变压器排油注氮灭火装置改造技术方案

满凯凯

(国网滨州供电公司， 山东 滨州 256000)

0 引言

在电力变换传输过程中，油浸式电力变压器担负着非常重要角色。变压器油箱内部存储着具有绝缘性能的变压器油。而变压器油本身为易燃性物质，存在发生火灾的危险。当遇到短路、内部绝缘损坏等故障时，会引起电弧的发生。当变压器油长期在电弧作用下达到燃点，会导致大量可燃性气体产生，同时在变压器本体内伴随着温度升高和压力聚增。当内部超压达到极限时，变压器油箱破裂，导致氧气进入，造成无法估计的损失。变压器排油注氮灭火装置相对于水喷淋灭火系统具有适应复杂工作环境、装置成本低、安装方便、维护量小等优点，在电力系统中得到了广泛的应用[1]。

1 传统排油注氮灭火装置存在问题

目前，滨州电网已运行的220 kV变压器装有排油注氮灭火装置的约占80%。本文依据近几年来排油注氮灭火装置检修运行维护经验，结合文献[1-3]，总结了排油注氮灭火装置在运行过程中存在的实际问题：

(1)控制回路简单，易引起误动作。

(2)处于自动状态时，同时接收到瓦斯继电器、断路器、火灾探测器、压力释放阀四个启动信号作为条件，排油注氮装置才能动作。缺少任何一个信号，排油注氮装置不能动作，因此装置只有灭火功能，不具备“以防为主，防消结合”的功能。

(3)因连接杆长期受到重锤重力与外部环境的震动，易造成排油阀出现渗漏油现象。

(4)火灾探测器采用单支并联形式，当其中任何一支动作，装置就会启动，如果某一支损坏，易引发装置误动作。

2 排油注氮灭火系统改造方案

针对装置存在的问题，根据《变压器固定自动灭火系统完善化改造原则》，对已配置的固定灭火系统，结合现场实际情况进行改造，逐步完善排油注氮灭火装置的动作逻辑、传感器部分、控制部分、监控与信号部分。变压器排油注氮灭火装置改造后应同时具备自动、手动启动和远程启动灭火装置功能[4]。

2.1 动作逻辑

排油注氮灭火装置满足防爆、灭火两种启动方式，如图1所示。

(1)防爆启动=重瓦斯信号+三侧开关分位+油箱超压信号。

(2)灭火启动=重瓦斯信号+三侧开关分位+至少2个独立回路的火灾探测器信号。

图1 排油注氮动作逻辑图

2.2 传感器部分

2.2.1 火灾探测器

两个独立回路的火灾探测器应采用易熔合金型或玻璃泡型探头，如图2所示。

(a)易熔合金型 (b)玻璃泡型图2 火灾探测器

火灾探测器布置：火灾探测装置布置为两个独立回路,如图3所示。在变压器本体箱盖上重点部位布置两路相对独立的6个以上的火灾探测器(探测范围覆盖变压器油箱顶面)，两路火灾探测器分别交叉并接采集动作信号，以提高灭火启动可靠性和灵敏性。

2.2.2 瓦斯继电器

瓦斯继电器采用具有联动功能的双浮球型式，如图4所示。安装于变压器本体和储油柜之间。

图3 火灾探测器布置示意 图4 双浮球型瓦斯继电器

2.3 控制部分

2.3.1 排油注氮启动装置

排油注氮启动装置为电磁阀式，如图5所示。排油注氮启动功率应大于220 V×5 A(DC)；注氮阀动作线圈功率应大于220 V×6 A(DC)。得到注氮灭火动作信号后，排油阀的阀头动作，带动与阀头相连阀板动作，实现排油。排油阀应无渗漏，排油阀从接收到启动信号至完全开启的时间应不大于3 s。消防柜接收到消防控制柜发出的启动信号后启动排油阀排油，延时2～20 s后再打开氮气释放阀向变压器油箱内注入氮气。

图5 电磁阀式排油注氮启动装置

2.3.2 机械联锁阀门

注氮阀与排油阀间应设有机械联锁阀门，如图6所示。排油阀未动作，注氮阀误动作时，氮气不会进入变压器[5]。只有当排油阀动作后，注氮阀动作，氮气才能进入变压器，提高设备的安全性。

图6 机械连锁图

2.3.3 断流阀

断流阀安装在储油柜和油箱之间的管路上，箭头由储油柜指向变压器本体，投运时手柄指示在“运行”状态，用于隔断储油柜供油，如图7所示。断流阀关闭流速为0.3～0.5 m/s(90～150 L/min)。

图7 瓦斯继电器及断流阀布置

2.4 监测与信号部分

2.4.1 漏油监测装置

漏油监测装置，用来检测消防柜内排油阀的密封性，如图8所示。安装于现场消防柜内排油阀的下端，当排油阀有漏油时，由收油盒把变压器油采集后流入集油盒，当集油盒内油量达至浮球开关动作油面后，浮球开关动作，发出漏油报警信号。

图8 漏油监测装置图

2.4.2 机械排气组件

注氮管路设置能够排出泄漏氮气的低泄高封阀，防止氮气泄漏进入变压器本体导致轻瓦斯频繁动作，如图9所示。正常状态下，上端排气孔直接与空气相通，有气体渗漏时，可以直接排于空气中，防止气体积压进入变压器内部，引起瓦斯继电器动作。排油注氮时，高气压使上端排气孔动作堵死，不会在低泄高封阀上排出气体。低泄高封阀动作压力在0.1～0.15 MPa。

图9 机械排气组件

氮气瓶组应具有压力监视表，如图10所示，压力应不低于7 MPa，减压阀设定压力为0.5～0.8 MPa，氮气瓶组压力低于7 MPa时，能将氮气瓶欠压信号上传给消防控制柜。

图10 氮气瓶压力监视表

2.4.3 信号上传

接入变电站监控系统的信号应该包括：系统电源的工作状态、系统的启动信息、阀门(排油阀、氮气释放阀、断流阀等)位置状态、检修锁定、装置异常(火灾探测器报警、气瓶压力报警、漏油报警)。

3 总结

随着变压器容量与电压等级逐渐提高，变压器的消防安全越来越受到供电企业的关注。传统的电力变压器排油注氮灭火装置控制系统因机械结构不合理、动作逻辑单一等问题，容易产生排油阀渗漏油、误动作。因此进一步完善排油注氮灭火装置的功能，改善装置的可靠性与稳定性，对整个电力系统发展起到举足轻重的作用[3]。