KTH型智能變壓器排油注氮滅火裝置

張 峰，李加濤，尹海勇

（1.萊蕪供電公司，山東 萊蕪 271100；2.萊蕪科泰電力科技有限公司，山東 萊蕪 271100）

1 變壓器消防設備的運行狀況

油浸式電力變壓器是電站和變電站中最重要的設備之一。變壓器本體內含有大量的易燃性物質，在一些突發狀況變壓器著火時，會將火噴至附近的設備，容易造成變壓器本體以及附近物品的損壞，所以在電站和變電站中需要特別注意對變壓器的保護。

隨著電力系統對消防設備更加重視，越來越多的電力公司將變壓器消防設備投到實時運行，因此對消防設備的安全性要求也越來越高。

對于室外大型變壓器來說，消防產品有水噴霧、水噴淋、“SP”合成泡沫噴霧滅火、排油注氮滅火裝置，對于室內變壓器來說，還有二氧化碳、七氟丙烷（FM200）、惰性氣體（IG541）和氣溶膠等滅火裝置。

水噴霧滅火系統是室外大型變壓器常用的消防措施，技術比較成熟，但是其系統復雜，需設置專門的消防給水系統設施，日常維護量較大；“SP”合成型泡沫噴霧滅火裝置兼具泡沫滅火和水噴霧滅火的優點，是兩種滅火系統的優化整合，系統設備簡單，智能化程度高，造價較水噴霧有較大的下降，使用于缺水地區，主要使用在室外變電所，尤其是一個站有多臺主變，比較實用，也比較經濟；排油注氮滅火裝置，其系統結構簡單，運行維護方便，造價低廉，特別適合于缺水或寒冷地帶使用。

幾種室外變壓器滅火裝置的技術經濟性能比較如表1所示。

從表1的對比中看到，只要把排油注氮滅火裝置的安全性能提高上去，減少甚至杜絕誤報，將會節約大量資金，并且后期的管理工作量會比較小，管理運行費用比較低，所以還是有必要推廣排油注氮滅火裝置，從近年來變壓器消防設備的投入來看，排油注氮滅火系統越來越得到用戶的認可，公安部也制定了標準GA835-2009《油浸變壓器排油注氮滅火裝置》，也說明該產品在技術上已經很成熟，可以推廣使用。

2 變壓器排油注氮滅火裝置工作原理

當智能控制裝置 （具有高速數據處理能力的PLC）同時接收到火災探測器和重瓦斯雙重報警信號后，智能控制裝置立即將驅動排油閥打開，將變壓器本體內上層高溫、易燃燒的油迅速排除，快速釋放變壓器本體內的壓力，降低油位防止燃油溢出，同時智能控制裝置通過執行單元將油枕內的油通過安裝在其下部的斷流閥進行截止，切斷自上而下的油路從而防止“火上澆油”的現象，排油閥開啟并延時一段時間后，控制裝置驅動充氮閥開啟，氮氣瓶內的氮氣經過減壓裝置減壓后注入變壓器本體內，自底部高速注入的氮氣能快速的攪動、翻滾變壓器本體內的油，將變壓器底部溫度較低的油與上層溫度較高的油進行充分混合，從而降低變壓器本體內油的溫度，使之降低到油的閃點以下，同時氮氣覆蓋油面，降低氧氣濃度以至隔絕氧氣，使變壓器本體內油面的明火在60 s內迅速熄滅。之后氮氣被連續注入油箱至少30 min以上，使變壓器充分冷卻，防止復燃，工作原理如圖1所示。

表1 幾種室外變壓器滅火裝置技術經濟性能比較

圖1 工作原理圖

3 變壓器排油注氮滅火裝置現狀

我國自1989年從法國引進排油注氮變壓器滅火裝置后，經過20多年的消化吸收，該產品已經趨于成熟，行業也出臺了行業標準，因此足以見證該產品在國內市場已經有了比較廣泛的應用，可以推廣使用，現在越來越多的變壓器采用變壓器排油注氮滅火裝置作為消防產品，尤其對于一些偏遠、相對缺水、溫度較低，利用水噴霧系統滅火保護變壓器設備存在很大困難，而排油注氮滅火裝置為解決上述問題提供了很大的方便。

隨著電力系統對消防設備的重視，越來越多的電力公司將變壓器消防設備投入實時運行，變壓器排油注氮滅火裝置也是如此，越來越多的電力公司要求將設備投入實時運行狀態。一般是主變上的排油口閥、注氮口閥打開，氮氣瓶打開，排油機構、注氮機構的機械鎖定解除，設備投入 “手動運行”狀態。

隨著變壓器排油充氮滅火裝置的投入運行，一些問題隨之反映出來，主要問題是氣路密封性能不好，經過長時間待機運行會引發氮壓低報警，有的一年甚至半年就得充一次氣，使得變電運行人員的工作量增大，這是現有設備本身采用元器件存在的問題。消防設備的實時運行也促進各個生產廠家，想方設法去解決這些問題。

