一種排油注氮滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

盛 雨，葛增光，安 勇，馬道柱

(1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司菏澤供電公司，山東 菏澤 274000；2.菏澤市定陶區(qū)市場(chǎng)監(jiān)督管理局，山東 菏澤 274000)

0 引言

隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展，電力變壓器的電壓等級(jí)越來(lái)越高，油浸式電力變壓器作為變電站最重要的設(shè)備之一，人們對(duì)其火災(zāi)防范水平有了更高的要求。變壓器內(nèi)部含有大量的絕緣油，當(dāng)變壓器出現(xiàn)操作過(guò)電壓、雷擊過(guò)電壓、絕緣老化等故障時(shí)會(huì)造成內(nèi)部絕緣損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)在變壓器內(nèi)部產(chǎn)生大量可燃?xì)怏w，溫度和壓力的劇增會(huì)造成本體損壞、變壓器噴油，發(fā)生火災(zāi)并蔓延，造成重大損失[1]。

變壓器常用的消防滅火系統(tǒng)有水噴霧滅火系統(tǒng)、合成泡沫噴淋滅火系統(tǒng)、排油注氮滅火裝置等。排油充氮滅火裝置具有適用范圍廣、預(yù)防滅火效果好、防爆功能強(qiáng)、維護(hù)工作量小、裝置成本低等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)消防中得以廣泛應(yīng)用[2-3]。文獻(xiàn)[4]對(duì)排油注氮滅火裝置的原理及其應(yīng)用展開(kāi)了研究，并對(duì)水噴霧滅火系統(tǒng)、合成泡沫噴淋滅火系統(tǒng)、排油注氮滅火裝置進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明排油注氮滅火裝置更具有主動(dòng)、經(jīng)濟(jì)、高效、適用的特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。文獻(xiàn)[5]通過(guò)對(duì)變壓器排油注氮裝置的作用原理、裝置結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)配件進(jìn)行分析，并結(jié)合工程實(shí)例對(duì)油浸電力變壓器排油注氮裝置的工作原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)作簡(jiǎn)要介紹及初步探討。文獻(xiàn)[6]研究了油浸式變壓器BMH-1A 型排油注氮滅火系統(tǒng)的接線不合理等問(wèn)題，提出了在控制回路中增加主變壓器三側(cè)斷路器位置，增加緊急解鎖按鈕等措施，并針對(duì)變電站實(shí)際情況提出工程應(yīng)用的改造方案。文獻(xiàn)[7]分析了500 kV 變電站主變壓器消防系統(tǒng)的現(xiàn)狀，在比較三類(lèi)消防系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)論述了主變排油注氮裝置的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、參數(shù)計(jì)算、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及需要注意的事項(xiàng)等，為下一步排油注氮裝置的推廣應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

下面對(duì)排油注氮滅火裝置的工作原理展開(kāi)研究，針對(duì)傳統(tǒng)裝置控制回路簡(jiǎn)單、抗干擾能力差、動(dòng)作邏輯單一等缺點(diǎn)，對(duì)其從裝置結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)參數(shù)等方面進(jìn)行針對(duì)性改造。在此基礎(chǔ)上，分析排油注氮滅火裝置常見(jiàn)故障及原因，并提出故障處理方法，為排油注氮滅火裝置的進(jìn)一步研究提供參考。

1 工作原理

變壓器排油注氮滅火裝置主要由控制回路、切斷油路、排油泄壓、注氮滅火四個(gè)系統(tǒng)組成，當(dāng)變壓器內(nèi)部故障著火時(shí)，一方面斷流閥動(dòng)作，切斷儲(chǔ)油柜到變壓器本體的補(bǔ)油油路，另一方面將氮?dú)鈴牡撞孔⑷胱儔浩鞅倔w內(nèi)，對(duì)絕緣油進(jìn)行降溫和隔絕氧氣，達(dá)到快速滅火的目的[9]。排油注氮滅火裝置可滿足防爆防火保護(hù)啟動(dòng)、滅火保護(hù)啟動(dòng)、手動(dòng)啟動(dòng)和現(xiàn)場(chǎng)緊急啟動(dòng)四種方式，其啟動(dòng)條件電路如圖1 所示。其中，F(xiàn)S 為三檔選擇旋鈕，K1 為重瓦斯信號(hào)開(kāi)關(guān)，K2、K20 為火災(zāi)探測(cè)器信號(hào)開(kāi)關(guān)，K12為箱體超壓信號(hào)開(kāi)關(guān)，K11 為主變?nèi)齻?cè)斷路器跳閘信號(hào)開(kāi)關(guān)，QD 為手動(dòng)滅火按鈕開(kāi)關(guān)，QDQ 為手動(dòng)滅火確認(rèn)按鈕開(kāi)關(guān)，XJK 為緊急啟動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)，XJKQ 為緊急啟動(dòng)確認(rèn)按鈕開(kāi)關(guān)，KT 為時(shí)間繼電器，K9、K21、KX1、KX2 為中間繼電器。排油注氮滅火裝置啟動(dòng)時(shí)均有反饋信號(hào)進(jìn)行自檢，避免裝置出現(xiàn)因信號(hào)錯(cuò)誤導(dǎo)致的誤動(dòng)作。

