新型排油注氮式變壓器滅火裝置的研究

陳俊紅 董琳杰 胡俊祥

（1. 河北農業大學機電工程學院，河北 保定 071001；2. 保定力成電氣有限公司，河北 保定 071051；3. 河北農業大學食品科技學院，河北 保定 071001）

在電力系統中大容量的變壓器多為油浸電力變壓器，在電力系統中發揮著“心臟”的功能。一旦發生故障，將導致整個區域內的電力網癱瘓。特別是其器身內充有幾十甚至上百噸的絕緣油，在變壓器短時或持續性故障時間里，將分解出甲烷、乙烷、氫等可燃性氣體，如果產生的可燃氣體數量或壓力超過變壓器的容許值時，將從變壓器器身的薄弱環節噴射出來而造成火災。因此，無論是設計單位還是運行單位都應重視油浸式電力變壓器的消防。

目前，油浸電力變壓器的消防系統有水噴霧滅火系統、氣體滅火系統、氣溶膠滅火系統、“SP”合成型泡沫噴淋滅火系統。GB50016-2006《建筑設計防火規范》規定：單臺容量在 40MVA及以上的廠礦企業油浸電力變壓器、單臺容量在 90MVA及以上的電廠油浸電力變壓器，或單臺容量在125MVA及以上的獨立變電所油浸電力變壓器應設置自動滅火系統，且宜采用水噴霧滅火系統。GB50045-1995（2005版）《高層民用建筑設計防火規范》規定：高層建筑內的可燃油油浸電力變壓器應設置除鹵代烷1211、1301以外的自動滅火系統，且宜設水噴霧或氣體滅火系統[1]。這些滅火系統都具有各自的優點，但它們均是當變壓器發生火災后才動作的滅火設施，做不到“預防為主”。而排油注氮式變壓器滅火裝置是一種以“預防為主、防消結合”的消防設施，具有經濟、有效、適用的特點。目前已成為替代其他滅火設施的重要手段。

1 排油注氮式變壓器滅火裝置

排油注氮式變壓器滅火裝置由滅火箱、控制箱、氮氣瓶、開啟閥、排油管路、注氮管路、快速排油閥、關閉閥、氣體繼電器和探測器等組成，其在變壓器上的安裝簡圖見圖1所示。

圖1 排油注氮式滅火裝置在變壓器上的安裝簡圖

排油注氮式變壓器滅火裝置防火防爆和滅火原理為：“快速排油、注氮滅火”即當變壓器發生故障，產生的高溫使油箱內部的變壓器油分解出大量的可燃氣體，引起氣體繼電器保護裝置動作，斷路器跳閘，發出相應的信號和指令。此時變壓器油箱內部由于熱慣性，壓力繼續增大，超過壓力釋放閥和壓力控制器設定值時，則開啟排油閥將變壓器頂部的油迅速排掉，降低變壓器油箱油位，減輕油箱本體油壓，防止變壓器爆炸；斷流閥在流量增大時關閉，將儲油柜和箱體內的油斷開，油壓的變化使氮氣控制閥動作，氮氣以恒壓從變壓器底部兩側多個管孔吹入，攪拌冷卻變壓器箱體內的油，同時充滿排油后留下的空間，隔絕空氣，使油溫降至燃點以下，而迅速滅火，全部充氮時間大約在十分鐘以上，可使變壓器油充分冷卻，防止復燃[2]。

排油注氮技術最早應用于美國的油罐區，1989年我國引進了法國的 SERGI公司生產的變壓器排油注氮裝置，國內一些廠家也先后對該技術進行了國產化并取得了一定成效。但國內的排油注氮式變壓器滅火裝置大多采用重錘機構控制氮氣的注入，基本過程為：當變壓器發生火災，需要注入氮氣時，重錘下面的機械軸依靠電磁收縮，使得氮氣控制閥的重錘落下，氮瓶內的氮氣從變壓器底部兩側多孔管吹入，使變壓器箱體內的油翻騰，促使上部油溫迅速下降。其重錘控制部分如圖2圓圈部分所示。

