工廠變電站電力變壓器消防設施應用與探討

楊路漫

（江西銅業集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424 ）

1 引言

電力變壓器是變電站的核心設備，也是變電站的主要設備。在各種油斷路器逐步淘汰的今天更是變電站內主要的充油危險設備。因此電力變壓器的消防安全工作就是電力變電站消防安全工作的重點。不同的變電站，由于建造時間、占地面積、設備布局方式等不同，所遵循的規范和文件條文有所區別，因此在電力變壓器的防火防爆措施上有不同的體現，這些都是需要改正和改進的消防工作。

2 電力變壓器火災

油浸式電力變壓器內部充有大量的絕緣油，一旦在發生嚴重過載、短路等事故時，可燃的絕緣材料和易燃的絕緣油將分解出大量可燃氣體，這些氣體受到高溫和電弧作用分解燃燒并能進一步產生大量氣體，使變壓器內部壓力急劇增加。當產生的可燃氣體達到一定數量或壓力時，將會從變壓器箱體內的薄弱處噴射出來，形成火災更或是爆炸，并再進一步擴大火災產生的危害。因此合理配置電力變壓器的消防系統對變壓器的穩定運行和抑制變壓器火災將起到至關重要的作用。

2.1 電力變壓器的火災原因分析

運行中的電力變壓器發生火災爆炸的主要原因［1］：

（1）絕緣破壞，油質不達標、線圈老化、油量過少、鐵芯絕緣老化損壞等；

（2）導線接觸不良、螺栓松動、焊接不牢、分接開關觸頭損壞等；

（3）當變壓器發生短路時，變壓器將承受巨大的短路電流，倘若這個時侯保護系統又失靈或整定值過大不能正確及時地發生動作，那么這臺電力變壓器就可能面臨被燒毀的危險；

（4）接觸不良，變壓器負載端的三相電流或電壓不平衡時，變壓器的零線上就會出現一個零序電流，當這個電流達到一定值時，接地點的接地電阻也恰好過大，則接地點就會出現高溫，進而引燃可燃物；

（5）雷擊產生的過電壓，電力變壓器的電流大多由架空線引來，在運行過程或惡劣天氣很容易遭到雷電產生的過電壓侵襲，擊穿變壓器的絕緣材料，甚至燒毀變壓器，從而引起火災。

2.2 電力變壓器的危險性分析

大型油浸式電力變壓器主要由油箱、鐵芯、線圈、油枕、絕緣套管、分接開關和附件構成，附件主要有散熱器、呼吸器、壓力釋放閥、瓦斯繼電器、溫度計等。變壓器里面的結構主要由絕緣襯墊和絕緣支架支撐，一般多使用絕緣紙板、棉紗等可燃物［2］；同時，變壓器內部正常情況下充有有大量絕緣、冷卻作用的變壓器油。電力變壓器在運行工作時，內部的變壓器油溫度一般在50～70℃，上層油溫最高不得超過95℃。所以當電力變壓器油箱內部繞組發生短路、過負荷等故障時，尤其是變壓器內局部溫度達到400℃時，絕緣材料和變壓器油會在高溫和強電弧的作用下發生輕微分解，膨脹以致氣化，這個過程會產生出CH4、C2H6和C2H4和C2H2等易燃易爆的危險性氣體；因此不論是輕微發熱分解的呋喃系的醛糖物質還是高溫產生的乙烯、丙烯等不飽和碳氫化合物均是甲類火災危險性物質，極易引起爆炸。

變壓器內部的絕緣油在高溫和氣化的作用下，體積和壓力也急速增長，當達到箱體所能承受壓力的臨界值時，氣化的高溫變壓器油以及產生的甲類火災危險性氣體將從變壓器油箱的最薄弱處噴出并與外界空氣中的氧接觸后發生爆炸、燃燒。同時，燃燒的流淌油火又將進一步擴大火災范圍而引起相鄰設備著火，因此，合理的變壓器消防設計在變電站起著重要的作用。

