油浸式變壓器的微機型排油注氮滅火控制系統設計

張立 陳振勇 李黨召 許垚

（1.國網甘肅省電力公司天水供電公司 甘肅省天水市 741000 2.國網甘肅省電力公司 甘肅省蘭州市 730030）（3.許繼電氣股份有限公司 河南省許昌市 461000）

1 引言

變壓器是供電和變電環節中最貴重的設備之一，對變壓器內部故障導致的變壓器起火、爆炸等惡性事故，使用排油注氮式滅火控制系統是最有用的處理方法。本文研究的微機型排油注氮滅火控制系統，是保障電力系統變壓器平穩運作的主要設備[1]。

然而現有的主變排油注氮滅火控制系統為大量電磁式繼電器組合來實現邏輯判斷及出口動作功能，由于電磁式繼電器生產廠家眾多、品控管理難度高，且抗干擾能力較弱，已出現多起因繼電器故障導致誤動作事件，造成變壓器故障跳閘。因此，如何提高主變排油注氮滅火控制系統的性能，是維護電網安全運作的重要構成部分。

本文研究的微處理機型主變排油注氮滅火控制系統在整體性能和箱體布局上有很大程度的改進。由于技術的發展，其性能并未因為結構的減小而減弱，反而隨著科學的發展而有了進一步的增強，其通訊效用還可以與變電后臺監控系統相互之間完成訊息的交互。微機型產品由于其優良的制作環境及做工，可以運用于多種繁雜的電氣運作情況下。此外由于平常狀況下系統多處于休眠狀況，極大得增長了多個部件的使用年限。這些特性使整個系統增長了穩定性，提升了系統中各個部件的功能。

2 微機型排油注氮系統簡介

本文所提出的微機型排油注氮滅火控制系統是由變壓器瓦斯信號、火災探測部分，變壓器排油注氮控制裝備，斷流閥，排油注氮管道等構成。該微機型系統具有對變壓器是否發生火災進行實時探測的功能，通過自動或手動兩種方式實現對排油閥開關控制[3]，將儲油柜與油箱之間的油路徹底封堵。然后，該微機型系統將氮氣釋放閥打開，向變壓器內不斷的充入氮氣，從而實現排油注氮滅火的功效。系統結構如圖1所示。

2.1 微機型排油注氮滅火控制系統原理

該系統中，當變壓器遇到上述絕緣、高低能放電等故障時，針對變壓器內油溫急劇升高同時產生大量可燃性氣體，迅速使氣體繼電器動作，此時斷路器立刻跳閘[4]。同時收到火災探測器報警信號（氣壓、溫度等）和瓦斯報警信號之后，一方面立即自動或者手動啟動消防，然后排油閥迅速打開，把變壓器油箱頂部的熱油快速排出，從而釋放油箱內壓力并降低油位，有效制止熱油的溢出；另一方面將控流閥關閉，有效把油枕補油通道切斷，避免火上加油。變壓器油排出后，從油箱底部將氮氣充入油箱內部，充分使其內部上下層高、低溫度油進行融合，使油溫迅速降至閃點（135℃-150℃）和燃點（165℃-190℃）以下；同時注入箱內的氮氣可將箱內剩余的油與氧氣隔離，從而使得明火快速熄滅。為有效降低變壓器溫度和防止明火復燃，須持續向油箱內注入氮氣，從而實現消防滅火[3]。

2.2 微機型排油注氮滅火控制系統各模塊功能簡介

排油注氮滅火裝置：可以主動探查勘測變壓器失火信息，可主動或被動運行，命令排油閥完成排油泄壓，同時斷流閥可以很好的遏止儲油柜至變壓器油箱的油道，并支配氮氣開釋向變壓器流入氮氣。該產品由控制機柜、消防機柜、斷流閥、火災探查監測儀和排油注氮管道等構成。

