主变压器BMH型排油注氮灭火系统改造方案及工程应用

梁 猛，邵 华，林 榕

（1.河北省电力勘测设计研究院，石家庄市，050031；2.河北省电力公司，石家庄市，050021）

0 引言

油浸变压器是发电厂和变电站的主要电力设备，变压器油是碳氢化合物，是可燃的绝缘液体，在使用油浸变压器时要采取消防防火措施[l]。目前主变压器的消防方式主要有4种：气体灭火系统、水喷雾消防系统、排油注氮消防系统以及合成泡沫消防系统。

目前，河北南部电网运行的125 MVA及以上主变压器采用排油注氮消防系统的约占60%、水喷雾消防系统约占38%，少数室内变电站使用合成泡沫消防系统，尚无使用气体灭火系统的变压器。其中排油注氮消防系统绝大部分为某公司BMH-1A型产品。目前BMH-1A型排油注氮灭火系统，无论是自动还是手动控制方式下其控制回路均存在启动条件单一、接线不合理等问题，容易引起装置误动。本文根据实际生产运行情况以及检修经验，介绍了BMH-1A型排油注氮消防系统的工作原理，分析了该装置误动的因素，提出了控制回路和机械机构的改造方法，并针对变电站实际情况提出了针对性的工程改造方案。

1 排油注氮灭火系统

排油注氮消防系统主要包括消防柜、电器控制单元、气体继电器、火焰探测器、氮气瓶、减压阀、氮气开启阀、充氮管路、排油管路、快速排油阀、断流阀（又称关闭阀）等[2]。排油注氮消防系统如图1所示。

气体继电器探测到变压器内部的可燃气体后，根据可燃气体的浓度，决定是发信号，还是跳开变压器各侧的断路器[3]。

当变压器发生火灾时，火焰探测器启动，当气体继电器与火焰探测器都启动时，快速排油阀开启，迅速放掉变压器内部的油。

断流阀在油枕向箱体补油的油流增大排放时关闭，其作用是隔离变压器油枕和箱体内的油，防止储油柜中的油浇到初燃的火上，加剧火势。

氮气开启阀是决定氮气储存与释放的装置，是决定是否向变压器充氮的关键部件，正常情况下，氮气和油压力基本相等。氮气开启阀开启方式有2种：

（1）开启阀开启条件满足，电路延时接通后引爆电雷管，开启阀快速打开，氮气进入变压器内。

（2）开启阀开启条件满足，电路延时接通后接通注氮机构电磁铁启动，注氮机构重锤下落，氮气通过减压阀进入变压器内[6]。

BMH-1A型排油注氮消防系统氮气开启阀使用第1种开启方式。

2 排油注氮灭火系统控制原理及问题分析

2.1 排油注氮灭火系统控制原理

排油注氮灭火系统控制原理如图2所示。图中云线部分为需要改造的回路。

当变压器发生火灾时，油箱内部压力急剧增加，引起气体继电器跳闸K1触点闭合；火焰探测器的感温元件熔断（熔断温度约145℃），K4触头接通，继电器K2线圈带电，不延时常开触点闭合，电磁机构启动。重锤把快速排油阀打开，开始排油。在K2整定延时20 s后，延时常开触头接通，K3继电器线圈通电，常开触点闭合，开启阀把氮气瓶打开，氮气通过减压阀和注氮管路进入油箱底部，迫使油箱内部变压器油循环，油箱下部较低温度的油和顶层高温油混合以消除热油层，从而使表层油温降到燃点之下，油箱内部火焰自动熄灭。

2.2 装置存在问题分析

（1）自动方式时采用气体继电器（瓦斯保护）及火焰探测器的信号作为启动方式[2]，有可能在变压器带电的情况下进行排油注氮，给电网稳定运行带来不良影响。

（2）在手动控制方式下，按下启动按钮将直接启动装置。该启动回路简洁，但是启动条件单一，无其他闭锁条件，容易造成误动。

（3）火焰探测器采用多只并联方式，任何1只探测器启动，同时气体继电器启动都会启动装置，当某1只探测器损坏时易引起装置误启动。

（4）在控制屏的组屏方案上，每面变压器消防控制屏安装3～4台控制单元，存在人为误操作的可能[6]。

（5）重锤是依靠自身落下来启动排油阀的装置，平时挂在排油阀摆杆上，导致摆杆长期受力，可能引起排油阀微量渗油；同时电磁阀拉杆与排油阀摆杆为斜面接触，存在重锤脱落引起误排油的可能。

3 排油注氮灭火系统改进方案

3.1 控制回路改进方案

针对装置存在的问题，对BMH-1A型排油注氮灭火系统控制回路进行改进，降低灭火装置误动的可能性，保证装置在主变正常运行时不误动，主变着火时不拒动。修改后的控制回路如图3所示，云线部分为改造后的回路。

