老型號(hào)變壓器排油注氮滅火裝置接口改造

譚文強(qiáng)，宋 宇，鄧 浩

(1.國網(wǎng)四川省電力公司, 四川 成都 610041；2.國網(wǎng)四川省電力公司德陽供電公司，四川 德陽 618000)

0 引 言

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，變壓器容量越來越大, 電壓等級(jí)不斷提高，變壓器消防裝置的作用顯得更加重要[1]?，F(xiàn)有老型號(hào)變壓器排油和注氮接口的改造,普遍采用在變壓器器身上新開口的方案，存在現(xiàn)場(chǎng)或返廠開孔難于實(shí)現(xiàn)的問題。本體上開孔改變變壓器原有設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，如發(fā)生變壓器故障，可能會(huì)引起故障責(zé)任劃分不清，引起不必要的爭議。下面提出老型號(hào)變壓器排油注氮裝置利用人孔、放油閥和取樣閥作為接口的改造方案,解決變壓器開孔難、施工時(shí)間長、費(fèi)用高且容易引發(fā)爭議的問題。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 普遍采用的方法

變壓器發(fā)生故障引發(fā)火災(zāi)有兩種情況。第一種情況是器身未形成開口的內(nèi)部火災(zāi)，由于故障瞬間變壓器內(nèi)部溫度陡升，變壓器油汽化產(chǎn)生大量氣體，壓力增大觸發(fā)重瓦斯繼電器動(dòng)作，引起變壓器三側(cè)斷路器跳閘斷開變壓器與電力網(wǎng)絡(luò)的電氣連接，短路電流消失，內(nèi)部油失去能量支持不再分解汽化。變壓器內(nèi)部產(chǎn)生大量氣體后壓力增大器身存在破裂的可能性。為保障變壓器的安全，排油注氮系統(tǒng)開啟排油閥排出部分變壓器油進(jìn)行泄壓使變壓器內(nèi)部壓力減小。第二種情況是變壓器故障造成器身破裂與大氣聯(lián)通的開口，變壓器油在破裂處或外溢燃燒，內(nèi)部壓力與大氣壓一致，不會(huì)隨溫度升高。近年來電網(wǎng)大型變壓器火災(zāi)事故表明，如不進(jìn)行排油和冷卻降溫防止變壓器油不斷汽化，變壓器火災(zāi)將一直持續(xù)到所有可燃物燒盡，如著火變壓器鄰近其他重要設(shè)備和建筑將產(chǎn)生更大損失。這兩種情況排油注氮系統(tǒng)都會(huì)關(guān)閉斷流閥防止油枕繼續(xù)向變壓器油箱內(nèi)補(bǔ)充變壓器油，此時(shí)通過變壓器器身上接口連接排油管道排油，能有效減少可燃物和燃燒時(shí)間。

現(xiàn)有油浸變壓器排油注氮滅火裝置接口普遍采用的方法是在變壓器本體上方開孔作為排油孔，在變壓器下方開孔作為注氮孔。排油管路連接于油箱上部,通過導(dǎo)油管與事故油坑相連,系統(tǒng)的排油泄壓由串接在排油管路中的排油閥控制[2]，如圖1所示。滅火裝置滿足啟動(dòng)條件后打開排油閥,變壓器油通過排油管道排出到事故油池,同時(shí)斷流閥關(guān)閉油枕對(duì)變壓器的供油,油箱上部變壓器油位下降到排油管道位置。注氮管路連接消防柜中的氮?dú)馄亢驮O(shè)置在油箱底部的注氮孔,為保障氮?dú)庾⑷虢?jīng)排油一段時(shí)間后,控制系統(tǒng)開啟氮?dú)忉尫砰y，將氮?dú)鈴淖儔浩鞯撞孔⑷胗拖渲?，氮?dú)馀c變壓器油混合，上升到達(dá)油箱上部，起到降低油溫和隔絕空氣的滅火作用。

