大型油浸式電力變壓器的火災分析與預防

大型油浸式電力變壓器的火災分析與預防

“經(jīng)濟必須發(fā)展，能源必須首先發(fā)展?！苯陙恚袊哪茉垂I(yè)取得了很大進步，但由于大流程發(fā)展，有效開展能源生產的消防安全任務十分緊迫。大型油浸式電力變壓器是發(fā)電廠和變電所的最主要設備，在整個輸變電系統(tǒng)中起到了承上啟下的重要作用，一旦發(fā)生事故將導致電網(wǎng)大范圍癱瘓。同時，由于其內部充有幾十、上百噸的絕緣油，在發(fā)生事故時，將分解出大量可燃性氣體，如果產生的可燃氣體數(shù)量和壓力達到或超過變壓器所能承受的臨界值，將從變壓器箱體的薄弱處噴出，造成火災甚至爆炸。因此，能否抑止和撲滅初期火災，其消防系統(tǒng)的合理配置和穩(wěn)定運行將起到至關重要的作用。1.變壓器充油量過大造成的熱沖擊大型油浸式電力變壓器主要由鐵芯、線圈、油箱、散熱器、絕緣套管、防爆管（安全氣道）、油壓表以及吸濕器等構件組成。其內部的絕緣襯墊和支架，大多使用紙板、棉紗、布、木料等可燃物；并有大量的起到絕緣、冷卻、散熱作用的絕緣油（40Mva容量的變壓器充油量約為20噸，120Mva容量的變壓器充油量約為40噸，800Mva容量的變壓器充油量約為120噸）。運行時正常的工作油溫一般在50—70℃，最高不超過95℃。因此，一旦箱體內發(fā)生短路、過載等故障，特別是當溫度達到400℃時，可燃的絕緣材料和絕緣油會受到高溫和強電弧的作用，開始輕微分解、膨脹以致氣化，分解出甲烷、乙炔和丙烷等飽和碳氫化合物；當溫度達到800℃時，會分解出乙烯、丙稀等不飽和碳氫化合物。如果變壓器內部硅鋼片的層間絕緣被破壞，使鐵芯局部過熱，溫度將超過800℃，這時變壓器油幾乎全部分解為氫、甲烷、乙炔。而且變壓器在高能放電的情況下可使局部溫度高達3000℃，在高溫下生成的可燃氣體使變壓器內部的壓力急劇增加。如果繼電保護裝置未能準確及時地動作，箱體內的溫度將急速上升，造成被氣化的變壓器油的體積也隨之急速膨脹，當達到箱體所能承受壓力的臨界值時，被氣化的變壓器油將從箱體的最薄弱處噴出，變壓器爆炸、燃燒。同時，燃燒的流淌油火又將進一步擴大火災的危害，導致大范圍電網(wǎng)的癱瘓，影響正常的生產生活，造成巨大的經(jīng)濟損失甚至人員傷亡事故。2.油浸式電力變壓器故障診斷(1）油浸變壓器的層間、匝間、相間、硅鋼片間、高低壓線圈之間及對地間發(fā)生短路事故時，將使溫度迅速升高，引起火災。(2）油箱、套管等構件因滲油、漏油在箱體外表面形成污垢，如遇明火將引起燃燒。(3）超負載運行，引起溫度升高，造成絕緣不良，如果此時保護系統(tǒng)整定值設置過大，會將變壓器燒毀。(4）大型油浸式電力變壓器大多還連接架空線路，而架空線易遭到雷擊，使變壓器被強電壓侵襲，擊穿變壓器的絕緣，甚至燒毀變壓器，引起火災。(5）鐵芯疊裝不良，芯片間絕緣老化，引起鐵損增加，造成變壓器過熱，如果此時保護系統(tǒng)不能穩(wěn)定啟動，就將燒毀變壓器。(6）由于螺栓松動、焊接不牢、分接開關接點損壞，線圈內部的接頭、線圈之間的連接點、引至高、低壓瓷套管的接點以及分接開關上各接點的接觸點不良，都會產生局部過熱，從而破壞線圈絕緣，發(fā)生短路或斷路故障?？傊?，為了防止大型油浸變壓器火災事故的發(fā)生，不僅要提升變壓器自身的電氣和機械性能，還應當配合適當?shù)南涝O備，這樣才能保障電力供應的安全穩(wěn)定。3.常用的滅火系統(tǒng)當前油浸式大型變壓器常見的滅火設施有水噴霧式滅火系統(tǒng)、排油注氮式滅火系統(tǒng)、二氧化碳式滅火系統(tǒng)、細水霧滅火系統(tǒng)、合成型泡沫噴霧滅火系統(tǒng)等，針對戶外、室內、地下、發(fā)電廠等不同的場合，應根據(jù)不同環(huán)境選擇最合適的系統(tǒng)。這里結合本人在實際工作中的一些情況談談本人的選型建議。3.1變壓器火災關閉由本人主責承辦消防審驗的福州市永泰縣青云220KV變電站的排油注氮滅火系統(tǒng)具有出色的防爆性能。變壓器內部故障時產生的高溫使變壓器油分解出大量的可燃氣體，使瓦斯繼電器動作，發(fā)出信號。