油浸變壓器防爆防火方案設計

［摘 要］文章分析了油浸變壓器的著火原因及應對措施，提出了一種基于新型泄壓技術的防范油浸變壓器爆炸、火災的有效措施，可以防止油浸變壓器著火、燃燒甚至爆炸，為油浸變壓器的安全生產提供理論依據和參考。

［關鍵詞］油浸變壓器；著火；對策措施

［中圖分類號］TM411 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）05–0035–03

1 油浸變壓器的著火原因

（1）短路故障。當變壓器內部繞組或絕緣出現短路，大量電流會在短路處產生局部高溫，引發(fā)著火。

（2）過載。長時間的過載工作會導致變壓器內部溫度升高，油和絕緣材料可能受損，從而造成著火。

（3）輕微故障。變壓器可能存在輕微的故障，例如接觸不良、絕緣老化等，這些問題可能引起局部高溫，最終導致著火。

（4）油泄漏。變壓器油是易燃易爆的，當發(fā)生油泄漏時，油可能遇到火源而引發(fā)著火。

（5）設備老化。長期運行后，變壓器內部設備可能老化，絕緣性能下降，容易引起著火。

（6）外界因素。雷擊、外部火源、意外事故等外界因素，也可能導致變壓器著火。

2 油浸變壓器防火措施

（1）當變壓器上層油層溫度大于或等于85℃時，應立即降低變壓器的負載。如果溫度繼續(xù)升高，說明變壓器內部有問題，需關掉電源進行檢測。

（2）安裝繼電器保護設備，并定期進行試驗以保證設備在任何時候都是敏感的。

（3）強化對變壓器的操作和維護工作，如做好清潔工作，對通風效果進行測量，并定期進行絕緣試驗。

（4）變壓器的設計安裝要符合國家標準。變壓器安裝在一、二級耐火建筑時，通風良好。當變壓器安裝于室內時，應設置防油裝置，或設置于戶外。當油量大于600 kg 時，應設置1 層鵝卵石層。2 個變壓器間的儲油槽必須設置不能相通的防火隔離墻。

3 新型變壓器防爆防火保護系統設計

3.1 變壓器新型防爆防火保護設計原則

（1）防爆設計。采用防爆技術，確保變壓器在運行過程中不會因為內部故障或外部原因引發(fā)爆炸。防爆設計包括使用爆炸抑制材料和阻隔結構，避免爆炸產生的火焰和高溫蔓延到外部環(huán)境。同時，加強變壓器的局部通風，降低內部溫度，減少爆炸發(fā)生的可能性。

（2）防火設計。在變壓器的設計中考慮防火措施，包括使用防火材料和采取防火隔離措施，確保變壓器內部的油和絕緣材料不會因為故障或異常情況而燃燒，從而避免火災發(fā)生。

（3）環(huán)境監(jiān)測與報警。安裝環(huán)境監(jiān)測設備，實時監(jiān)測變壓器的溫度、濕度、油位等參數。當監(jiān)測數據異常時，能夠及時發(fā)出報警信號，以便采取應急措施，防止事故擴大。

3.2 設計方案

防爆泄壓系統的主要泄壓裝置（閥膜組合泄壓防爆裝置）如圖1 所示，包括彈簧泄壓機構和膜片泄壓裝置兩部分。

3.3 系統原理

3.3.1 防爆泄壓原理

在變壓器內部壓力達到某一臨界值后，彈簧壓力釋放通道打開，釋放壓力，隨后很快恢復正常。當電弧發(fā)生故障時，會在變壓器內形成一種高速動態(tài)壓力。當彈簧機構轉速不足，動作緩慢時，膜片會被擊穿，數毫秒之內，將形成一條高速泄壓通道，使變壓器內壓力迅速降低。

3.3.2 防火滅火原理

一旦控制系統接收到隔膜斷裂信號或火警信號，并且在控制系統接收到斷路器跳閘和任何電氣安全信號（重瓦斯、過電流、接地）的情況下，會立即發(fā)出啟動信號，打開氮氣泄壓閥，將高純度的N2 注入故障油腔，將O2和瓦斯排出，從而實現滅火的目的。

3.4 防爆系統功能設定

（1）爆炸抑制功能。新型防爆系統采用爆炸抑制技術，一旦變壓器內部發(fā)生異常情況或故障，系統能夠及時檢測并迅速抑制爆炸的產生，以防止火焰和高溫蔓延到外部環(huán)境。

