排油注氮消防裝置在變電站中的設計與應用

  • 投稿Fan
  • 更新時間2016-04-26
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1.引言 
  油浸變壓器是發電廠和變電站的主要電力設備之一,在電力系統中發揮著“心臟”的功能,一旦發生故障,將導致整個區域內的電力網癱瘓。變壓器工作在高電壓、大電流狀態,隨著負荷的增加溫度會不斷升高,因此存在火災的危險因素。為了確保變電站的安全可靠性,國家有關標準規定大型變壓器必須配置排油注氮滅火裝置[1-2]。 
  主變壓器排油注氮滅火裝置是專門用于變壓器防護和滅火的一種新型裝置,彌補了當前水噴霧滅火系統及其他滅火系統不能預防火災的不足。裝置具有防爆、防火、滅火的功能,其特點是瞬間將要發生的災害隱患消除在萌芽狀態,一改傳統的被動滅火為主動滅火,完全或最大限度地保護了變壓器。 
  2.排油注氮裝置的組成及基本原理 
  2.1 排油注氮裝置的組成 
  排油注氮裝置主要由控制、斷流、排油、注氮4個系統構成。 
  控制系統是排油注氮裝置的神經中樞,由火災探測器和消防報警控制器組成。火災探測器分為感溫火災探測器、壓力探測器等,安裝在變壓器的不同部位,實現全方位、多技術探測火災。在變壓器發生事故時,探測器測到火災信號,并分別將報警信號送到消防報警控制器,確認變壓器火災事故,并啟動斷流系統、排油系統和注氮系統,確保變壓器的安全。 
  斷流系統主要是通過啟動斷流閥,自動切斷油枕到變壓器箱體的補油油路,杜絕高位油枕繼續補油,從而保護油枕,防止變壓器火災的蔓延。 
  排油系統由快速排油閥、排油機構、排油管路、排油視窗4部分組成。排油管路的上端接在變壓器端距油箱頂部約200mm的位置,管徑根據變壓器的容量確定。另一端下傾斜2°接到事故油池,方便排油。排油管路穿過現場消防柜,與其中的排油機構、排油閥和排油視窗相連。其中,通過排油視窗可觀測排油過程。 
  2.2 排油注氮裝置的基本原理 
  排油注氮裝置具有防火和防暴兩個功能,如圖1控制邏輯系統圖,當請求信號發出后,系統啟動運行: 
  1)在0.2秒內開啟快速排油閥將內部壓力釋放,以防止變壓器爆炸。同時關閉斷流閥,將油枕內的油與變壓器箱體隔離。同時,排油系統啟動,將箱體內的油排入事故油池,其排低至變壓器頂蓋下方15~20cm。 
  2)排油20秒后才開始注入氮氣,這樣可以防止體積膨脹導致燃燒的油溢出,氮氣注入會持續30分鐘以上,充分冷卻變壓器,可徹底撲滅火災,防止復燃[3-5]。 
  如上圖1所示,若只收到上述任何一個或單一信號而沒有另一個信號配合,則有關防爆防火系統不能啟動,但所出現的信號會于遠方的控制箱信號顯示。此外,亦可通過手動操作,隨時啟動滅火系統。 
  變壓器的壓力釋放閥和溫感火災探測器被連接到變壓器接線箱上。電纜直接從變壓器到控制室里的控制箱內,控制箱又連接到安裝在變壓器附近的消防柜。消防柜中裝有防爆防火裝置的主要機械部件。另外,防爆保護程序的啟動和氮氣注入之間的時間,由延時繼電器整定為3秒鐘(防爆防火啟動)或20秒(滅火啟動)。此繼電器安裝在壓力為15MPa方并可將氮氣瓶上的注氮閥打開,擊穿氮氣瓶頂上的防爆元件。 
  在發生事故前快速排油閥和氮氣釋放閥處于關閉狀態。排油注氮裝置對于變壓器初期火災滅火效率較高,但是一旦變壓器油由于箱體燒裂而流出,在變壓器外部燃燒時,該裝置將不能對其發揮作用。因此,設計時應在站區設置室外消火栓及手提式滅火器等設施,防止火災蔓延。 
  為了便于管道充油時管道內殘留氣體從排氣旋塞排出,排油管和注氮管伸向消防柜的水平管道應有2%的上升坡度,以防止殘留氣體進入變壓器油箱。同時,排油注氮消防系統一旦誤啟動會造成嚴重事故,所以需采用各種措施避免人為誤操作,防止裝置誤動作。 
  3.排油注氮技術與應用 
  變壓器有很大的火災危險性,并有發生爆炸的可能。變壓器因嚴重故障,瞬間產生大量高溫、高壓可燃氣體,使內部壓力超過變壓器殼體的承載力而造成殼體爆裂、變壓器噴油的現象。因此,排油注氮系統的技術發展和應用尤為重要[8-10]。 
  與其它滅火系統相比,排油充氮裝置對于撲滅變壓器火災具有實用范圍廣、動作可靠、及時造成的損失小、設備簡單、安裝方便、無冰結、無阻塞、無誤動、能連續自動檢測等優點;其滅火時間小于2min,試驗時滅火時間僅需22s,充氮時間大于30min,且費用較低。 
  目前排油充氮滅火在國際上已廣泛采用,僅法國的SERGI 公司的排油充氮裝置已在20多個國家5000多臺變壓器上安裝,中國現已逐步采用高性能的排油充氮滅火裝置替代水噴霧和CO2 氣體滅火裝置。已經在發電廠、110kV變電站、220kV變電站、500kV變電站等有了廣泛的應用。 
  4.結論 
  隨著科技與經濟的發展,電能需求不斷升級,主變壓器電壓等級越來越高,容量越來越大,作為電網心臟的主變壓器其安全可靠性顯得極為重要。主變排油注氮消防裝置在防止主變火災及內部重大故障起到快速及時防火防爆的保護作用,并有效降低事故損失,對于變壓器這種高價值設備成為必備保護裝置,本文對排油注氮消防裝置的分析大部分來自實際設計工作經驗,意在推進該保護裝置的朝更可靠、智能、高效的方向發展。 
  參考文獻 
  [1] 陳西庚,變壓器可采用注氮滅火裝置[J],新疆電力,2000,65(2):29-30. 
  [2] 劉汝義,杜世鈴.發電廠與變電所消防設計使用手冊 [M].北京:中國計劃出版社,1999. 
  [3] 靳自兵.排油注氮滅火裝置在電力變壓器防火保護中的應用和探討[J].火災科學. 2006,6:67-68. 
  [4] R Brady,G Perigaud,S Muller,et al.Application of a 3D computer simulation tool as a decision naking tool for optimizing transformer protection[C].IEEE Transactions on Power & Energy Society General Meeting,2009:1-8. 
  [5] 高鶴,周富強,李軍,鄒榮,朱本春.油浸變壓器排油注氮裝置在500kV變電站的設計與應用[J].工業安全與環保,2012,38(1):57-60. 
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