消防控制機柜：用來采集氣體監測儀、火警探測儀等告警信息，驅動消防機柜內對應的元件產生變位信息，體現滅火設備的工作狀況并輸出告警信號的電氣設備柜。

消防機柜：用來儲存氮氣并決定氮氣釋放、排油、泄壓的施行設備。一般由具備氮氣儲存、釋壓、調控，油氣阻隔、排放等功能的元件所構成。

斷流閥：通常處在開放狀況，當變壓器著火的時候，可以主動阻止儲油柜的油匯入變壓器油箱。

火災探測裝置：安裝在變壓器頂部，用來探查監測火災并發出火警信號。

排油注氮管路：連接在微機型排油注氮滅火設備與變壓器之間，實現排油與注氮功能的管道。

排油閥：裝配在排油回路中實現排油泄壓的快速開放型閥門。

排油連接閥：開放和關閉排油注氮滅火設備的閥門。用法蘭把它裝設在變壓器油箱上部分的排油管上。

注氮閥（氮氣釋放閥）：收到控制機柜的開啟信息后啟動開釋氮氣的閥門。

注氮連接閥：開放和阻隔微機型排油注氮滅火設備的閥門。用法蘭把它裝設在油箱下部分的注氮通道上。

檢修閥：安裝于排油注氮滅火設備排油管道的閥門，關閉后設備處于檢修狀態。

波紋管：用于排油管路，實現管道位移和尺寸補償的彈性波紋構件。

排氣組件：常規運行狀態下，用來排出泄露的氮氣，以防泄露的氮氣誤入油箱的組件。

油氣隔離裝置：用來阻隔變壓器油與氮氣的密閉性設備。與氮氣傳輸方向相同為油氣阻隔元件的正方向；反之稱為油氣隔離裝置的反向。

3 系統微機化部分介紹

隨著電力行業的快速發展，微機型排油注氮控制系統在變電站消防領域逐步實現推廣與應用。本文采用控制裝置微機化的思路，在成熟的微電子技術支撐下，以微機型變壓器非電量保護裝置為參考，結合目前排油注氮滅火裝置的典型二次邏輯，開發出一套性能可靠、自動化水平高的微機型主變排油注氮滅火裝置，該產品可對傳統電磁式/PLC 繼電器組合而成主變排油注氮滅火控制產品進行整體替換，在提高穩定性和可靠性的同時，增加裝置事故自檢、異常信息自動上傳、遠方操作等功能。

3.1 系統微機化部分各模塊功能簡介

微機控制裝置的硬件主要包括以下三個部分：

（1）模擬量輸入系統：包括電壓形成、模擬濾波、采樣保持、多路轉換以及模數轉換，可以將模擬輸入量準確地轉換為所需的數字量[5]。

（2）CPU 主系統：包括微處理器、只讀存儲器、可擦存儲器、隨機存儲器及定時器等。微處理器執行存放在電子存儲器的程序，對原始數據進行分析處理，以完成程序所規定的任務。

（3）開關量輸入/輸出系統：由多路并列適配器、光隔元件及有接電的微型繼電器構成，以實現多路出口動作、信號告警、外部信息輸入及人機對話等功能。

3.2 系統微機化部分關鍵技術介紹

該系統微機化部分主要采用了開入“三取二”技術和雙電源切換技術，針對老舊變電站現場的實際情況，聯系電力系統可靠性的要求，從而實現不發生誤動作等情況，從而有效的規避因設備損壞、誤操作、誤動作等導致的電力系統故障的產生。

3.2.1 開入“三取二”技術介紹

為充分提高變壓器非電量信號采集的靈敏性、選擇性和高可靠型，避免變壓器火災的發生，在本文所研究的微機型排油注氮滅火控制系統中，將重瓦斯信號、油箱超壓信號、火災監測信號、三側跳閘信號、檢修閥關閉信號、排油閉鎖信號、注氮閉鎖信號均使用“三取二”的方式進行[6]。即當三個信號開入有任意兩個以上開入有開入信號時該開入有效，如圖2所示。

為滿足電力系統可靠性要求，本文研究的微機型排油注氮滅火控制系統中排油注氮控制裝置硬件設計采用雙重抗干擾措施，在光電隔離的基礎上加裝開入量功率啟動回路，只有功率大于5W 的開入才能使開入光隔導通；軟件設計使用“三取二”邏輯，只有三個信號中同時存在兩個以上時才判斷該開入有效，保證開入的準確性，減少拒動誤動可能。“三取二”信號控制方式降低了因單一接點故障而導致的裝置誤動，從而提高電力系統運行可靠性。

3.2.2 雙電源切換技術

該控制系統通過將繼電器線圈引出至外部端子并額外配置電源，從而實現本回路繼電器可直接控制電磁鐵的功能。該系統可以實現一旦排油注氮裝置失效，排油注氮功能依舊可正常執行。在該系統中采用了一種雙路電源自動切換電路，該電路可用于切換第一輸入電源和第二輸入電源，實現對系統的可靠高效供電。

如圖3所示，假設第一路電源可正常使用，則第二路電源不向系統供電，僅做為備用電源。KM1 得電時，其主觸頭閉合且常閉輔助觸點斷開，KM2 不得電且其主觸頭斷開，負載由第一路電源供電。當第一路供電電源失電后，則KM1 主觸頭斷開，其常閉輔助觸點閉合。此時第二路電源則開始向系統供電，KM2 得時，其主觸頭閉合且常閉輔助觸點斷開；若KM1 供電恢復，KM1 線圈仍不能得電。

圖1：系統結構圖

圖2：“三取二”邏輯框圖

圖3：雙電源切換技術邏輯框圖

4 結語

本文設計的微機型排油注氮滅火控制設備，一方面能夠實現對變壓器火災的自動監測，通過主動（或被動）方式處理排油閥的啟停，實現排油減壓；另一方面封堵儲油柜和油箱之間的通道，通過對氮氣開釋閥的約束，不斷的將氮氣充入變壓器內，從而起到高效滅火的作用。該系統進一步提升了變電站的自動化水平，降低誤動跳閘事故的發生，降低變電設備運維檢修人力物力成本，具有可觀的經濟效益。其通信功能還可以與變電站后臺監控系統進行信息交流，實現遠方監控功能，大幅降低運維人員巡視操作的勞動強度，提升了工作效率。滿足國網公司對微機型排油注氮控制系統規范化管理的需求。成果成功應用后，可以逐步推廣到國網公司運維檢修技改項目中，具有廣闊的應用前景和較高轉化應用價值。