（2）防護隔離功能。新型防爆系統在變壓器的設計中考慮了防火隔離措施，確保變壓器內部的油和絕緣材料不會因為故障或異常情況而燃燒。這樣可以防止火災發(fā)生，減少火勢蔓延的可能性。

（3）環(huán)境監(jiān)測功能。新型防爆系統配備了環(huán)境監(jiān)測設備，實時監(jiān)測變壓器的溫度、濕度、油位等參數。一旦監(jiān)測數據異常，系統能夠及時發(fā)出報警信號，以便采取應急措施，防止事故擴大。

（4）自動滅火功能。新型防爆系統在變壓器周圍設置了自動滅火設備，一旦發(fā)生火災，系統能夠及時啟動滅火裝置，迅速撲滅火源，防止火勢蔓延。

（5）安全間距和防護措施。新型防爆系統在變壓器與其他設備和建筑之間設置足夠的安全間距，防止因其他設備故障引發(fā)的火災蔓延到變壓器。同時，在變壓器周圍設置了防護措施，防止外來因素對變壓器的影響。

3.5 保護方案

將QPRD（防爆泄壓裝置）用于油浸式變壓器的防爆防火保護時，根據變壓器的結構型式不同，保護方案可以分為以下幾種。

（1）保護變壓器本體油箱、套管升高座及OLTC（有載調壓分接開關）。這個方案主要針對FB3型變壓器本體油箱、套管升高座及有載調壓分接開關，通過安裝QPRD 薄膜閥和高速泄壓裝置，以適應不同的壓力變化，確保變壓器長期安全穩(wěn)定運行。同時，能夠在極度危險的條件下快速泄壓，避免爆炸。

（2）保護變壓器本體油箱、OLTC。本方案適用于變壓器本體儲罐、有載調壓分接頭開關的安裝，采用QPRD 膜片式帶防爆降壓裝置，可適用于多種壓力變化。OLTC 防爆防火保護方案如圖2 所示。

（3）保護變壓器本體油箱。如圖3 所示，該方案僅用于變壓器本體油箱安裝QPRD 型隔膜閥組合防爆泄壓設備，可取代狀態(tài)減壓閥，并可實現快速泄壓和防爆。在此基礎上，提出了1 套氮氣噴射系統，將變壓器本體油箱、套管升高座、OLTC 引入N2 管道，當出現電弧失效時，可以在壓力釋放后注入高純度N2，將O2 隔絕，避免著火。

3.6 現場試驗

3.6.1 電弧故障下的防爆試驗

為了驗證防爆泄壓效果，研發(fā)組做了大量的內部電弧故障試驗。

2018 年6—7 月，對40 mA 變壓器的油箱進行了電弧失效和泄壓試驗。測試結果表明，防爆泄壓裝置符合設計要求，能夠有效防止內部電弧故障的擴散。

2021 年7 月，在實驗室的現場，再次對40 mA 變壓器的油箱進行了電弧失效和泄壓試驗。測試結果再次證明，QPRD 完全符合設計要求，具有良好的防爆泄壓效果。

綜合以上試驗結果，研發(fā)組對QPRD 的效果進行了充分驗證。這些試驗結果表明，新型的隔膜式減壓裝置在防止變壓器內部電弧故障擴散和保護變壓器安全方面表現出色。這對于保證電力系統的安全、穩(wěn)定運行有著十分重大的現實意義和實用價值。

3.6.2 滅火試驗

油箱內裝有10 t 的變壓器油，頂部有40% 的開孔，把變壓器油提前加熱到70℃，點燃，3 min 后，再次啟動N2滅火裝置，1 min 后，火焰熄滅。

4 結束語

文章綜合國家相關法律和電力技術，對室外油浸變壓器的防火問題進行了詳細論述。然而，在當前的安全保護技術中，包括變壓器減壓閥、氣體繼電器、水噴霧及泡沫噴霧等，仍存在不足。為了解決這些問題，研制出了一種新型的快速泄壓變壓器防爆消防安全裝置。這種新型裝置對于保障電力系統的安全、穩(wěn)定運行具有十分重要的現實意義和實用價值。通過改進防爆消防安全裝置，能夠更有效地應對變壓器的故障和火災風險，保障電力系統和周圍環(huán)境的安全。這樣的研究和技術創(chuàng)新對電力行業(yè)的發(fā)展和進步具有積極的促進作用。

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