油浸式电力变压器排油注氮灭火系统的改进

闫海宁

【摘 要】本文对油浸式变压器排油注氮灭火系统的工作原理进行简单介绍，并就现阶段宁夏地区220kV及以上油浸式变压器灭火系统存在的几点问题进行简要分析，通过分析提出了现场改进措施及运行管理建议。

【关键词】油浸式变压器；排油注氮；灭火；系统

1.前言

在电力安全生产中，电力变压器作为主设备之一，一直发挥着其“心脏”的功能。随着宁夏地区经济的持续发展，高耗能生产用电负荷不断增大，变压器火灾隐患也随之增加。由于短路、过电压等引起的变压器内部电弧使油品电离并分解出多种可燃气体，并使油箱内压迅速升高，当此压力超过油箱所能承受极限时，油箱薄弱处就会破裂，导致氧气进入与可燃气体混合，一旦遇明火或一定能量的电火花即刻爆炸起火，造成重大火灾事故。

2. 变压器起火主要原因

由于油浸式变压器内部存有大量的可燃变压器油，线圈、引线也使用纸、面纱等作绝缘材料，铁芯绝缘则主要由木块、纸板作支架和衬垫，这些都是可燃材料，再加上设备制造和运行过程中的一些因素，以及以下几种情况难以彻底避免，其变压器起火和爆炸的危险性无法根除。因此，除了提高变压器制造质量及运行水平，减少火灾隐患外，同时还有必要加强和改进对变压器的保护，以防止或减少变压器火灾带来的损失和危害。

2.1线圈绝缘损坏造成短路，使线圈发热燃烧；

2.2内部导电连接处接触不良产生高温，在松动或断开时，产生电弧造成爆炸起火；

2.3高压套管损坏爆裂起火，套管发生漏水、渗油或长期积满油垢而闪络或套管绝缘层损坏、老化，绝缘击穿引起爆炸起火；

2.4变压器油老化变质引起内络击穿而造成爆炸着火事故。

3.现阶段宁夏地区使用的变压器灭火系统

3.1 变压器排油注氮灭火系统，应用于220kV、330kV变压器。

排油注氮灭火系统是九十年代由国外引进并在国内消化研制而成的一种专门针对油浸变压器和其它充油电气设备的灭火装置。系统主要包括火灾探测器、控流阀、消防柜（内设氮气瓶及相关附件）、电气控制柜、排油及充氮管路系统等。主要是通过采取立即切断油路，迅速排出热油，搅拌冷却油温，隔氧室熄灭火四种手段来达到消防灭火的目的。它具有准确、迅速、可靠等优点，宜于安装，土建工程小，不污染环境。适用于发电厂、变电站容量在5MVA以上的大型油浸电力变压器以及类似充电电力设备灭火消防。

排油注氮灭火系统的灭火原理是：当变压器因内部故障发生火灾，系统同时接到火灾探测器和瓦斯继电器动作信号后，排油重锤动作，立即打开快速排油阀，降低变压器油箱油位，减轻油箱本体油压，防止变压器爆炸；同时自动关闭控流阀，切断油枕向本体供油。经数秒，氮气从变压器底部充入本体，并充分搅拌，使油温降至燃点以下而迅速灭火。全部充氮时间在十分钟以上，可使变压器油充分冷却，防止复燃。整个系统结构简单，运行维护方便。系统的动作原理见图1。

3.2 变压器“SP”合成型泡沫喷淋灭火系统，应用于750kV变压器。

“SP”合成型泡沫喷淋灭火系统是近年来开发的一种新型灭火系统，其组成类似于高压细水雾（WATER MIST）灭火系统，主要由储液罐、氮瓶、电动阀、减压阀、安全阀、水雾喷头、压力表及管道等组成。该系统通过在水中添加一定比例的“ST”合成型阻燃灭火剂，在一定的压力下通过专用的水雾喷头，雾化后喷射到着火物体上进行灭火。“ST”合成型阻燃灭火剂是集灭A类火、B类火、C类火和阻燃等性能的多功能合成泡沫灭火剂，并具有良好的绝缘性能，稳定性好，具有生物降解性，对环境无污染。系统作用原理是结合水雾灭火和泡沫灭火的特点，借助水雾和泡沫的冷却、窒息、乳化和隔离等综合作用来达到迅速灭火的目的，对A、B、C类及带电火灾均有良好的灭火效果，且不易复燃。系统的启动方式是采用储存在钢瓶内的氮气作为动力源，直接驱动储液罐内的灭火剂混合液，经管道和水雾喷头喷出。

