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測主變壓器上方火焰探測器和高中壓側(cè)斷路器位置信號，通過邏輯運(yùn)算判別火警后，自動打開啟動電磁閥，同時(shí)開啟相應(yīng)著火變壓器的選擇電動閥，通過噴頭進(jìn)行泡沫噴霧滅火，滅火完畢后，需手動關(guān)閉啟動電磁閥和變壓器選擇電動閥。

2)消防控制室手動控制。當(dāng)火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)運(yùn)行方式“自動/手動”選擇開關(guān)置于“手動”位置時(shí)，判別火警后，人工按下啟動按鈕，打開啟動電磁閥，再人工開啟相應(yīng)著火變壓器的選擇電動閥進(jìn)行泡沫噴霧滅火。

3)機(jī)械應(yīng)急啟動操作。主變壓器火災(zāi)時(shí)，若控制系統(tǒng)失靈，操作人員應(yīng)在泡沫噴淋間手動打開啟動控制閥，再打開著火主變壓器的選擇電動閥進(jìn)行泡沫噴霧滅火。

正常運(yùn)行時(shí)，該消防設(shè)施置于自動控制方式。

5 消防控制回路問題發(fā)現(xiàn)過程

主變壓器消防聯(lián)鎖箱接入消防控制回路后，由于對新設(shè)備缺乏認(rèn)識，運(yùn)行人員直接放上主變壓器斷路器位置投入壓板和電磁閥投入壓板，將該滅火設(shè)施投入運(yùn)行。2019年8月，1號主變壓器停電檢修，結(jié)合變壓器停電進(jìn)行消防回路全回路試驗(yàn)。為防止主變壓器滅火設(shè)施誤動，在拉開主變壓器三側(cè)斷路器前，取下1號主變壓器斷路器位置投入壓板和電磁閥投入壓板。進(jìn)行了全回路試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果正確。在主變壓器投運(yùn)時(shí)，合上高壓側(cè)斷路器后，測量主變壓器斷路器位置投入壓板兩端有220 V直流電壓，屬于異常情況，立即停止操作，匯報(bào)單位相關(guān)部門。

6 消防控制回路問題查找及處理

防誤聯(lián)鎖箱為廠家提供，斷路器輔助接點(diǎn)由檢修部門引接。廠家人員檢查流程如下：1)測量壓板1LP靠負(fù)極側(cè)電位為-110 V，靠正極側(cè)電位為+110 V；2)將端子排上端子A、端子B解開，測量壓板1LP靠負(fù)極側(cè)電位為-110 V，靠正極側(cè)電位為0；3)在端子A、端子B解開的情況下，將試驗(yàn)轉(zhuǎn)換開關(guān)1SK接通，測量壓板靠負(fù)極側(cè)電位為-110 V，測量壓板靠正極側(cè)電位為+110 V。由此，認(rèn)為非廠家設(shè)備原因，問題出在輔助接點(diǎn)回路。

檢修部門通過翻接點(diǎn)的方式檢查，當(dāng)兩個(gè)斷路器位置均置為分位時(shí)，壓板兩端電壓為220 V，結(jié)果正確。當(dāng)任一斷路器置于合位時(shí)，壓板兩端仍有220 V電壓，結(jié)果不正確。由此推斷，問題確在斷路器輔助接點(diǎn)回路。經(jīng)仔細(xì)查找，發(fā)現(xiàn)在回路中并接了一個(gè)電容。如圖1中虛線所示，分析如下：當(dāng)任一斷路器或所有斷路器在合位時(shí)(相應(yīng)的輔助接點(diǎn)斷開)，直流電源給電容C充電；當(dāng)變壓器斷路器均在斷開位置時(shí)，該回路將電容短接，壓板兩端有220 V電壓，此時(shí)電容器C未放電；當(dāng)合上任一只電源側(cè)斷路器時(shí)(相應(yīng)的輔助接點(diǎn)斷開)，壓板兩端出現(xiàn)異常電壓(DC 220 V)。拆除該電容后，合上任一只電源側(cè)斷路器時(shí)，壓板兩端電壓為0，控制回路恢復(fù)正常。

7 消防設(shè)施的運(yùn)行和操作管理

1)規(guī)范輔助接點(diǎn)的接入管理。此次事件暴露出沒有停電做消防系統(tǒng)的接入工作，接線內(nèi)部出現(xiàn)了寄生回路。

2)設(shè)備的試驗(yàn)管理。檢修人員必須對消防設(shè)施做全回路試驗(yàn)，確保各消防主部件功能正確，動作可靠，同時(shí)還要對消防控制回路中的壓板等元件功能的正確性進(jìn)行校驗(yàn)。運(yùn)行人員也要加強(qiáng)此類設(shè)備驗(yàn)收，全過程見證全回路試驗(yàn)。

3)壓板的操作管理。要理清楚消防控制回路中各壓板的作用，壓板兩端電壓在設(shè)備不同狀態(tài)時(shí)的值，并寫入相關(guān)操作規(guī)范或操作票中。

4)停送電的操作管理。為防止設(shè)施誤噴和遲投，要根據(jù)主設(shè)備的狀態(tài)變化合理地操作消防控制回路的壓板，盡量減少無消防設(shè)施保護(hù)時(shí)主變壓器運(yùn)行時(shí)間。

5)消防設(shè)施的巡視管理。對消防回路中的任何異常和缺陷同主設(shè)備對待，確保設(shè)施安全穩(wěn)定運(yùn)行。

8 結(jié) 語

火災(zāi)時(shí)消防設(shè)施動作是基本要求，但在非火災(zāi)時(shí)消防設(shè)備誤動作也能引起事故擴(kuò)大，這是不允許的。以實(shí)際運(yùn)行的變壓器泡沫噴淋系統(tǒng)為例，介紹了其選型、原理、試驗(yàn)方法和該設(shè)施投運(yùn)時(shí)的實(shí)際情況，并對實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)的消防控制回路問題進(jìn)行分析、測試和處理，總結(jié)了消防設(shè)施的操作和管理建議，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，可為變電運(yùn)行值班人員的運(yùn)行操作和學(xué)習(xí)理解提供一定的參考。