圖1 采用新開孔方式

1.2 問題分析

變壓器采用返廠開孔，拆裝、往返運(yùn)輸、工廠生產(chǎn)等因素造成返廠耗時(shí)長，拆裝施工費(fèi)、往返運(yùn)輸費(fèi)、廠家服務(wù)費(fèi)等費(fèi)用高，難于實(shí)現(xiàn)。采用現(xiàn)場(chǎng)開孔，變壓器需停電進(jìn)行排油、吊罩、開孔、清洗、回吊、注油、調(diào)試等多道工序，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)間大幅增加，場(chǎng)地?zé)o法保證；變壓器鐘罩內(nèi)部油漬無法徹底清洗干凈，開孔及閥門焊接工作屬于一級(jí)動(dòng)火作業(yè)，存在極大的火災(zāi)隱患；焊接會(huì)破壞變壓器的完整性，過程中產(chǎn)生的烴類氣體殘留和金屬殘?jiān)灰浊宄蓛簟Ｌ貏e值得注意的是現(xiàn)場(chǎng)開孔作業(yè)無法保證恒溫恒濕環(huán)境，變壓器鐵芯長時(shí)間暴露在空氣中且變壓器油長時(shí)間與空氣接觸，空氣中含有水分，勢(shì)必將少量水分帶入變壓器內(nèi)部，變壓器油溶解空氣超過飽和或水分造成局部放電都會(huì)使后期運(yùn)行導(dǎo)致輕瓦斯頻繁動(dòng)作或油化驗(yàn)數(shù)據(jù)達(dá)不到要求，甚至造成內(nèi)部放電短路，因此改造工程應(yīng)盡量減少鐵芯和變壓器油暴露在空氣中的時(shí)間。

2 利用人孔和取樣閥

2.1 排油孔

大型變壓器側(cè)面器身均設(shè)有人孔，在變壓器正常運(yùn)行時(shí)，人孔處于封閉狀態(tài)，可以利用人孔蓋板改造加裝管路作為排油管道。改造后人孔蓋板須要連接排油管道開孔，所以在改造前應(yīng)精確測(cè)量加工好新蓋板尺寸、螺栓孔洞大小和位置。

2.2 注氮孔

利用取樣閥連接排油和注氮管道，無需另外開孔，對(duì)變壓器本體內(nèi)部影響??；且變壓器正常運(yùn)行時(shí)，注氮閥門閉鎖，與變壓器的互不干擾，如圖2所示。

圖2 采用人孔和取樣閥方式

根據(jù)氣體滅火系統(tǒng)滅火浸漬時(shí)間不小于1 min的要求，排油注氮在撲滅變壓器內(nèi)部故障引起火災(zāi)時(shí)的氮?dú)鉁缁饎┝枯^小，一般不到變壓器油箱容積的1%。但為防止變壓器爆炸，起隔離空氣窒息滅火和對(duì)變壓器油冷卻作用的排油注氮滅火浸漬時(shí)間應(yīng)大于10 min。這個(gè)充氮時(shí)間是遠(yuǎn)大于滅火充氮時(shí)間的，要求油浸變壓器容量不大于50 MVA時(shí),在15 MPa壓力下氮?dú)鈨?chǔ)存容器總?cè)莘e為40 L；油浸變壓器容量在50～360 MVA時(shí),在15 MPa壓力下氮?dú)鈨?chǔ)存容器總?cè)莘e為80 L；油浸變壓器容量大于360 MVA時(shí)，在15 MPa壓力下氮?dú)鈨?chǔ)存容器總?cè)莘e為126 L。

利用取樣閥進(jìn)行改造：根據(jù)變壓器取樣閥實(shí)際個(gè)數(shù)改造成2個(gè)注氮孔設(shè)計(jì)，按照電力行業(yè)完善化改造要求和《油浸變壓器排油注氮裝置技術(shù)規(guī)程》中相關(guān)條文說明，對(duì)于50～360 MVA變壓器，滅火裝置采用2個(gè)W為40 L的氮?dú)馄?，氮?dú)獬跏級(jí)毫1為15 MPa，減壓后氮?dú)鈮毫2為1.20 MPa，減壓后氮?dú)怏w積為

V=2W×P1/P2=1000 L

(1)

注氮時(shí)間不小于30 min，選取31 min，注氮調(diào)節(jié)閥的出口流量為

Q=W/t=32.258 L/min

(2)

注氮管道采用抗拉強(qiáng)度σ為235 MPa、厚度δ為3.5 mm、外徑D為25 mm的碳素鋼管，安全系數(shù)S取4，其承壓強(qiáng)度為

P=2σ/δSD=1.34 MPa

(3)

