变压器排油注氮灭火装置的风险分析

郑永建

(国网四川省电力公司成都供电公司，四川 成都 610041)

0 引言

大型油浸式电力变压器是变电站的核心设备，其内部使用了大量的固体绝缘材料和变压器油，当其内部故障发生电弧闪络时，油受热分解产生的蒸汽可能形成火灾，造成重大损失。为防止变压器火灾事故以及尽可能降低事故损失，国家规定：“单台容量为125 MVA及以上的主变压器应设置水喷雾灭火系统、合成型泡沫喷雾系统或其他固定式灭火装置。”近年来，排油注氮灭火装置在电力系统中得到了广泛的应用。由于排油注氮灭火装置的管路与变压器本体直接相通，当其正常运行时，内部充满了变压器油；若此时排油注氮灭火装置非正常动作，将会排出变压器中的油，可能损坏变压器。

1 排油注氮灭火装置简介

1.1 装置的构成

排油注氮灭火装置通常由消防控制柜、消防柜、断流阀、感温火灾探测装置和排油管路、注氮管路及相关二次控制回路等组成。

1.2 装置的动作原理

排油注氮灭火装置可设置为自动和手动2种启动方式。当变压器内部发生故障时，油箱内部产生大量可燃气体，引起气体继电器动作，发出重瓦斯信号，断路器跳闸；同时会导致油温升高，使布置在变压器上的感温火灾探测器动作。如排油注氮灭火装置处于自动运行状态，则在接收到重瓦斯、感温火灾探测器、油箱超压及断路器跳闸动作信号后自动启动；如装置处于手动运行状态，则在观察到火灾后，按下控制柜上的“手动启动”按钮后立即启动。

装置启动后，首先将变压器油箱顶部部分热油排入油池，释放压力，以防止二次燃爆；同时断流阀动作切断油枕至油箱的补油回路，以防止火上浇油。排油一定时间(约3～20 s)后，将氮气注入油箱底部，产生类似“漩涡”的效果，强制热冷油混合，进行冷热交换，使油温降至燃点以下；同时大量氮气积聚于油的燃烧表面，稀释空气中的氧气并隔绝空气，以达到迅速灭火的目的。此后连续充氮10 m in以上，降低变压器油温，充分冷却油箱，以防止复燃。

2 排油注氮灭火装置运行和管理现状

2.1 运行现状

截至2014年9月底，某公司所辖电网共有220 kV变电站41座，其中有76台变压器加装了排油注氮灭火装置，占全部85台220 kV变压器总数的89.4 %。通过调查，发现排油注氮灭火装置的运行状态设定各有不同：有的将消防控制柜设置为手动启动状态，解除排油重锤机构、充氮重锤机构机械闭锁，并将其设置为运行状态；有的将消防控制柜设置为退出状态，且将排油重锤机构、充氮重锤机构机械锁定；没有一套排油注氮灭火装置将消防控制柜设定为自动运行状态。具体情况如表1所示。

表1 排油注氮灭火装置运行状况

此外，在建设变电站时，未将排油注氮灭火装置的启动操作回路接入监控系统，仅接入其动作信号，这导致变电站虽然实现了远程监视，但当事故发生时，因消防控制柜设置成手动启动，而无法在远方操作启动装置进行排油注氮灭火。

2.2 维护和检修现状

该公司将变压器排油注氮灭火装置按自动消防设施对待。根据“自动消防设施应当由具有相应资质的单位和人员定期进行维护、检测”的规定，由于该公司的检修分公司无消防设施的维护、检测资质，因此，将其外包给具有消防维护检修资质的其他单位开展日常维护和检修工作。

3 存在的安全风险

由该公司排油注氮灭火装置运行现状调查情况可知，该装置除了在变压器运行中的设置状态不统一，不便于运行管理外，还存在如下安全风险。

(1) 由于国家电网公司系统已基本完成变电站无人值班改造，通常情况下站端无人值守；因此在变压器运行中将消防控制柜设置成手动启动状态时，一旦发生变压器火灾事故，虽然调控人员可在远方进行监视，但由于未将排油注氮灭火装置的启动操作回路接入监控系统，且运维人员无法在短时间内到达变电站控制室手动启动装置，从而无法发挥该装置的灭火功能。

