油浸变压器防爆防火方案设计

［摘 要］文章分析了油浸变压器的着火原因及应对措施，提出了一种基于新型泄压技术的防范油浸变压器爆炸、火灾的有效措施，可以防止油浸变压器着火、燃烧甚至爆炸，为油浸变压器的安全生产提供理论依据和参考。

［关键词］油浸变压器；着火；对策措施

［中图分类号］TM411 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）05–0035–03

1 油浸变压器的着火原因

（1）短路故障。当变压器内部绕组或绝缘出现短路，大量电流会在短路处产生局部高温，引发着火。

（2）过载。长时间的过载工作会导致变压器内部温度升高，油和绝缘材料可能受损，从而造成着火。

（3）轻微故障。变压器可能存在轻微的故障，例如接触不良、绝缘老化等，这些问题可能引起局部高温，最终导致着火。

（4）油泄漏。变压器油是易燃易爆的，当发生油泄漏时，油可能遇到火源而引发着火。

（5）设备老化。长期运行后，变压器内部设备可能老化，绝缘性能下降，容易引起着火。

（6）外界因素。雷击、外部火源、意外事故等外界因素，也可能导致变压器着火。

2 油浸变压器防火措施

（1）当变压器上层油层温度大于或等于85℃时，应立即降低变压器的负载。如果温度继续升高，说明变压器内部有问题，需关掉电源进行检测。

（2）安装继电器保护设备，并定期进行试验以保证设备在任何时候都是敏感的。

（3）强化对变压器的操作和维护工作，如做好清洁工作，对通风效果进行测量，并定期进行绝缘试验。

（4）变压器的设计安装要符合国家标准。变压器安装在一、二级耐火建筑时，通风良好。当变压器安装于室内时，应设置防油装置，或设置于户外。当油量大于600 kg 时，应设置1 层鹅卵石层。2 个变压器间的储油槽必须设置不能相通的防火隔离墙。

3 新型变压器防爆防火保护系统设计

3.1 变压器新型防爆防火保护设计原则

（1）防爆设计。采用防爆技术，确保变压器在运行过程中不会因为内部故障或外部原因引发爆炸。防爆设计包括使用爆炸抑制材料和阻隔结构，避免爆炸产生的火焰和高温蔓延到外部环境。同时，加强变压器的局部通风，降低内部温度，减少爆炸发生的可能性。

（2）防火设计。在变压器的设计中考虑防火措施，包括使用防火材料和采取防火隔离措施，确保变压器内部的油和绝缘材料不会因为故障或异常情况而燃烧，从而避免火灾发生。

（3）环境监测与报警。安装环境监测设备，实时监测变压器的温度、湿度、油位等参数。当监测数据异常时，能够及时发出报警信号，以便采取应急措施，防止事故扩大。

3.2 设计方案

防爆泄压系统的主要泄压装置（阀膜组合泄压防爆装置）如图1 所示，包括弹簧泄压机构和膜片泄压装置两部分。

3.3 系统原理

3.3.1 防爆泄压原理

在变压器内部压力达到某一临界值后，弹簧压力释放通道打开，释放压力，随后很快恢复正常。当电弧发生故障时，会在变压器内形成一种高速动态压力。当弹簧机构转速不足，动作缓慢时，膜片会被击穿，数毫秒之内，将形成一条高速泄压通道，使变压器内压力迅速降低。

3.3.2 防火灭火原理

一旦控制系统接收到隔膜断裂信号或火警信号，并且在控制系统接收到断路器跳闸和任何电气安全信号（重瓦斯、过电流、接地）的情况下，会立即发出启动信号，打开氮气泄压阀，将高纯度的N2 注入故障油腔，将O2和瓦斯排出，从而实现灭火的目的。