表1 常見電力變壓器充油量［3］

3 電力變壓器的火災防范措施

3.1 設置合理的消防布局

在日常的生產和生活中，大型油浸式電力變壓器一般都安裝在室外，消防布局應滿足一定的防火間距，當室外變壓器的充油量達到2500kg 及以上時應滿足表2 規定的最小間距

表2 室外油浸變壓器之間的最小間距 m

需要注意的是，當室外變壓器的防火間距由于其他原因不能滿足上表規定的要求時，應設置高度高于變壓器油枕的防火墻，其長度不能小于變壓器的貯油池兩側各1m［4］。圖1 是某工廠110kV 2#變電站的主變壓器部分布局示意圖，該站1#、3#主變之間以及2#、4#主變之間的間距均不滿足表2規定的要求，因此在兩個主變之間設置一堵防火墻，防火墻長度大于主變貯油池兩側各1m，主變與事故油池的最小間距不小于5m。

圖1 某工廠110kV 2#變電站主變布置圖

當變電站總面積超過3000m2時，應設置環形消防車道，室內油浸電力變壓器總油量超過100kg時，應設置單獨的變壓器室，并應設置貯油或擋油設施。變壓器室的耐火等級不得低于二級，變壓器室之間，變壓器室與配電室之間應設置耐火極限不低于2.00h 的防火隔墻。

3.2 配置適當的消防滅火系統

根據不同的環境和使用要求，油浸式電力變壓器中有多種消防滅火系統可供選擇。目前，大型油浸式電力變壓器的消防滅火系統主要有：水噴霧滅火系統；排油注氮式滅火系統；二氧化碳式滅火系統；細水霧滅火系統；合成型泡沫噴霧滅火系統等，而室外電力變壓器一般比較適合配置細水霧滅火系統和合成型泡沫噴霧滅火系統。

3.2.1 水噴霧滅火系統

早期大型電力變壓器所采用的最主要的滅火系統［5］就是水噴霧滅火系統，高壓水通過布置在變壓器周圍的水噴霧噴嘴噴出霧狀水幕，利用水霧的窒息、覆蓋、沖擊、吸熱、乳化等滅火作用，使火焰熄滅，阻止變壓器火災的火勢蔓延。

3.2.2 細水霧滅火系統

細水霧滅火系統同時具備了氣體滅火系統和水噴霧滅火系統的優點［6］，它的滅火原理與水霧有密切關系，工作室，高壓水經過細水霧噴頭霧化成極小的水霧顆粒，起到表面冷卻、窒息、輻射熱阻隔和浸濕等滅火作用。在電力變壓器消防配置中，充分利用了細水霧的冷卻、窒息、輻射熱阻隔和電絕緣性等特點。由于細水霧系統對水的需求量相對較小，滅火效率好，應用相對廣泛，不僅在室外變壓器滅火配置中得到廣泛應用，還可以應用于室內變壓器的滅火配置。需要注意的是，變壓器配置細水霧滅火系統的噴頭與變壓器無絕緣帶電設備的最小距離應滿足規范要求，水霧保護范應滿足相關規范的規定。

3.2.3 合成型泡沫噴霧滅火系統

合成型泡沫噴霧滅火系統［7］是一種用添加了適量添加劑的表面活性劑為基料做成的泡沫滅火劑，優點有：滅火性能高，穩定性好、抗燃時間長、安全環保。可以靈活方便的應用于各種電氣滅火環境。

表3 噴頭與無絕緣帶電設備的最小距離 m

4 電力變壓器其它防火防爆措施

根據電力變壓器運行特性和可能發生的火災危險性，在變壓器的日常運行中還要遵守各種運行規定，防止變壓器運行過程中因事故或其他原因引起火災或爆炸事故［8］。

（1）嚴禁變壓器過負荷運行。長期過負荷運行變壓器會引起線圈和鐵芯過熱，加速絕緣老化，進而形成電力變壓器內部的匝間短路、相間短路和對地短路等，而這些都會加速變壓器油的分解。