(2) 在变压器运行中将消防控制柜设置成退出状态，且将排油重锤机构和充氮重锤机构置于机械闭锁状态时，排油注氮灭火装置未投入运行。在这种状态下，一旦变压器发生火灾事故，需运行人员到就地消防柜解除充氮开启阀及排油重锤机构的机械闭锁后，才能在控制屏上启动排油注氮灭火装置。但为了缩小灭火气体输送距离和便于控制排油注氮，消防控制柜距变压器的距离不宜大于8 m，因此通常将消防控制柜设置在变压器油坑附近。当变压器发生火灾事故时，运维人员无法靠近消防柜去取下机械锁销，导致排油注氮灭火装置无法启动，可能造成火灾事故扩大。

由上述分析可知，当前条件下排油注氮灭火装置所设置的运行状态均存在事故发生时无法及时启动装置灭火的缺陷，会导致火灾事故扩大，存在较大的管理责任风险。

4 风险产生的原因分析

4.1 运行管理规程缺失

当前，国内有关变压器排油注氮灭火装置的规程有2个：

(1) 中国工程建设标准化协会颁布的CECS187—2005《油浸变压器排油注氮装置技术规程》，于2005-10-01开始施行；

(2) 中华人民共和国公安部消防局提出、全国消防标准化技术委员颁布的GA 835—2009《油浸变压器排油注氮灭火装置》，于2009-07-01开始施行。

这2个规程规范了产品的设计、制造、检测、施工、验收和维护，为保证产品的质量和应用起到了指导性作用。但这2个规程均未对装置的日常运行提出要求，而电力行业、电网企业也无标准对装置的运行作出明确的规定，使得排油注氮灭火装置运行管理无章可循。

4.2 规程、条例对检修周期规定不一致

CECS187—2005《油浸变压器排油注氮装置技术规程》要求每年(或配合变压器年检时)应对排油注氮灭火装置进行检查及模拟试验；《国家电网公司十八项电网重大反事故措施(修订版)》要求应结合例行试验检修，定期对排油注氮灭火装置进行维护和检查；有关地方消防条例明确要求自动灭火系统应每年进行1次全面检测。这些规程、条例对排油注氮灭火装置的维护、检查、试验周期的规定不一致。由于排油注氮灭火装置的全面检查、模拟试验涉及变压器跳闸回路，且该装置的维护、检测是由外委单位实施的；为保证试验安全，确需变压器停电，以防止试验中发生变压器跳闸事故。而按DL/T393—2010《输变电设备状态检修试验规程》中变压器停电例行试验周期为3～4.5年的规定，如果配合变压器年检时再对排油注氮灭火装置进行全面检查，则对装置维护、检测的周期又与地方消防条例相矛盾。

目前相关规定在排油注氮灭火装置检修周期上不一致，且在现实中又无法做到每年停电对变压器排油注氮灭火装置进行维护、检测，所以运行单位无法把握装置的工况；由于担心排油注氮灭火装置会在变压器运行中误动而引发事故，因此不敢将排油注氮灭火装置的排油、注氮重锤解除机械闭锁，而使排油注氮灭火装置未投入运行。

5 建议采取的措施

(1) 尽快制定电力行业对排油注氮灭火装置的运行、检修管理规定，统一其运行设置状态，规范其运行管理。

(2) 制定设计标准，在新建时将该装置的启动操作回路接入监控系统，并逐步安排对已投运的设备进行改造，以确保监控人员在远方发现变压器火灾事故时能及时手动启动排油注氮灭火装置。

(3) 与输变电设备状态检修工作结合，制定有针对性的检修规程，明确合理的检修周期，以提高设备的检修质量，保证排油注氮灭火装置正确动作。

6 结束语

排油注氮灭火装置在我国已有20多年的运行历史，随着其使用越来越广泛，该装置能否正确动作已成为影响大型变压器以及电网安全运行的一个重要因素。由于该装置直接与变压器本体相连，是一种很重要的变压器组件，有关协会宜尽早组织行业性讨论，论证将其纳入变压器组件管理的可行性，并在变压器的运行、检修规程中增加相应的规定，以规范管理，保证变压器的安全运行。

1 电力规划设计总院．DL5103—2012 35 kV～220 kV无人值班变电站设计规程[S].北京：中国计划出版社，2012．

2 刘元生．排油注氮装置重锤误动引发的主变压器事故分析[J]．四川电力技术，2012，35(6)：73-75.

3 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.