3.4 防爆系统功能设定

（1）爆炸抑制功能。新型防爆系统采用爆炸抑制技术，一旦变压器内部发生异常情况或故障，系统能够及时检测并迅速抑制爆炸的产生，以防止火焰和高温蔓延到外部环境。

（2）防护隔离功能。新型防爆系统在变压器的设计中考虑了防火隔离措施，确保变压器内部的油和绝缘材料不会因为故障或异常情况而燃烧。这样可以防止火灾发生，减少火势蔓延的可能性。

（3）环境监测功能。新型防爆系统配备了环境监测设备，实时监测变压器的温度、湿度、油位等参数。一旦监测数据异常，系统能够及时发出报警信号，以便采取应急措施，防止事故扩大。

（4）自动灭火功能。新型防爆系统在变压器周围设置了自动灭火设备，一旦发生火灾，系统能够及时启动灭火装置，迅速扑灭火源，防止火势蔓延。

（5）安全间距和防护措施。新型防爆系统在变压器与其他设备和建筑之间设置足够的安全间距，防止因其他设备故障引发的火灾蔓延到变压器。同时，在变压器周围设置了防护措施，防止外来因素对变压器的影响。

3.5 保护方案

将QPRD（防爆泄压装置）用于油浸式变压器的防爆防火保护时，根据变压器的结构型式不同，保护方案可以分为以下几种。

（1）保护变压器本体油箱、套管升高座及OLTC（有载调压分接开关）。这个方案主要针对FB3型变压器本体油箱、套管升高座及有载调压分接开关，通过安装QPRD 薄膜阀和高速泄压装置，以适应不同的压力变化，确保变压器长期安全稳定运行。同时，能够在极度危险的条件下快速泄压，避免爆炸。

（2）保护变压器本体油箱、OLTC。本方案适用于变压器本体储罐、有载调压分接头开关的安装，采用QPRD 膜片式带防爆降压装置，可适用于多种压力变化。OLTC 防爆防火保护方案如图2 所示。

（3）保护变压器本体油箱。如图3 所示，该方案仅用于变压器本体油箱安装QPRD 型隔膜阀组合防爆泄压设备，可取代状态减压阀，并可实现快速泄压和防爆。在此基础上，提出了1 套氮气喷射系统，将变压器本体油箱、套管升高座、OLTC 引入N2 管道，当出现电弧失效时，可以在压力释放后注入高纯度N2，将O2 隔绝，避免着火。

3.6 现场试验

3.6.1 电弧故障下的防爆试验

为了验证防爆泄压效果，研发组做了大量的内部电弧故障试验。

2018 年6—7 月，对40 mA 变压器的油箱进行了电弧失效和泄压试验。测试结果表明，防爆泄压装置符合设计要求，能够有效防止内部电弧故障的扩散。

2021 年7 月，在实验室的现场，再次对40 mA 变压器的油箱进行了电弧失效和泄压试验。测试结果再次证明，QPRD 完全符合设计要求，具有良好的防爆泄压效果。

综合以上试验结果，研发组对QPRD 的效果进行了充分验证。这些试验结果表明，新型的隔膜式减压装置在防止变压器内部电弧故障扩散和保护变压器安全方面表现出色。这对于保证电力系统的安全、稳定运行有着十分重大的现实意义和实用价值。

3.6.2 灭火试验

油箱内装有10 t 的变压器油，顶部有40% 的开孔，把变压器油提前加热到70℃，点燃，3 min 后，再次启动N2灭火装置，1 min 后，火焰熄灭。

4 结束语

文章综合国家相关法律和电力技术，对室外油浸变压器的防火问题进行了详细论述。然而，在当前的安全保护技术中，包括变压器减压阀、气体继电器、水喷雾及泡沫喷雾等，仍存在不足。为了解决这些问题，研制出了一种新型的快速泄压变压器防爆消防安全装置。这种新型装置对于保障电力系统的安全、稳定运行具有十分重要的现实意义和实用价值。通过改进防爆消防安全装置，能够更有效地应对变压器的故障和火灾风险，保障电力系统和周围环境的安全。这样的研究和技术创新对电力行业的发展和进步具有积极的促进作用。

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