圖2 傳統排油注氮式變壓器滅火裝置的重錘機構

長期以來，排油注氮式滅火裝置一直采用此結構，但實際應用表明此裝置存在嚴重缺陷：

1）這種配合機構有很大危險性，如長期的震動，容易使緊固部分松懈，而造成誤動。

2）由于長期受力，使元器件容易變形，而造成誤動。

3）由于重錘的連接桿控制里面的排油閥，連接桿因震動或生銹都極易造成位置變形，從而使排油閥里面的配合出現間隙而漏油。

4）重錘的連接部分，也會由于變形、生銹和連接松懈等造成拒動。

5）由于震動和變形，會影響重錘控制的蝶閥的密封性。

2 LCH-1A型排油-注氮式變壓器滅火裝置

鑒于此，LCH-1A型排油-注氮式變壓器滅火裝置在傳統排油注氮式變壓器滅火裝置的基礎上，去掉了傳統的電磁機構和重錘連動的操作機構，改用了全新的機電一體的操縱機構，即在排油注氮的關鍵環節中分別采用特制電磁閥進行控制。該機電一體的操縱機構有效避免了傳統排油注氮式變壓器滅火裝置由于電磁機構拉桿軌道的腐蝕等而造成重錘的卡死，致使裝置出現拒動、誤動的產品缺陷；同時還有效避免了傳統排油注氮式變壓器滅火裝置動作后無法繼續使用，必須更換裝置本身部分元器件的缺陷，大大降低了產品的維護、保養等費用，使用壽命大大延長。改進后的裝置具體特點如下：

1）抗震性好，由于鎖銷部分卡住了控制桿，震動不會對其造成影響。

2）不會變形，因為控制部分受力很小，所以不會產生變形。

3）密封性好，不影響密封間隙。

4）不會腐蝕，因為控制機構是密封浸泡在變壓器油內，所以不會受空氣影響而生銹腐蝕。

5）在斷電情況下，可以自動打開電磁閥排油。

圖3 LCH-1A型滅火裝置示意圖

總之， LCH-1A型排油注氮滅火裝置因采用全新的機電一體的操縱機構，具有造價低，運行管理簡單、維護方便、結構緊湊，易于安裝、受水源等地理環境限制，不會凍冰，阻塞等特點；有效解決了我國華北、西北、東北等三北地區，因水資源缺乏而形成的“以水定所”的被動局面。

該裝置已通過國家鑒定，并在各地廣泛推廣使用。

3 結論

排油注氮式變壓器滅火裝置作為一種新技術其工作全過程無需人的介入，即從火災發生、氮自動進入變壓器到火的熄火都是自動完成的。該裝置在火災時能自動將變壓器油枕與本體的油隔開，由于滅火是從變壓器箱體內部開始的，所以滅火速度快、損失小，且滅火后充氮仍然留在油箱內，能夠保證油不會重燃，且不會對變壓器產生損壞或留下隱患。由于整個裝置是密封的，所以不存在防銹、雜物、藻菌、防凍等問題，使其應用越來越廣泛[3]。LCH-1A型排油-注氮式變壓器滅火裝置的電磁閥機構，結構簡單、可靠，克服了重錘機構的缺陷，不會發生誤動和拒動，而且密封性好，是變壓器排油注氮式滅火裝置的發展趨勢。

[1]張虎南.室內外油浸電力變壓器固定式滅火系統的選擇[J].消防技術與產品信息, 2009(4):33-35.

[2]方海平.排油注氮裝置在變電所變壓器消防中的應用[J].廣西電業,2006,8(77):80-82.

[3]靳自兵.排油充氮滅火裝置在電力變壓器防火保護中的應用探討[J].火災科學,2006, 3(6):67-68.