4 變壓器排油注氮滅火裝置技術改進及運行

4.1 裝置改進

為提高產品的性能及安全，開發了低泄安全閥，保證慢性滲漏氣體不會滲入變壓器內部，從而解決有損變壓器油質的一大隱患，從最初的機械式氮氣釋放閥到電動氮氣釋放閥，從繼電器控制到PLC智能控制等，都在很大程度上提高了設備的安全性能。

啟動瓶使用6L的氮氣瓶，使用直流閥用電磁鐵刺破瓶頭閥膜片開啟瓶頭閥，電磁鐵電壓直流220 V，行程7 mm，牽引力45 N。啟動瓶內充裝壓力≧6 MPa、≦8 MPa，使用電接點壓力表實時監測瓶內壓力，壓力低于3 MPa時上傳壓力低報警。

氮氣瓶瓶頭閥的工作原理：使用壓力差來推動活塞進行密封，壓力為瓶內的氮氣產生的壓力，密封性能大增。其次是潛在滲漏點減少，僅存在瓶頭閥與氮瓶接口處的滲漏點。原先是直接將減壓器接在氮氣瓶上，如果實時投運，就存在氮氣瓶閥與氮氣瓶接口處、高壓軟管與氮氣瓶接口處、減壓器與高壓軟管接口處、氮氣減壓器高壓表處以及氮氣減壓器本身泄露等泄漏點，密封比較困難。

在瓶頭閥上做一特殊閥門，在閥門上安裝電接點壓力表，將可以實時的監測瓶內壓力。氣源使用啟動瓶開啟，有效解決了氣源密封問題，使設備更安全、可靠，減少維護工時和維修費用。

4.2 改進后運行狀況

改進后，高壓氮氣只存于啟動瓶內，在電磁閥動作前，所有的氮氣源氮氣都只存在于氮氣瓶中，輸送氮氣的高壓軟管中并無氮氣，從而基本上杜絕氮氣源從管道泄漏的問題。萊蕪科泰電力科技有限公司會同泰安供電公司一起對產品進行了改進，并取得了國家專利，目前在泰安供電公司的翟鎮、南流泉、山口、彭集等變電站，聊城供電公司的龐莊變、濟南供電公司的商河變和百脈泉變，使用后效果良好，沒有出現氮氣泄漏問題，得到使用單位的認可。

5 GSM短信報警及通訊

設備的使用者和維護者在完成設備的檢測后，在設備的運行階段一般不會24 h在原地值班，萬一變壓器出現起火問題的時候，變壓器充氮滅火裝置能及時的處理這些突發情況，但是設備的智能化程度畢竟有限，僅靠設備處理問題，有時候有一定的局限性，如何能快速的告知維護人員，通知維護人員及時到達現場，也可以對現場的狀況做出更準確的判斷。

為完成設備故障時的及時告知功能，采用公用GSM網絡，目前我國已經建立覆蓋全國的GSM網絡，借助公用網絡可以大大節約構建無線通訊的成本，另外GSM網絡具有運行穩定、連接簡單、費用低廉和覆蓋面廣的特點。開發的故障遠程告知功能，是采用點對點的短信方式，這樣事故發生時，設備在處理問題的同時還會把發生故障的信息傳遞到維護者的手機中，及時提示設備維護人員到達現場。在實際操作中，把短信告知功能做成可以選擇配備的通用的模塊，這樣就方便不同用戶的要求，也方便對一些老站充氮滅火裝置的改造。

具有短信告知功能的充氮滅火裝置功能框圖如圖2所示。

圖2 具有短信告知功能的充氮滅火裝置功能框圖

故障告知功能的特點：

1）采用高性能的法國優質GSM模塊，支持雙頻GSM網絡。

2）具有4個有線常開接點和4個有線常閉接點做為GSM短信報警器的8路報警輸入端口（6路報警輸入端口的為6個有線常開接點），可連接各種有線探測器。

3）當充氮滅火裝置發生報警信息時，會同時向6個項目責任人手機發送短信報警信息。

4）不同的接點對應不同的警情，不同的警情對應不同的短信，短信內容和手機號碼用GSM短信報警器配置軟件在電腦上編輯。

5）GSM短信報警器具有電話號碼過濾器和安全密碼功能，應用此功能項目責任人手機號碼可通過手機短信改寫。

6）發完短信后馬上給6個項目責任人打電話。

裝置設置了通訊功能，可以和變電站計算機監控系統以RS485通信接口，通信協議為ModeBus進行通信，通信地址和頻率都可以自己設定，上傳信息可以自己設定。

6 結語

KTH型變壓器充氮滅火裝置，在以往變壓器充氮滅火裝置的基礎上，又進行技術攻關，使產品的實用性能得到的很大提高，可在充油變壓器上推廣使用。

［1］CECS187:2005油浸變壓器排油注氮裝置.

［2］GA835-2009油浸變壓器排油注氮滅火裝置.

［3］GBJ16-87建筑設計防火規范.

［4］GB50229-96火力發電廠與變電所設計防火規范.