當故障進一步發(fā)展，使變壓器著火時，安裝在變壓器上部的火災探測器也隨之動作，啟動閥門開啟裝置，打開放油閥，將變壓器內部的油迅速排放掉，預應力止回閥在油流短時迅速排放時關閉，將油枕的油和箱體內的油分開。放油閥打開使管路內油壓發(fā)生變化，使恒壓繼電器動作，氮瓶內的氮氣將從變壓器底部兩側多孔管吹入，在與變壓器箱體內的油接觸交換熱量后，促使上部油溫迅速下降。油排出后的箱體內空間充滿了氮氣，將著火的油面與空氣隔絕，使火災在短時間內熄滅。該系統(tǒng)已發(fā)展集成化，該集成化的低成本和出色的滅火性能必將使其在該領域獲得更加長足的發(fā)展。3.2儲罐明床由本人主責承辦消防審驗的福州市永泰縣嵩口110KV變電站合成型滅火體統(tǒng)改造工程，該系統(tǒng)是以表面活性劑和適量的添加劑為基料制成的泡沫滅火劑，具有穩(wěn)定性好、使用壽命長、抗燒時間長、環(huán)保、滅火性能高的特點。該系統(tǒng)將合成滅火劑和水按一定比例混合于儲罐中，當發(fā)生火災時，通過火災自動報警聯(lián)動控制或手動控制，啟動高壓氮氣動力源，利用高壓氮氣推動儲液罐內的滅火劑，經(jīng)過噴嘴霧化后，將其噴射到燃燒物上，借助水霧與泡沫液的冷卻、窒息、乳化、覆蓋、隔離等作用實現(xiàn)迅速高效地滅火。其造價低、體積小、滅火效率高等優(yōu)點將使該系統(tǒng)的應用進一步地發(fā)展。3.3空間全沒收、全未滅火該滅火系統(tǒng)適用于安放在室內使用的變壓器，該系統(tǒng)由噴頭、管網(wǎng)、鋼瓶、鋼瓶分盤、二氧化碳滅火劑組成，配合采用空間全淹沒方式滅火。其原理是在封閉的變壓器室內里的四周布置噴頭，通過管道與二氧化碳氣瓶相連接，當發(fā)生火災時，液態(tài)的二氧化碳從噴頭噴出并立即氣化，在氣化的過程中帶走大量的熱量，同時沖淡了燃燒區(qū)域的可燃氣體和空氣中的氧氣濃度，起到了迅速冷卻窒息滅火的作用。3.4滅火系統(tǒng)該系統(tǒng)是早期大型油浸式電力變壓器所采用的最主要的滅火系統(tǒng)，其原理是把高壓水通過變壓器周圍的噴嘴噴出形成霧狀水幕，利用水霧的沖擊、吸熱、窒息、覆蓋、乳化等作用，熄滅火焰，阻止火勢的蔓延。3.5系統(tǒng)環(huán)保設計該系統(tǒng)同水噴霧滅火系統(tǒng)的滅火機理相似，其滅火原理主要是冷卻、窒息、阻隔熱輻射，滅火效能高。由于該系統(tǒng)噴嘴口要比水噴霧系統(tǒng)的噴嘴口小，因此相同體積的水在該系統(tǒng)中獲得的體積膨脹率和水霧表面積比水噴霧系統(tǒng)要大得多，因此滅火效率也更高，同時系統(tǒng)不需要配備專門的消防水池，僅需要一個較小的消防水池或者水罐即可，大幅降低了投資成本，經(jīng)濟實用。該系統(tǒng)造價低、體積小、滅火效率高等優(yōu)點必將讓該滅火系統(tǒng)成為今后發(fā)展的主流趨勢。3.6細水霧式滅火系統(tǒng)針對戶外大型變壓器的消防設施建議采用水噴霧式或排油注氮式滅火系統(tǒng)。水噴霧式滅火系統(tǒng)可以利用其優(yōu)勢撲救和防止火災的蔓延的特點，排油注氮式滅火系統(tǒng)可以利用其出色的防爆性能來控制火災事故，而細水霧式滅火系統(tǒng)因水速與壓力成平方根關系增加，質量與滴徑以三次方關系減少，因而細水霧的水霧滴徑要比水噴霧的要小得多，沒有足夠的動能來沖擊燃燒物，如果是遇到大風的天氣時，細水霧將更不易于穿透沖擊火場，降低了滅火效果。3.7采用排油注氮、細水霧式、二氧化碳式滅火系統(tǒng)因為該場所的空間較為密封，且不易排水，所以建議采用排油注氮式、細水霧式或二氧化碳式滅火系統(tǒng)，不但可以提高滅火效率，而且由于設備較簡單，又不用配備水噴霧式滅火系統(tǒng)，使成本降低。3.8得導電率較低針對此類場所都有較為可靠的消防水源，且水質好，使得導電率較低。同時，由于該類場所的負荷率普遍較高，發(fā)生火災的概率也較高，因此，采用水噴霧式滅火系統(tǒng)，并配置可靠的雨淋系統(tǒng)，會有比較好的滅火效果。4.消防安全管理為確保大型油浸式電力變壓器的消防安全，預防、減少火災的危害，保障人身和財產安全，應認真貫徹執(zhí)行與消防安全相關的國家法規(guī)和行業(yè)標準，熟悉掌握變壓器具體的消防安全情況，定期組織專項防火檢查并落實火災隱患整改，及時處理涉及變壓器消防安全的