（2）保持變壓器油的油質良好。變壓器油在儲存和運輸以及日常運行維護中，若油質量差或雜質、水份過多，會導致絕緣強度的降低。當絕緣強度降低到某個程度時，變壓器內部的絕緣就會被擊穿，進而產生內部電火花、電弧并出現危險溫度。因此運行中的變壓器一定要定期化驗油質，做好日常大修理工作并在大修時對變壓器油進行濾油或更換，以保持變壓器內部絕緣保持一個良好的狀態。

（3）防止變壓器內部硅鋼片絕緣老化損壞，倘若變壓器內部的鐵芯絕緣（也就是硅鋼片之間的絕緣）老化或夾緊螺栓套管損壞，變壓器內部的繞組和鐵芯上將會產生很大的渦流，引起鐵芯長期發熱集聚并將造成絕緣油及其他絕緣部件的老化和損壞。

（4）防止因檢修不慎導致對電力變壓器內部絕緣的損壞。變壓器檢修吊芯時，應著重保護變壓器內部的線圈和絕緣套管同時兼顧各個絕緣構件，使其不發生變形或因應力發生損壞。如果發現有擦破損傷，應當及時處理。

（5）保持電力變壓器保護正常，滿足各種故障的要求。當壓力超過瓦斯繼電器保護整定值，而瓦斯繼電器不能正確動作跳閘時，則會發生爆炸。

（6）防止雷擊等大氣現象對變壓器絕緣的損壞。電力變壓器的線路一般通過架空線相互連接，而架空線很容易遭受雷擊，這就使得變壓器時刻會暴露在雷電等大氣現象的威脅之下，當發生雷電時，雷電行波會通過電力線路擊穿變壓器絕緣而導致燒毀。雖然在電力線路中，我們有避雷線及避雷器的保護，但仍然不能完全避免雷電帶來的災害。并且避雷器在布置中應當尤其注意其接地線應與變壓器的低壓側中性點接在一起，在中性點不接地電力網中，避雷器的接地段應與變壓器油箱金屬外殼以及中性點的擊穿熔斷器接地端連在一起并可靠接地。

（7）為了保持保護裝置的準確可靠，必須定期對其進行檢查和試驗，嚴格執行電力運行的相關規范。

（8）對變壓器接地電阻進行限制。采用保護接零的低壓電力系統中，變壓器低壓側的中性點應當直接接地。當電力變壓器的三相負載不平衡時，零線上會出現零序電流。當零序電流過大而接觸電阻也較大時，接地點就會出現過高的溫度，引燃接地點周圍的可燃物質，因此相關規范規定：容量在100kVA 及以下的變壓器接地電阻應不大于10Ω。

（9）電力變壓器室應配備與之相適應的消防設施和設備。一般由二氧化碳或IG541 等構成的自動滅火系統配合感溫火災探測器等探測報警設備并配備相應的應急照明系統。整個變壓器消防設施和設備的所有電力和通訊線路可以采用礦物絕緣類不燃性電纜、耐高溫電纜、防火電纜或其他耐火電纜，以滿足電力變壓器的防火要求。

5 結語

電力變壓器的消防設施配置要符合相關規范文件、要講究科學合理，并兼具經濟型和靈活性，在實踐應用中，可以多種設施相互配合共同配置，來達到消除火災，消除隱患，降低損失的目的。日常的變壓器和變電站維護運行中應加大變壓器本身的各種自動保護的可靠性和靈敏性，多數失控的變壓器火災多是因變壓器本身的保護失效的情況下才發生的。另外為防范電力設備失控引起更大的損失，應加大對相關電力設備配套的消防設施的檢查并及時改正，將消防隱患降到最低。