P>P2，滿足要求。

2.3 工程實(shí)施

現(xiàn)場(chǎng)停電施工總耗時(shí)約100 h，變壓器油位需降至人孔以下，按照DL/T 573—2010《電力變壓器檢修導(dǎo)則》要求，應(yīng)保證在空氣相對(duì)濕度不大于65%時(shí)鐵芯暴露時(shí)間應(yīng)小于16 h;在空氣相對(duì)濕度不大于75%時(shí)鐵芯暴露時(shí)間應(yīng)小于12 h。改造前應(yīng)做好現(xiàn)場(chǎng)查勘和附件設(shè)計(jì)制造、過渡方案以及機(jī)具、器械、車輛、人員等前期準(zhǔn)備工作。在加裝斷流閥及更換雙浮球瓦斯繼電器完成前，鐵芯必須完全浸在絕緣油內(nèi)不能暴露。所有加裝的孔洞蓋板、閥門和管道必須提前準(zhǔn)備好，做到精確的專屬配件加工，確保尺寸完全對(duì)應(yīng)。改造過程中,因涉及主變壓器油管道相關(guān)工作,應(yīng)及時(shí)關(guān)閉相關(guān)閥門,避免主變壓器本體油箱進(jìn)入空氣。如存在進(jìn)入空氣的可能,應(yīng)通過排油管上的放氣螺栓將氣體排除干凈后,再開啟相關(guān)閥門，防止氣體進(jìn)入變壓器[3]。油枕蝶閥更換完成后應(yīng)將油枕內(nèi)油全部注滿，本體油排至人孔以下，應(yīng)在2 h內(nèi)完成所有閥門的更換或加裝，完成后需盡快注油淹沒變壓器鐵芯，防止鐵芯受潮，保證鐵芯暴露時(shí)間滿足規(guī)定要求。

3 利用放油閥和取樣閥

3.1 排油孔

排油孔利用下部已有的放油閥進(jìn)行改造，采用U型排油管道，改造成三通結(jié)構(gòu)，既滿足放油需要，又能與消防柜排油管道連接。

排油管道采用虹吸原理，即利用油柱壓力差，使絕緣油上升再流到低處，直到兩邊的油面相等，油就會(huì)停止流動(dòng)。排油管道設(shè)置為DN125，頂部高度與變壓器鐵芯持平(以廠家變壓器設(shè)計(jì)圖為準(zhǔn))，當(dāng)變壓器發(fā)生外部火災(zāi)造成開孔，導(dǎo)致頂部與大氣連通時(shí)，注入的過量氮?dú)鈺?huì)從開孔處溢出，其排油效果與常規(guī)無異。消防柜與變壓器之間應(yīng)滿足不同電壓等級(jí)下的安全距離，一般大于集油坑邊緣到變壓器的距離，但排油管道較重，對(duì)放油閥的縱向拉力較大，易導(dǎo)致變壓器漏油，排油管不宜過長，長度應(yīng)盡量保證在8 m以內(nèi)。變壓器內(nèi)部故障時(shí)，變壓器油熱分解產(chǎn)生大量氣體，油箱壓力驟增，觸發(fā)重瓦斯繼電器動(dòng)作，發(fā)出斷路器跳閘信號(hào)。此時(shí)壓力釋放閥動(dòng)作，排油注氮裝置啟動(dòng)，注入的氮?dú)鈺?huì)增加內(nèi)部壓力，導(dǎo)致油面繼續(xù)下降，鐵芯暴露。

3.2 注氮孔

根據(jù)變壓器取樣閥改造成2個(gè)注氮孔。為滿足氮?dú)庾⑷肓康囊螅⒌艿啦捎肈N25/3.5碳素鋼管，計(jì)算符合要求的壓力輸出值和流量輸出值。接口改造如圖3所示。

圖3 接口改造

3.3 工程實(shí)施

現(xiàn)場(chǎng)施工不需要放油，鐵芯不會(huì)暴露，消防柜、管道支架基礎(chǔ)、三通管件等器件與變壓器距離能滿足安全要求，安裝可在不停電情況下進(jìn)行。為防止觸電危險(xiǎn)，在做好現(xiàn)場(chǎng)查勘和附件設(shè)計(jì)制造、過渡方案以及機(jī)具、器械、車輛、人員等前期準(zhǔn)備工作后，排油和注氮管道安裝過程需要停電進(jìn)行，停電時(shí)間總耗時(shí)約24 h。

4 結(jié) 論

前面創(chuàng)新性提出的利用變壓器人孔、取樣閥和放油閥作為接口的改造方案，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施簡單，無需變壓器運(yùn)輸、吊罩、開孔、清洗、回吊、調(diào)試等工序，費(fèi)用支出低，對(duì)主設(shè)備影響??；在現(xiàn)場(chǎng)安全措施到位的情況下，停電時(shí)間大幅減少；且不使用明火，杜絕了火災(zāi)隱患；并由排油注氮廠家出具改造方案、計(jì)算報(bào)告及產(chǎn)品承諾函，與變壓器生產(chǎn)廠家責(zé)任明確。

利用放油閥和取樣閥，因變壓器運(yùn)行時(shí)放油閥處于關(guān)閉，大部分改造工作可在不停電條件下完成，與利用人孔和取樣閥方案比較，變壓器無需排油、注油工序，停電時(shí)間短，幾乎不存在變壓器鐵芯受潮或變壓器油中混入氣體的風(fēng)險(xiǎn)。在滿足取樣閥和放油閥改造條件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用此方案。