改进后的控制回路具有下列特点：

（1）增加了主变三侧断路器位置作为启动条件，在火焰探测器信号、气体继电器信号、变压器三侧断路器在跳位三个条件同时具备后才能启动，确保气体继电器跳开主变三侧断路器后才启动灭火装置。

（2）设置手动紧急解锁按钮SB2，保证变压器故障着火而K1继电器未启动时，能人工手动可靠启动灭火装置。

（3）将火焰探测器分成2组，在变压器油箱顶部高、低压侧的火焰探测器均匀交叉分布为2组。每组由4个探测器并联组成，2组之间再串联，防止单个探测器故障误启动灭火装置。保证至少在2个以上探测器启动后灭火装置才可靠启动，同时避免任何探测器单一故障造成装置误动。改进后的探测器接线如图4所示。

（4）考虑无人值班变电站应能远方启动灭火装置[5]，在K1继电器的启动回路增加遥控启动方式。在自动方式下，当主变着火时，可远方遥控强制启动灭火装置。

（5）在排油阀电磁启动回路串接火焰探测器、瓦斯和断路器位置重动继电器（K4、K1）的常开接点，避免由于K2继电器误启动或误碰，造成灭火装置误启动。在注氮回路串接火焰探测器重动继电器（K4）的常开接点，避免K2继电器误启动后启动注氮回路，造成氮气泄漏。

（6）户外消防柜处具有机械应急启动功能，在控制回路失电时，可就地启动灭火装置。

（7）对于排油阀和氮气开启阀控制回路中的中间继电器（K1、K2、K3、K4），应采用大功率中间继电器，启动电压应大于55%且小于70%额定直流电源电压，保证直流电源正常时可靠启动，同时避免直流系统接地引起继电器误启动，造成灭火装置误启动。

（8）排油与注氮之间的延时时间由20 s增大到30 s，使人为判断和采取措施的时间更充分。

3.2 机械结构改进方案

（1）将电磁阀拉杆与排油阀摆杆之间的斜面接触改为嵌入式接触。重锤直接挂在电磁阀上，其受力点完全在电磁阀拉杆上，既保证了正常运行时摆杆和排油阀不受力，又防止了重锤的误脱落，同时保持了灭火装置启动即电磁阀吸合时重锤能够迅速脱落的特性。

（2）由于重锤和排油阀摆杆的连接点与电磁阀拉杆位于同一水平线时，随重锤下沉会自然形成对排油阀的扭动力矩。使重锤和排油阀摆杆的连接点与电磁阀拉杆位于同一垂直线上，摆杆与重锤通过销子连接，具有行程补偿功能，只有当其下落一段距离后才能带动摆杆受力，正常情况下重锤质量完全由电磁阀承担，摆杆不受力。

4 充氮灭火装置改造方案在工程中的应用

依据上述改造方案，对现运行的排油注氮消防系统进行改造。改造方案如下：

（1）采用主变保护三侧操作箱的TWJ串联，接入充氮灭火控制装置的启动回路。

（2）对于采用计算机监控系统的变电站，从主变测控屏取1路备用遥控接点，接入充氮灭火控制装置的启动回路。

（3）增加JZC3-40Z型中间继电器1只，现场卡轨安装；增加LAY39-22DF/R28型带灯闭锁按钮1只，现场开孔配线，增加标牌“紧急解锁按钮”。

（4）控制屏后按单元加装有机玻璃防护罩。

（5）对火焰探测器重新分为2组配线。

5 结语

随着电力系统的不断发展，变压器容量越来越大，电压等级不断提高，变压器的消防装置的作用显得更加重要。变压器排油注氮灭火系统在变压器防爆防火中发挥着越来越重要的作用，进一步完善排油注氮灭火系统的功能显得尤为重要，随着排油注氮灭火系统功能完善与可靠性的提高，必然在电力系统中发挥更大的作用。

[l]GB 50229—2006火力发电厂与变电所设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2006.

[2]天威集团.BMH-1A型排油注氮式变压器灭火装置使用说明书[M].保定：保定天威电器成套设备有限公司，2008.

[3]谢毓城.电力变压器手册[M].北京：机械工业出版社，2003.

[4]黄 兵，袁晓明.排油注氮技术在变压器防火系统中的应用[J].华东电力，2003，31（9）：55-56.

[5]刘汝义，杜世铃.发电厂与变电所消防设计使用手册[M].北京：中国计划出版社，1999.

[6]高常发，裘永卫，张胜利.排油注氮式灭火装置的应用与发展[J].变压器，2006，43（6）：22-25.

[7]GB 50116—98火灾自动报警系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，1998.

[8]汪文超.关于油浸变压器消防措施的探讨[J].能源与环境，2004（4）：59-62.