排油注氮灭火系统和“SP”合成型泡沫喷淋灭火系统作为新型灭火装置，均已通过国家有关消防部门的检验和认证，并且在国内变压器消防上有了相当数量的应用。宁夏系统从90年代中期开始在部分变电所220kV-330kV的主变上采用排油注氮灭火系统，并积累了一定的应用经验。2007至2010年，在750KV银川东、贺兰山、黄河变电站的设计中，在仔细研究、消化吸收相关技术并改进了联动系统后，经技术经济比较，陆续采用了“SP”合成型泡沫喷淋灭火系统方案，并得到了消防部门的审查批准，现已在三座750kV变电站中运行。

4.宁夏地区变电站220kV、330kV主变排油注氮灭火系统存在的几个问题及改进措施

现阶段，宁夏系统中220kV及330kV变压器排油注氮系统安装共计56台，未投入运行的40台，占71%，其主要未投入原因为灭火系统存在漏油、漏氮及误动等因素（表1）。

通过统计表1可将排油注氮灭火系统缺陷确定为以下几个方面：

缺陷一：火灾启动条件不符合标准

现有主变排油注氮灭火系统自动启动装置动作条件为：当“主变重瓦斯动作+火灾探测器”信号出现，装置自动开启排油阀进行排油，20秒后注氮31分钟。此条件不满足《宁夏电力公司油浸式变压器排油注氮装置运行规范（试行）》第二十五条要求，易出现灭火装置误动，造成变压器故障。

缺陷二：一体化排油阀存在问题，需改进

现安装于灭火箱内排油阀经常存在渗油问题，其一，重锤挂在排油蝶阀摆杆上，导致摆杆长期受力，引起排油蝶阀微量渗油，其二，电磁阀拉杆与排油蝶阀摆杆为斜面接触存在重锤脱落引起误排油；其三，如排油阀故障需检修，需将灭火箱排油连管与主变侧阀门关闭，将管内油排完，此连管较长，放出的变压器油在150公斤左右，不便于检修。

缺陷三：部分装置灭火箱老旧、密封垫老化、箱门卡涩，需检修；有些灭火箱内氮气瓶只有一瓶，需增加；另外氮气管路还在使用胶管，需更换为铜管，降低其漏氮几率。

缺陷四：装置油路、气路无报警装置，出现漏油、漏氮情况不能及时发现、处理，影响设备安全。

为加强变压器排油注氮灭火系统的安全性、可靠性，就以上存在问题提出改进措施。

4.1 排油注氮灭火系统控制回路改进前后分析

4.1.1 排油注氮灭火装置改进前控制回路

当变压器内部发生故障，油箱内部压力急剧增加，引起气体继电器跳闸触点动作，若变压器油起火时，探测器的感温元件熔断（熔断温度约145℃）触头接通，继电器线圈带电，不延时常开触点闭合，电磁机构动作。重锤把快速排油阀打开开始排油。在整定延时（20S）过后，延时常开触头接通，继电器线圈通电，常开触点闭合，开启阀把氮气瓶打开，氮气通过减压阀，注氮管路进入油箱底部，迫使油箱内部变压器油循环，油箱下部较低温度的油和顶层高温油混合，即可消除热油层，从而使表层油温降到燃点之下，油箱内部火焰自动熄灭。断流阀根据油的流量，自动关闭注油管路。

自动灭火、手动灭火时均采用气体继电器（瓦斯保护）及感温火灾探测器发出的信号作为启动方式。上述控制方式中排油继电器启动后将直接打开排油阀，在手动控制方式下，按下启动按钮将直接启动装置，该启动回路简洁，但启动条件单一，发生误动或拒动时无其它后备条件。

4.1.2 灭火装置改进后控制回路

修改主变充氮灭火方式控制回路，降低人为误碰、误操作以及自动方式下误启动，造成灭火装置误动的可能性，保证装置在主变正常运行时不误动，主变着火时不拒动。装置修改后的控制回路如图2。

改进后的回路中串入了主变三侧开关跳闸信号，形成了气体继电器KG跳闸，三侧断路器DL跳闸失电，K1触点动作，若变压器油起火时，探测器的感温元件熔断，K4触头接通，继电器K2线圈带电，电磁机构L动作。对于动作于排油阀和注氮阀的中间继电器（K1、K2、K3、K4），采用大功率中间继电器，动作电压应大于55%，小于70%额定直流电源电压，保证直流电源正常时可靠启动，同时避免直流系统接地引起继电器误动作，造成灭火装置误启动。

4.2重锤机构改进前后分析

4.2.1重锤机构改进前情况

前期灭火系统排油重锤挂在排油蝶阀摆杆上，导致摆杆长期受力，引起排油蝶阀微量渗油、电磁阀拉杆与排油蝶阀摆杆为斜面接触存在重锤脱落引起误排油不可靠因素的问题。

4.2.1重锤机构改进后情况

由排油电磁阀直接控制重锤（即重锤直接挂在电磁阀拉杆上），将拉杆斜面去掉，改斜面接触为直面（平面）接触，重锤与摆杆之间具有行程补偿功能。改进后既保证了在灭火装置正常运行时摆杆和排油蝶阀不受力，又防止了重锤的脱落，同时保持了灭火装置动作即电磁阀吸合时重锤迅速脱落的特性。从根本上消除了渗油和重锤脱落的不安全因素。

