油浸變壓器防爆防火方案設(shè)計(jì)

［摘 要］文章分析了油浸變壓器的著火原因及應(yīng)對(duì)措施，提出了一種基于新型泄壓技術(shù)的防范油浸變壓器爆炸、火災(zāi)的有效措施，可以防止油浸變壓器著火、燃燒甚至爆炸，為油浸變壓器的安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)和參考。

［關(guān)鍵詞］油浸變壓器；著火；對(duì)策措施

［中圖分類號(hào)］TM411 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）05–0035–03

1 油浸變壓器的著火原因

（1）短路故障。當(dāng)變壓器內(nèi)部繞組或絕緣出現(xiàn)短路，大量電流會(huì)在短路處產(chǎn)生局部高溫，引發(fā)著火。

（2）過載。長時(shí)間的過載工作會(huì)導(dǎo)致變壓器內(nèi)部溫度升高，油和絕緣材料可能受損，從而造成著火。

（3）輕微故障。變壓器可能存在輕微的故障，例如接觸不良、絕緣老化等，這些問題可能引起局部高溫，最終導(dǎo)致著火。

（4）油泄漏。變壓器油是易燃易爆的，當(dāng)發(fā)生油泄漏時(shí)，油可能遇到火源而引發(fā)著火。

（5）設(shè)備老化。長期運(yùn)行后，變壓器內(nèi)部設(shè)備可能老化，絕緣性能下降，容易引起著火。

（6）外界因素。雷擊、外部火源、意外事故等外界因素，也可能導(dǎo)致變壓器著火。

2 油浸變壓器防火措施

（1）當(dāng)變壓器上層油層溫度大于或等于85℃時(shí)，應(yīng)立即降低變壓器的負(fù)載。如果溫度繼續(xù)升高，說明變壓器內(nèi)部有問題，需關(guān)掉電源進(jìn)行檢測。

（2）安裝繼電器保護(hù)設(shè)備，并定期進(jìn)行試驗(yàn)以保證設(shè)備在任何時(shí)候都是敏感的。

（3）強(qiáng)化對(duì)變壓器的操作和維護(hù)工作，如做好清潔工作，對(duì)通風(fēng)效果進(jìn)行測量，并定期進(jìn)行絕緣試驗(yàn)。

（4）變壓器的設(shè)計(jì)安裝要符合國家標(biāo)準(zhǔn)。變壓器安裝在一、二級(jí)耐火建筑時(shí)，通風(fēng)良好。當(dāng)變壓器安裝于室內(nèi)時(shí)，應(yīng)設(shè)置防油裝置，或設(shè)置于戶外。當(dāng)油量大于600 kg 時(shí)，應(yīng)設(shè)置1 層鵝卵石層。2 個(gè)變壓器間的儲(chǔ)油槽必須設(shè)置不能相通的防火隔離墻。

3 新型變壓器防爆防火保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 變壓器新型防爆防火保護(hù)設(shè)計(jì)原則

（1）防爆設(shè)計(jì)。采用防爆技術(shù)，確保變壓器在運(yùn)行過程中不會(huì)因?yàn)閮?nèi)部故障或外部原因引發(fā)爆炸。防爆設(shè)計(jì)包括使用爆炸抑制材料和阻隔結(jié)構(gòu)，避免爆炸產(chǎn)生的火焰和高溫蔓延到外部環(huán)境。同時(shí)，加強(qiáng)變壓器的局部通風(fēng)，降低內(nèi)部溫度，減少爆炸發(fā)生的可能性。

（2）防火設(shè)計(jì)。在變壓器的設(shè)計(jì)中考慮防火措施，包括使用防火材料和采取防火隔離措施，確保變壓器內(nèi)部的油和絕緣材料不會(huì)因?yàn)楣收匣虍惓Ｇ闆r而燃燒，從而避免火災(zāi)發(fā)生。

（3）環(huán)境監(jiān)測與報(bào)警。安裝環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測變壓器的溫度、濕度、油位等參數(shù)。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便采取應(yīng)急措施，防止事故擴(kuò)大。

3.2 設(shè)計(jì)方案

防爆泄壓系統(tǒng)的主要泄壓裝置（閥膜組合泄壓防爆裝置）如圖1 所示，包括彈簧泄壓機(jī)構(gòu)和膜片泄壓裝置兩部分。

3.3 系統(tǒng)原理

3.3.1 防爆泄壓原理

在變壓器內(nèi)部壓力達(dá)到某一臨界值后，彈簧壓力釋放通道打開，釋放壓力，隨后很快恢復(fù)正常。當(dāng)電弧發(fā)生故障時(shí)，會(huì)在變壓器內(nèi)形成一種高速動(dòng)態(tài)壓力。當(dāng)彈簧機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速不足，動(dòng)作緩慢時(shí)，膜片會(huì)被擊穿，數(shù)毫秒之內(nèi)，將形成一條高速泄壓通道，使變壓器內(nèi)壓力迅速降低。

3.3.2 防火滅火原理

一旦控制系統(tǒng)接收到隔膜斷裂信號(hào)或火警信號(hào)，并且在控制系統(tǒng)接收到斷路器跳閘和任何電氣安全信號(hào)（重瓦斯、過電流、接地）的情況下，會(huì)立即發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，打開氮?dú)庑箟洪y，將高純度的N2 注入故障油腔，將O2和瓦斯排出，從而實(shí)現(xiàn)滅火的目的。

