主變壓器BMH型排油注氮滅火系統改造方案及工程應用

梁 猛，邵 華，林 榕

（1.河北省電力勘測設計研究院，石家莊市，050031；2.河北省電力公司，石家莊市，050021）

0 引言

油浸變壓器是發電廠和變電站的主要電力設備，變壓器油是碳氫化合物，是可燃的絕緣液體，在使用油浸變壓器時要采取消防防火措施[l]。目前主變壓器的消防方式主要有4種：氣體滅火系統、水噴霧消防系統、排油注氮消防系統以及合成泡沫消防系統。

目前，河北南部電網運行的125 MVA及以上主變壓器采用排油注氮消防系統的約占60%、水噴霧消防系統約占38%，少數室內變電站使用合成泡沫消防系統，尚無使用氣體滅火系統的變壓器。其中排油注氮消防系統絕大部分為某公司BMH-1A型產品。目前BMH-1A型排油注氮滅火系統，無論是自動還是手動控制方式下其控制回路均存在啟動條件單一、接線不合理等問題，容易引起裝置誤動。本文根據實際生產運行情況以及檢修經驗，介紹了BMH-1A型排油注氮消防系統的工作原理，分析了該裝置誤動的因素，提出了控制回路和機械機構的改造方法，并針對變電站實際情況提出了針對性的工程改造方案。

1 排油注氮滅火系統

排油注氮消防系統主要包括消防柜、電器控制單元、氣體繼電器、火焰探測器、氮氣瓶、減壓閥、氮氣開啟閥、充氮管路、排油管路、快速排油閥、斷流閥（又稱關閉閥）等[2]。排油注氮消防系統如圖1所示。

氣體繼電器探測到變壓器內部的可燃氣體后，根據可燃氣體的濃度，決定是發信號，還是跳開變壓器各側的斷路器[3]。

當變壓器發生火災時，火焰探測器啟動，當氣體繼電器與火焰探測器都啟動時，快速排油閥開啟，迅速放掉變壓器內部的油。

斷流閥在油枕向箱體補油的油流增大排放時關閉，其作用是隔離變壓器油枕和箱體內的油，防止儲油柜中的油澆到初燃的火上，加劇火勢。

氮氣開啟閥是決定氮氣儲存與釋放的裝置，是決定是否向變壓器充氮的關鍵部件，正常情況下，氮氣和油壓力基本相等。氮氣開啟閥開啟方式有2種：

（1）開啟閥開啟條件滿足，電路延時接通后引爆電雷管，開啟閥快速打開，氮氣進入變壓器內。

（2）開啟閥開啟條件滿足，電路延時接通后接通注氮機構電磁鐵啟動，注氮機構重錘下落，氮氣通過減壓閥進入變壓器內[6]。

BMH-1A型排油注氮消防系統氮氣開啟閥使用第1種開啟方式。

2 排油注氮滅火系統控制原理及問題分析

2.1 排油注氮滅火系統控制原理

排油注氮滅火系統控制原理如圖2所示。圖中云線部分為需要改造的回路。

當變壓器發生火災時，油箱內部壓力急劇增加，引起氣體繼電器跳閘K1觸點閉合；火焰探測器的感溫元件熔斷（熔斷溫度約145℃），K4觸頭接通，繼電器K2線圈帶電，不延時常開觸點閉合，電磁機構啟動。重錘把快速排油閥打開，開始排油。在K2整定延時20 s后，延時常開觸頭接通，K3繼電器線圈通電，常開觸點閉合，開啟閥把氮氣瓶打開，氮氣通過減壓閥和注氮管路進入油箱底部，迫使油箱內部變壓器油循環，油箱下部較低溫度的油和頂層高溫油混合以消除熱油層，從而使表層油溫降到燃點之下，油箱內部火焰自動熄滅。

2.2 裝置存在問題分析

（1）自動方式時采用氣體繼電器（瓦斯保護）及火焰探測器的信號作為啟動方式[2]，有可能在變壓器帶電的情況下進行排油注氮，給電網穩定運行帶來不良影響。

（2）在手動控制方式下，按下啟動按鈕將直接啟動裝置。該啟動回路簡潔，但是啟動條件單一，無其他閉鎖條件，容易造成誤動。

（3）火焰探測器采用多只并聯方式，任何1只探測器啟動，同時氣體繼電器啟動都會啟動裝置，當某1只探測器損壞時易引起裝置誤啟動。

（4）在控制屏的組屏方案上，每面變壓器消防控制屏安裝3～4臺控制單元，存在人為誤操作的可能[6]。

（5）重錘是依靠自身落下來啟動排油閥的裝置，平時掛在排油閥擺桿上，導致擺桿長期受力，可能引起排油閥微量滲油；同時電磁閥拉桿與排油閥擺桿為斜面接觸，存在重錘脫落引起誤排油的可能。

3 排油注氮滅火系統改進方案

3.1 控制回路改進方案

針對裝置存在的問題，對BMH-1A型排油注氮滅火系統控制回路進行改進，降低滅火裝置誤動的可能性，保證裝置在主變正常運行時不誤動，主變著火時不拒動。修改后的控制回路如圖3所示，云線部分為改造后的回路。