4.3油路、气路改进前后分析

4.3.1油路、气路改进前情况

排油阀摆杆长期受力，无法观测排油蝶阀是否渗油；注氮回路使用橡胶软管，存在管路老化漏气情况，且无法监测漏氮情况；排油阀上部油压区无监测油压装置。

4.3.2油路、气路改进后情况

排油阀下部增加了渗油报警装置和玻璃观察孔，在渗油后能及时发现并处理；注氮管路改为铜管，管路上增加漏氮报警装置和压力表，及时监测管路是否有渗漏，发现及时处理；油路增加超压报警装置和压力表；实现对灭火箱内油路和气路监测和远方报警。

5.排油注氮灭火系统改进后新功能实现

5.1自动运行：方式选择开关处在“自动”状态时，当主变事故着火瓦斯继电器、火灾探测器（多个探头均分为串联的两组）和变压器三侧断路器跳闸动作后，该装置自动启动，电磁阀动作，重锤下沉，排油蝶阀打开排油至地下的储油池，30秒后电爆管开启氮气瓶闭锁头打开氮气瓶，通过注氮管路将氮气减压后向主变油箱底部充氮，迫使油箱内变压器油搅拌，油箱下部较低温度的油与顶层高温油混合，消除热油层，使表层油温降到闪点以下，同时在油面上方形成惰性气体保护层隔绝空气中的氧气使火焰自动熄灭。如发生变压器三侧开关跳闸DL或气体继电器KG不动作或动作不到位时，按SB2紧急解锁按钮解锁后灭火装置才能动作。

5.2手动运行：方式选择开关处在“手动”状态时， “主变各侧断路器跳闸+重瓦斯动作+压力过高（装置内部压力检测元件）”或“主变各侧断路器跳闸+重瓦斯动作+火灾探测”信号出现时，应在确认变压器发生明显火灾后才能按下站内控制屏上“启动”确认按钮启动灭火，或对通过变电站SCADA系统电脑遥控在远方启动灭火程序；当运行人员首先发现变压器外部有明显火焰时，必须在确认该变压器重瓦斯动作信号出现及其各侧开关均已断开的情况下才能按下控制屏上“启动”确认按钮启动灭火程序（同时按下“SB2解锁按钮”和“SB3手动灭火按钮”启动灭火装置实施灭火）。

5.3机械应急启动：自动和手动运行失效或处于灭火箱附近的值班人员在确定发生火情的紧急情况下，应打开灭火箱，手动开启排油阀门，拉开氮气瓶闭锁头的拉环后拍击阀杆开启氮气进行机械应急启动灭火。

6.排油注氮灭火系统现场运行管理的几点建议

6.1变电站应收集并保存排油注氮灭火系统台帐信息、制造厂家说明书、图纸及出厂试验报告，现场调试报告、验收报告及历次检修报告。如灭火系统人更新、改造或报废，应及时更新设备台帐。

6.2应定期每天检查灭火控制屏上的“电源指示”和“系统投入”指示灯亮；每月应检查一次灭火箱内氮气压力，正常运行应为10～15MPa，小于10 MPa后应及时补充氮气；确认灭火装置正确处于选择的自动或手动状态。

6.3加热器交流电源应在冬季投运，自动加热器自动通断的温度范围为5-13℃，即外温低于5℃时加热器自动投入，即外温高于13℃时加热器自动断开。

6.4 当检修灭火装置或在屏内增加控制单元时，必须断开灭火装置控制电源，并销定排油阀摆杆，拆开电爆管连线，以免发生误动影响变压器正常运行。

6.5当灭火系统发生动作后或在投入运行后每间隔10年大修一次或结合主变大修周期，小修周期应结合主变检修周期进行。

7.结束语

排油注氮灭火系统至今在电力系统中投入运行的还是少数，最重要的原因还是对此辅助设备的可靠性的质疑，希望通过不断的改进，能进一步增强其功能和安全性能，使其今后真正广泛应用。

参考文献：

[1] 中国建设标准化协会：《油浸变压器排油注氮装置 技术规程 CECS 187：2005》

[2] 宁夏电力公司（宁电生技发【2011】5号）：《宁夏电力公司油浸式变压器排油注氮装置检修规范（试行）》及《宁夏电力公司油浸式变压器排油注氮装置运行规范（试行）》

[3] 宁夏电力公司（宁电生技发【2011】5号）：《关于印发油浸式变压器排油注氮装置完善化大修实施方案的通知》