3.4 防爆系統(tǒng)功能設(shè)定

（1）爆炸抑制功能。新型防爆系統(tǒng)采用爆炸抑制技術(shù)，一旦變壓器內(nèi)部發(fā)生異常情況或故障，系統(tǒng)能夠及時(shí)檢測并迅速抑制爆炸的產(chǎn)生，以防止火焰和高溫蔓延到外部環(huán)境。

（2）防護(hù)隔離功能。新型防爆系統(tǒng)在變壓器的設(shè)計(jì)中考慮了防火隔離措施，確保變壓器內(nèi)部的油和絕緣材料不會(huì)因?yàn)楣收匣虍惓Ｇ闆r而燃燒。這樣可以防止火災(zāi)發(fā)生，減少火勢(shì)蔓延的可能性。

（3）環(huán)境監(jiān)測功能。新型防爆系統(tǒng)配備了環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測變壓器的溫度、濕度、油位等參數(shù)。一旦監(jiān)測數(shù)據(jù)異常，系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便采取應(yīng)急措施，防止事故擴(kuò)大。

（4）自動(dòng)滅火功能。新型防爆系統(tǒng)在變壓器周圍設(shè)置了自動(dòng)滅火設(shè)備，一旦發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)能夠及時(shí)啟動(dòng)滅火裝置，迅速撲滅火源，防止火勢(shì)蔓延。

（5）安全間距和防護(hù)措施。新型防爆系統(tǒng)在變壓器與其他設(shè)備和建筑之間設(shè)置足夠的安全間距，防止因其他設(shè)備故障引發(fā)的火災(zāi)蔓延到變壓器。同時(shí)，在變壓器周圍設(shè)置了防護(hù)措施，防止外來因素對(duì)變壓器的影響。

3.5 保護(hù)方案

將QPRD（防爆泄壓裝置）用于油浸式變壓器的防爆防火保護(hù)時(shí)，根據(jù)變壓器的結(jié)構(gòu)型式不同，保護(hù)方案可以分為以下幾種。

（1）保護(hù)變壓器本體油箱、套管升高座及OLTC（有載調(diào)壓分接開關(guān)）。這個(gè)方案主要針對(duì)FB3型變壓器本體油箱、套管升高座及有載調(diào)壓分接開關(guān)，通過安裝QPRD 薄膜閥和高速泄壓裝置，以適應(yīng)不同的壓力變化，確保變壓器長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，能夠在極度危險(xiǎn)的條件下快速泄壓，避免爆炸。

（2）保護(hù)變壓器本體油箱、OLTC。本方案適用于變壓器本體儲(chǔ)罐、有載調(diào)壓分接頭開關(guān)的安裝，采用QPRD 膜片式帶防爆降壓裝置，可適用于多種壓力變化。OLTC 防爆防火保護(hù)方案如圖2 所示。

（3）保護(hù)變壓器本體油箱。如圖3 所示，該方案僅用于變壓器本體油箱安裝QPRD 型隔膜閥組合防爆泄壓設(shè)備，可取代狀態(tài)減壓閥，并可實(shí)現(xiàn)快速泄壓和防爆。在此基礎(chǔ)上，提出了1 套氮?dú)鈬娚湎到y(tǒng)，將變壓器本體油箱、套管升高座、OLTC 引入N2 管道，當(dāng)出現(xiàn)電弧失效時(shí)，可以在壓力釋放后注入高純度N2，將O2 隔絕，避免著火。

3.6 現(xiàn)場試驗(yàn)

3.6.1 電弧故障下的防爆試驗(yàn)

為了驗(yàn)證防爆泄壓效果，研發(fā)組做了大量的內(nèi)部電弧故障試驗(yàn)。

2018 年6—7 月，對(duì)40 mA 變壓器的油箱進(jìn)行了電弧失效和泄壓試驗(yàn)。測試結(jié)果表明，防爆泄壓裝置符合設(shè)計(jì)要求，能夠有效防止內(nèi)部電弧故障的擴(kuò)散。

2021 年7 月，在實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)場，再次對(duì)40 mA 變壓器的油箱進(jìn)行了電弧失效和泄壓試驗(yàn)。測試結(jié)果再次證明，QPRD 完全符合設(shè)計(jì)要求，具有良好的防爆泄壓效果。

綜合以上試驗(yàn)結(jié)果，研發(fā)組對(duì)QPRD 的效果進(jìn)行了充分驗(yàn)證。這些試驗(yàn)結(jié)果表明，新型的隔膜式減壓裝置在防止變壓器內(nèi)部電弧故障擴(kuò)散和保護(hù)變壓器安全方面表現(xiàn)出色。這對(duì)于保證電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重大的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。

3.6.2 滅火試驗(yàn)

油箱內(nèi)裝有10 t 的變壓器油，頂部有40% 的開孔，把變壓器油提前加熱到70℃，點(diǎn)燃，3 min 后，再次啟動(dòng)N2滅火裝置，1 min 后，火焰熄滅。

4 結(jié)束語

文章綜合國家相關(guān)法律和電力技術(shù)，對(duì)室外油浸變壓器的防火問題進(jìn)行了詳細(xì)論述。然而，在當(dāng)前的安全保護(hù)技術(shù)中，包括變壓器減壓閥、氣體繼電器、水噴霧及泡沫噴霧等，仍存在不足。為了解決這些問題，研制出了一種新型的快速泄壓變壓器防爆消防安全裝置。這種新型裝置對(duì)于保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。通過改進(jìn)防爆消防安全裝置，能夠更有效地應(yīng)對(duì)變壓器的故障和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，保障電力系統(tǒng)和周圍環(huán)境的安全。這樣的研究和技術(shù)創(chuàng)新對(duì)電力行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步具有積極的促進(jìn)作用。

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