改進后的控制回路具有下列特點：

（1）增加了主變三側斷路器位置作為啟動條件，在火焰探測器信號、氣體繼電器信號、變壓器三側斷路器在跳位三個條件同時具備后才能啟動，確保氣體繼電器跳開主變三側斷路器后才啟動滅火裝置。

（2）設置手動緊急解鎖按鈕SB2，保證變壓器故障著火而K1繼電器未啟動時，能人工手動可靠啟動滅火裝置。

（3）將火焰探測器分成2組，在變壓器油箱頂部高、低壓側的火焰探測器均勻交叉分布為2組。每組由4個探測器并聯組成，2組之間再串聯，防止單個探測器故障誤啟動滅火裝置。保證至少在2個以上探測器啟動后滅火裝置才可靠啟動，同時避免任何探測器單一故障造成裝置誤動。改進后的探測器接線如圖4所示。

（4）考慮無人值班變電站應能遠方啟動滅火裝置[5]，在K1繼電器的啟動回路增加遙控啟動方式。在自動方式下，當主變著火時，可遠方遙控強制啟動滅火裝置。

（5）在排油閥電磁啟動回路串接火焰探測器、瓦斯和斷路器位置重動繼電器（K4、K1）的常開接點，避免由于K2繼電器誤啟動或誤碰，造成滅火裝置誤啟動。在注氮回路串接火焰探測器重動繼電器（K4）的常開接點，避免K2繼電器誤啟動后啟動注氮回路，造成氮氣泄漏。

（6）戶外消防柜處具有機械應急啟動功能，在控制回路失電時，可就地啟動滅火裝置。

（7）對于排油閥和氮氣開啟閥控制回路中的中間繼電器（K1、K2、K3、K4），應采用大功率中間繼電器，啟動電壓應大于55%且小于70%額定直流電源電壓，保證直流電源正常時可靠啟動，同時避免直流系統接地引起繼電器誤啟動，造成滅火裝置誤啟動。

（8）排油與注氮之間的延時時間由20 s增大到30 s，使人為判斷和采取措施的時間更充分。

3.2 機械結構改進方案

（1）將電磁閥拉桿與排油閥擺桿之間的斜面接觸改為嵌入式接觸。重錘直接掛在電磁閥上，其受力點完全在電磁閥拉桿上，既保證了正常運行時擺桿和排油閥不受力，又防止了重錘的誤脫落，同時保持了滅火裝置啟動即電磁閥吸合時重錘能夠迅速脫落的特性。

（2）由于重錘和排油閥擺桿的連接點與電磁閥拉桿位于同一水平線時，隨重錘下沉會自然形成對排油閥的扭動力矩。使重錘和排油閥擺桿的連接點與電磁閥拉桿位于同一垂直線上，擺桿與重錘通過銷子連接，具有行程補償功能，只有當其下落一段距離后才能帶動擺桿受力，正常情況下重錘質量完全由電磁閥承擔，擺桿不受力。

4 充氮滅火裝置改造方案在工程中的應用

依據上述改造方案，對現運行的排油注氮消防系統進行改造。改造方案如下：

（1）采用主變保護三側操作箱的TWJ串聯，接入充氮滅火控制裝置的啟動回路。

（2）對于采用計算機監控系統的變電站，從主變測控屏取1路備用遙控接點，接入充氮滅火控制裝置的啟動回路。

（3）增加JZC3-40Z型中間繼電器1只，現場卡軌安裝；增加LAY39-22DF/R28型帶燈閉鎖按鈕1只，現場開孔配線，增加標牌“緊急解鎖按鈕”。

（4）控制屏后按單元加裝有機玻璃防護罩。

（5）對火焰探測器重新分為2組配線。

5 結語

隨著電力系統的不斷發展，變壓器容量越來越大，電壓等級不斷提高，變壓器的消防裝置的作用顯得更加重要。變壓器排油注氮滅火系統在變壓器防爆防火中發揮著越來越重要的作用，進一步完善排油注氮滅火系統的功能顯得尤為重要，隨著排油注氮滅火系統功能完善與可靠性的提高，必然在電力系統中發揮更大的作用。

[l]GB 50229—2006火力發電廠與變電所設計防火規范[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[2]天威集團.BMH-1A型排油注氮式變壓器滅火裝置使用說明書[M].保定：保定天威電器成套設備有限公司，2008.

[3]謝毓城.電力變壓器手冊[M].北京：機械工業出版社，2003.

[4]黃 兵，袁曉明.排油注氮技術在變壓器防火系統中的應用[J].華東電力，2003，31（9）：55-56.

[5]劉汝義，杜世鈴.發電廠與變電所消防設計使用手冊[M].北京：中國計劃出版社，1999.

[6]高常發，裘永衛，張勝利.排油注氮式滅火裝置的應用與發展[J].變壓器，2006，43（6）：22-25.

[7]GB 50116—98火災自動報警系統設計規范[S].北京：中國計劃出版社，1998.

[8]汪文超.關于油浸變壓器消防措施的探討[J].能源與環境，2004（4）：59-62.