尹 赟,毛穎科,李旭東
(國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司,上海 200063)
室外油浸式電力變壓器廣泛應(yīng)用在500 kV及以上電壓等級變電站中,主要得益于油浸式電力變壓器投資需求少、維護(hù)方便以及運行時對周邊環(huán)境要求比較低的優(yōu)點。變壓器油一方面起到冷卻散熱作用,另一方面起到絕緣作用。變壓器正常運行時,一旦需要將變壓器進(jìn)行檢修,可以用專門的設(shè)備和儀器將變壓器油抽取至專用容器中,這樣既安全又清潔。
當(dāng)變壓器非正常運行時,比如遇到變壓器著火、事故噴油時,在很短時間內(nèi)大量的變壓器油通過泄壓孔或壓力釋放閥噴濺出來。如果不采取一定的防護(hù)措施,一方面會對變電站站內(nèi)及周邊環(huán)境造成很大的污染;更嚴(yán)重的是事故噴油后很容易引起大火,這樣大量外泄的變壓器廢油將會擴大火災(zāi)事故范圍?;诃h(huán)境保護(hù)和消防安全等方面考慮,500 kV及以上電壓等級室外變壓器都會在主變附近設(shè)置相應(yīng)的事故油池,將事故時噴出的廢油和廢水安全地排放到事故油池中,不僅可以隔離外界火源,還可對事故油池中的廢油加以回收和處理[1]。
根據(jù)GB 50059—1992《35~110 kV變電所設(shè)計規(guī)范變電站設(shè)計》規(guī)范要求:室外主變壓器等充油電氣設(shè)備,當(dāng)單個油箱的油量在1 000 kg及以上時,應(yīng)同時設(shè)置貯油坑及總事故油池,其容量不小于單臺設(shè)備油量的20%及最大單臺設(shè)備油量的60%,同時總事故油池應(yīng)有油水分離功能。
以某特高壓站主變事故油池(見圖1)為例:主變單相主體變油重116 t,調(diào)補變油重42 t,均為克拉瑪依25號油。經(jīng)查閱相關(guān)資料得知克拉瑪依25號油密度:ρ=895 kg/m3。
那么單相主變油的體積:
V=m/ρ
(1)
計算得到單相主變油的體積為176 m3。
圖1 事故油池截面示意圖
由圖1顯示,事故油池由2個油室組成,2個油室中間用下部開孔的隔墻分開,這樣兩個油室是相互連通的。圖紙上標(biāo)明該事故油池最大儲油量為130 m3。130/176=0.738>0.600,即符合事故油池容量大于最大單臺設(shè)備油量60%的要求。
傳統(tǒng)事故油池設(shè)計由2個油室組成,中間用下部開孔的隔墻分開,可以增加油水分離的路徑,使油水混合物充分靜置分離。目的在于防止事故廢油在油池中流動造成油水混合,在油水沒有完全分離的情況下,油會隨水一起排出池外而對造成污染環(huán)境。
變壓器事故油池投入運行后,油池內(nèi)部常年保持高水位,水位應(yīng)與出水管中心標(biāo)高持平。主變發(fā)生泄油事故后,廢油和廢水同時排入1室,因為油的密度比水小,廢油會在廢水的上層,實現(xiàn)油水的第一次分離,但分離效果十分有限。同時,下層的水在廢油的自重和大氣壓的作用下,通過底部的隔墻連通孔流向2室,實現(xiàn)油水第二次分離,分離效果也不明顯。2室的原有水面升高后,當(dāng)高度超過事故油池排水管設(shè)計標(biāo)高時,就會有水被排出。當(dāng)1室充滿事故廢油后,事故廢油流向2室,最終達(dá)到油水分離的效果。
進(jìn)油管的標(biāo)高根據(jù)主變事故油坑管道敷設(shè)放坡到事故油池位置來確定。
排水管的高度應(yīng)該低于進(jìn)油管的高度才能保證排出水(工程上一般低100~200 mm),否則出水管就無法發(fā)揮排水作用。
事故油池的排水口普遍采用虹吸式設(shè)計[3]。相比與被動式排水,采用虹吸式排水可以加快排水的速度同時增加排水量。虹吸現(xiàn)象如圖3所示。
取一根“倒U形”的塑料管,將開口高的一端置于裝滿液體的容器P1中,另一端放在比P1液面更低的容器P2中,容器P1內(nèi)的液體會持續(xù)通過U形管流出至P2中。
圖2 虹吸現(xiàn)象
在常規(guī)設(shè)計中,事故油池采用虹吸式排水后,能快速地排出水,使得事故廢油快速進(jìn)入油池中,但在排水時少量的事故廢油也可能隨之排出。設(shè)計在2室的虹吸管排出水后,2室的液面會降低,1室的水會流向2室,這時如果2室下部水面低于隔墻下部洞口標(biāo)高時,只經(jīng)過一次油水分離的廢水和廢油進(jìn)入2室,這部分廢油在虹吸作用發(fā)生時也必然會隨著水被排出。
為避免這種情況的發(fā)生,可以將事故油池進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,如圖3所示,在圖1的基礎(chǔ)上增設(shè)一個油室同時在油池3室增設(shè)一道隔斷[2]。增設(shè)油室和隔斷相當(dāng)于增加了兩次油水分離過程,同時延長了油水分離的路徑,使得油水能夠充分靜置和分離。
圖3 事故油池的優(yōu)化設(shè)計
事故油池是室外油浸式電力變壓器重要輔助設(shè)施之一。在事故油池的設(shè)計中,合理地設(shè)計事故油池的容量,是事故油池設(shè)計的關(guān)鍵。事故油池的虹吸作用能快速地排出油池中的水,保證油池的儲油速度。
傳統(tǒng)的事故油池在虹吸作用下會將事故廢油排出,油水得不到有效分離。通過對事故油池的設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化,通過增加油水分離的次數(shù)和延長油水分離的路徑,可以有效提高事故油池油水分離的可靠性,更好地滿足環(huán)保要求。