圖1 排油注氮滅火裝置啟動(dòng)條件電路

排油注氮滅火裝置需有獨(dú)立的兩路電源才能實(shí)現(xiàn)主路電源自動(dòng)切換，滿足四種啟動(dòng)條件的一種就要?jiǎng)幼?，其中排油注氮啟?dòng)(觸發(fā))功率應(yīng)大于220 V×5 A (DC)，注氮閥動(dòng)作線圈功率應(yīng)大于220 V×6 A (DC)[10]。此時(shí)，裝置打開(kāi)排油閥、氮?dú)馄块y，先進(jìn)行排油，3 s 后將氮?dú)鈴淖儔浩鞯撞孔⑷耄瑢⒆儔浩黜敳康臒嵊团懦鲞M(jìn)行泄壓，防止油箱壓力在起火后因注入氮?dú)膺M(jìn)一步增大。同時(shí)，斷流閥達(dá)到流速動(dòng)作切斷儲(chǔ)油柜補(bǔ)油回路，避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大。氮?dú)庾⑷霑r(shí)間不少于30 min，使變壓器內(nèi)的油充分?jǐn)嚢?、降溫。排油注氮滅火裝置工作原理如圖2 所示。

圖2 排油注氮滅火裝置工作原理

2 排油注氮滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

斷流閥水平安裝于氣體繼電器和油枕之間，正常運(yùn)行時(shí)處于“ 運(yùn)行” 狀態(tài)，箭頭由油枕指向變壓器，斷流閥閥柄必須順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)作流量為90 ～150 L/min (1.5 ～2.5 m/s)，動(dòng) 作 時(shí) 間 不 大于1 s。

變壓器排油接口閥與排油注氮滅火裝置油管排氣兩通連接，排油管道采用φ133×4 mm 無(wú)縫管，管道位于變壓器箱頂200 mm 處。注氮排氣三通位于注氮管最高點(diǎn)，注氮管道采用φ33×3.5 mm 無(wú)縫管，6 個(gè)注氮孔均勻分布在變壓器兩端，位于變壓器底部100 mm 處。

單臺(tái)220 kV 變電站變壓器容量在120 ～240 MVA 之 間， 當(dāng) 變 壓 器 容 量 在50 ～360 MVA 時(shí)，氮 氣 瓶 數(shù) 量 為2 個(gè)，容 積為40 L。氮?dú)馄康念~定壓力(壓強(qiáng)，下同)為12～15 MPa，一臺(tái)220 kV 變壓器可注氮?dú)饬咳绻?1)所示。

式中：n為氮?dú)馄康臄?shù)量，V為氮?dú)馄康娜莘e，F(xiàn)1、F2分別為氮?dú)馄康某跏級(jí)毫蜏p壓后壓力，此處將初始?jí)毫υO(shè)為額定壓力最大值15 MPa，減壓后壓力為0.6 MPa。

排油注氮滅火裝置需連續(xù)注氮30 min 以上，氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥的出口流速如公式(2)所示，其中tmin為最低連續(xù)注氮時(shí)長(zhǎng)。

排油注氮滅火裝置共6 個(gè)注氮孔，故每個(gè)注氮孔流量為氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥的出口流速的1/6 倍，即10.71 L/min。注氮管為φ33×3.5 mm 無(wú)縫管，即管道壁厚S為3.5 mm，平均直徑d為33 mm，注氮管中的氮?dú)饬魉賤氮?dú)馊绻?3)所示。

排油注氮滅火裝置排油管為φ133×4 mm無(wú)縫管，即管道壁厚S為4 mm，平均直徑d為133 mm。以220 kV 某主變壓器為例，變壓器油號(hào)為25，故油密度ρ為895 kg/m3，該主變壓器油重65 t，裝置動(dòng)作時(shí)排油量約為總油重的1 %，即Q排=0.65 t=650 kg，排油注氮時(shí)間間隔t為3 s，排油管中的油流流速v油流如公式(4)所示。

經(jīng)過(guò)以上設(shè)計(jì)，排油注氮滅火裝置示意如圖3所示，消防柜內(nèi)部布局如圖4 所示。

3 排油注氮滅火裝置應(yīng)用及故障處理

3.1 排油注氮滅火裝置日常維護(hù)

為了確保排油注氮滅火裝置的正常運(yùn)行，應(yīng)對(duì)該裝置進(jìn)行必要的維護(hù)，以免因裝置維護(hù)不當(dāng)造成損失。日常維護(hù)應(yīng)注意以下內(nèi)容：

1) 每月監(jiān)視氮?dú)馄繅毫?，若壓力下降較快，用肥皂水查找漏點(diǎn)，并進(jìn)行維護(hù)，當(dāng)?shù)獨(dú)馄繅毫Φ陀? MPa 時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)氣。

2) 排油閥、單向閥應(yīng)無(wú)滲漏情況。

3) 若置于手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，排油閥、氮?dú)忉尫砰y鎖定銅銷(xiāo)一定要插上。

4) 各指示燈無(wú)報(bào)警信號(hào)，如有異常，要及時(shí)分析處理。

3.2 常見(jiàn)故障及處理方法

排油注氮滅火裝置運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障要及時(shí)、準(zhǔn)確處理，對(duì)常見(jiàn)故障、出現(xiàn)原因及處理方法進(jìn)行歸納總結(jié)，如表1 所示。

表1 排油注氮滅火裝置常見(jiàn)故障及處理方法

4 結(jié)束語(yǔ)

以上介紹了排油注氮滅火裝置的工作原理，并用電路圖和流程圖對(duì)工作原理進(jìn)行進(jìn)一步詮釋。通過(guò)理論計(jì)算，對(duì)排油注氮滅火裝置的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)了排油注氮滅火裝置示意和消防柜內(nèi)部布局圖，為排油注氮滅火系統(tǒng)的改造提供了借鑒。針對(duì)排油注氮滅火裝置運(yùn)行情況，對(duì)其日常維護(hù)事項(xiàng)和常見(jiàn)故障及處理方法進(jìn)行分析，為設(shè)備檢修及維護(hù)提供了依據(jù)，提高了檢修效率。