新型排油注氮式变压器灭火装置的研究

陈俊红 董琳杰 胡俊祥

（1. 河北农业大学机电工程学院，河北 保定 071001；2. 保定力成电气有限公司，河北 保定 071051；3. 河北农业大学食品科技学院，河北 保定 071001）

在电力系统中大容量的变压器多为油浸电力变压器，在电力系统中发挥着“心脏”的功能。一旦发生故障，将导致整个区域内的电力网瘫痪。特别是其器身内充有几十甚至上百吨的绝缘油，在变压器短时或持续性故障时间里，将分解出甲烷、乙烷、氢等可燃性气体，如果产生的可燃气体数量或压力超过变压器的容许值时，将从变压器器身的薄弱环节喷射出来而造成火灾。因此，无论是设计单位还是运行单位都应重视油浸式电力变压器的消防。

目前，油浸电力变压器的消防系统有水喷雾灭火系统、气体灭火系统、气溶胶灭火系统、“SP”合成型泡沫喷淋灭火系统。GB50016-2006《建筑设计防火规范》规定：单台容量在 40MVA及以上的厂矿企业油浸电力变压器、单台容量在 90MVA及以上的电厂油浸电力变压器，或单台容量在125MVA及以上的独立变电所油浸电力变压器应设置自动灭火系统，且宜采用水喷雾灭火系统。GB50045-1995（2005版）《高层民用建筑设计防火规范》规定：高层建筑内的可燃油油浸电力变压器应设置除卤代烷1211、1301以外的自动灭火系统，且宜设水喷雾或气体灭火系统[1]。这些灭火系统都具有各自的优点，但它们均是当变压器发生火灾后才动作的灭火设施，做不到“预防为主”。而排油注氮式变压器灭火装置是一种以“预防为主、防消结合”的消防设施，具有经济、有效、适用的特点。目前已成为替代其他灭火设施的重要手段。

1 排油注氮式变压器灭火装置

排油注氮式变压器灭火装置由灭火箱、控制箱、氮气瓶、开启阀、排油管路、注氮管路、快速排油阀、关闭阀、气体继电器和探测器等组成，其在变压器上的安装简图见图1所示。

图1 排油注氮式灭火装置在变压器上的安装简图

排油注氮式变压器灭火装置防火防爆和灭火原理为：“快速排油、注氮灭火”即当变压器发生故障，产生的高温使油箱内部的变压器油分解出大量的可燃气体，引起气体继电器保护装置动作，断路器跳闸，发出相应的信号和指令。此时变压器油箱内部由于热惯性，压力继续增大，超过压力释放阀和压力控制器设定值时，则开启排油阀将变压器顶部的油迅速排掉，降低变压器油箱油位，减轻油箱本体油压，防止变压器爆炸；断流阀在流量增大时关闭，将储油柜和箱体内的油断开，油压的变化使氮气控制阀动作，氮气以恒压从变压器底部两侧多个管孔吹入，搅拌冷却变压器箱体内的油，同时充满排油后留下的空间，隔绝空气，使油温降至燃点以下，而迅速灭火，全部充氮时间大约在十分钟以上，可使变压器油充分冷却，防止复燃[2]。

排油注氮技术最早应用于美国的油罐区，1989年我国引进了法国的 SERGI公司生产的变压器排油注氮装置，国内一些厂家也先后对该技术进行了国产化并取得了一定成效。但国内的排油注氮式变压器灭火装置大多采用重锤机构控制氮气的注入，基本过程为：当变压器发生火灾，需要注入氮气时，重锤下面的机械轴依靠电磁收缩，使得氮气控制阀的重锤落下，氮瓶内的氮气从变压器底部两侧多孔管吹入，使变压器箱体内的油翻腾，促使上部油温迅速下降。其重锤控制部分如图2圆圈部分所示。

图2 传统排油注氮式变压器灭火装置的重锤机构

长期以来，排油注氮式灭火装置一直采用此结构，但实际应用表明此装置存在严重缺陷：

1）这种配合机构有很大危险性，如长期的震动，容易使紧固部分松懈，而造成误动。

2）由于长期受力，使元器件容易变形，而造成误动。

3）由于重锤的连接杆控制里面的排油阀，连接杆因震动或生锈都极易造成位置变形，从而使排油阀里面的配合出现间隙而漏油。

4）重锤的连接部分，也会由于变形、生锈和连接松懈等造成拒动。

5）由于震动和变形，会影响重锤控制的蝶阀的密封性。

2 LCH-1A型排油-注氮式变压器灭火装置

鉴于此，LCH-1A型排油-注氮式变压器灭火装置在传统排油注氮式变压器灭火装置的基础上，去掉了传统的电磁机构和重锤连动的操作机构，改用了全新的机电一体的操纵机构，即在排油注氮的关键环节中分别采用特制电磁阀进行控制。该机电一体的操纵机构有效避免了传统排油注氮式变压器灭火装置由于电磁机构拉杆轨道的腐蚀等而造成重锤的卡死，致使装置出现拒动、误动的产品缺陷；同时还有效避免了传统排油注氮式变压器灭火装置动作后无法继续使用，必须更换装置本身部分元器件的缺陷，大大降低了产品的维护、保养等费用，使用寿命大大延长。改进后的装置具体特点如下：

1）抗震性好，由于锁销部分卡住了控制杆，震动不会对其造成影响。

2）不会变形，因为控制部分受力很小，所以不会产生变形。

3）密封性好，不影响密封间隙。

4）不会腐蚀，因为控制机构是密封浸泡在变压器油内，所以不会受空气影响而生锈腐蚀。

5）在断电情况下，可以自动打开电磁阀排油。

图3 LCH-1A型灭火装置示意图

总之， LCH-1A型排油注氮灭火装置因采用全新的机电一体的操纵机构，具有造价低，运行管理简单、维护方便、结构紧凑，易于安装、受水源等地理环境限制，不会冻冰，阻塞等特点；有效解决了我国华北、西北、东北等三北地区，因水资源缺乏而形成的“以水定所”的被动局面。

该装置已通过国家鉴定，并在各地广泛推广使用。

3 结论

排油注氮式变压器灭火装置作为一种新技术其工作全过程无需人的介入，即从火灾发生、氮自动进入变压器到火的熄火都是自动完成的。该装置在火灾时能自动将变压器油枕与本体的油隔开，由于灭火是从变压器箱体内部开始的，所以灭火速度快、损失小，且灭火后充氮仍然留在油箱内，能够保证油不会重燃，且不会对变压器产生损坏或留下隐患。由于整个装置是密封的，所以不存在防锈、杂物、藻菌、防冻等问题，使其应用越来越广泛[3]。LCH-1A型排油-注氮式变压器灭火装置的电磁阀机构，结构简单、可靠，克服了重锤机构的缺陷，不会发生误动和拒动，而且密封性好，是变压器排油注氮式灭火装置的发展趋势。

[1]张虎南.室内外油浸电力变压器固定式灭火系统的选择[J].消防技术与产品信息, 2009(4):33-35.

[2]方海平.排油注氮装置在变电所变压器消防中的应用[J].广西电业,2006,8(77):80-82.

[3]靳自兵.排油充氮灭火装置在电力变压器防火保护中的应用探讨[J].火灾科学,2006, 3(6):67-68.