變壓器排油注氮滅火裝置的風險分析

鄭永建

(國網四川省電力公司成都供電公司，四川 成都 610041)

0 引言

大型油浸式電力變壓器是變電站的核心設備，其內部使用了大量的固體絕緣材料和變壓器油，當其內部故障發生電弧閃絡時，油受熱分解產生的蒸汽可能形成火災，造成重大損失。為防止變壓器火災事故以及盡可能降低事故損失，國家規定：“單臺容量為125 MVA及以上的主變壓器應設置水噴霧滅火系統、合成型泡沫噴霧系統或其他固定式滅火裝置。”近年來，排油注氮滅火裝置在電力系統中得到了廣泛的應用。由于排油注氮滅火裝置的管路與變壓器本體直接相通，當其正常運行時，內部充滿了變壓器油；若此時排油注氮滅火裝置非正常動作，將會排出變壓器中的油，可能損壞變壓器。

1 排油注氮滅火裝置簡介

1.1 裝置的構成

排油注氮滅火裝置通常由消防控制柜、消防柜、斷流閥、感溫火災探測裝置和排油管路、注氮管路及相關二次控制回路等組成。

1.2 裝置的動作原理

排油注氮滅火裝置可設置為自動和手動2種啟動方式。當變壓器內部發生故障時，油箱內部產生大量可燃氣體，引起氣體繼電器動作，發出重瓦斯信號，斷路器跳閘；同時會導致油溫升高，使布置在變壓器上的感溫火災探測器動作。如排油注氮滅火裝置處于自動運行狀態，則在接收到重瓦斯、感溫火災探測器、油箱超壓及斷路器跳閘動作信號后自動啟動；如裝置處于手動運行狀態，則在觀察到火災后，按下控制柜上的“手動啟動”按鈕后立即啟動。

裝置啟動后，首先將變壓器油箱頂部部分熱油排入油池，釋放壓力，以防止二次燃爆；同時斷流閥動作切斷油枕至油箱的補油回路，以防止火上澆油。排油一定時間(約3～20 s)后，將氮氣注入油箱底部，產生類似“漩渦”的效果，強制熱冷油混合，進行冷熱交換，使油溫降至燃點以下；同時大量氮氣積聚于油的燃燒表面，稀釋空氣中的氧氣并隔絕空氣，以達到迅速滅火的目的。此后連續充氮10 m in以上，降低變壓器油溫，充分冷卻油箱，以防止復燃。

2 排油注氮滅火裝置運行和管理現狀

2.1 運行現狀

截至2014年9月底，某公司所轄電網共有220 kV變電站41座，其中有76臺變壓器加裝了排油注氮滅火裝置，占全部85臺220 kV變壓器總數的89.4 %。通過調查，發現排油注氮滅火裝置的運行狀態設定各有不同：有的將消防控制柜設置為手動啟動狀態，解除排油重錘機構、充氮重錘機構機械閉鎖，并將其設置為運行狀態；有的將消防控制柜設置為退出狀態，且將排油重錘機構、充氮重錘機構機械鎖定；沒有一套排油注氮滅火裝置將消防控制柜設定為自動運行狀態。具體情況如表1所示。

表1 排油注氮滅火裝置運行狀況

此外，在建設變電站時，未將排油注氮滅火裝置的啟動操作回路接入監控系統，僅接入其動作信號，這導致變電站雖然實現了遠程監視，但當事故發生時，因消防控制柜設置成手動啟動，而無法在遠方操作啟動裝置進行排油注氮滅火。

2.2 維護和檢修現狀

該公司將變壓器排油注氮滅火裝置按自動消防設施對待。根據“自動消防設施應當由具有相應資質的單位和人員定期進行維護、檢測”的規定，由于該公司的檢修分公司無消防設施的維護、檢測資質，因此，將其外包給具有消防維護檢修資質的其他單位開展日常維護和檢修工作。

3 存在的安全風險

由該公司排油注氮滅火裝置運行現狀調查情況可知，該裝置除了在變壓器運行中的設置狀態不統一，不便于運行管理外，還存在如下安全風險。

(1) 由于國家電網公司系統已基本完成變電站無人值班改造，通常情況下站端無人值守；因此在變壓器運行中將消防控制柜設置成手動啟動狀態時，一旦發生變壓器火災事故，雖然調控人員可在遠方進行監視，但由于未將排油注氮滅火裝置的啟動操作回路接入監控系統，且運維人員無法在短時間內到達變電站控制室手動啟動裝置，從而無法發揮該裝置的滅火功能。

(2) 在變壓器運行中將消防控制柜設置成退出狀態，且將排油重錘機構和充氮重錘機構置于機械閉鎖狀態時，排油注氮滅火裝置未投入運行。在這種狀態下，一旦變壓器發生火災事故，需運行人員到就地消防柜解除充氮開啟閥及排油重錘機構的機械閉鎖后，才能在控制屏上啟動排油注氮滅火裝置。但為了縮小滅火氣體輸送距離和便于控制排油注氮，消防控制柜距變壓器的距離不宜大于8 m，因此通常將消防控制柜設置在變壓器油坑附近。當變壓器發生火災事故時，運維人員無法靠近消防柜去取下機械鎖銷，導致排油注氮滅火裝置無法啟動，可能造成火災事故擴大。

由上述分析可知，當前條件下排油注氮滅火裝置所設置的運行狀態均存在事故發生時無法及時啟動裝置滅火的缺陷，會導致火災事故擴大，存在較大的管理責任風險。

4 風險產生的原因分析

4.1 運行管理規程缺失

當前，國內有關變壓器排油注氮滅火裝置的規程有2個：

(1) 中國工程建設標準化協會頒布的CECS187—2005《油浸變壓器排油注氮裝置技術規程》，于2005-10-01開始施行；

(2) 中華人民共和國公安部消防局提出、全國消防標準化技術委員頒布的GA 835—2009《油浸變壓器排油注氮滅火裝置》，于2009-07-01開始施行。

這2個規程規范了產品的設計、制造、檢測、施工、驗收和維護，為保證產品的質量和應用起到了指導性作用。但這2個規程均未對裝置的日常運行提出要求，而電力行業、電網企業也無標準對裝置的運行作出明確的規定，使得排油注氮滅火裝置運行管理無章可循。

4.2 規程、條例對檢修周期規定不一致

CECS187—2005《油浸變壓器排油注氮裝置技術規程》要求每年(或配合變壓器年檢時)應對排油注氮滅火裝置進行檢查及模擬試驗；《國家電網公司十八項電網重大反事故措施(修訂版)》要求應結合例行試驗檢修，定期對排油注氮滅火裝置進行維護和檢查；有關地方消防條例明確要求自動滅火系統應每年進行1次全面檢測。這些規程、條例對排油注氮滅火裝置的維護、檢查、試驗周期的規定不一致。由于排油注氮滅火裝置的全面檢查、模擬試驗涉及變壓器跳閘回路，且該裝置的維護、檢測是由外委單位實施的；為保證試驗安全，確需變壓器停電，以防止試驗中發生變壓器跳閘事故。而按DL/T393—2010《輸變電設備狀態檢修試驗規程》中變壓器停電例行試驗周期為3～4.5年的規定，如果配合變壓器年檢時再對排油注氮滅火裝置進行全面檢查，則對裝置維護、檢測的周期又與地方消防條例相矛盾。

目前相關規定在排油注氮滅火裝置檢修周期上不一致，且在現實中又無法做到每年停電對變壓器排油注氮滅火裝置進行維護、檢測，所以運行單位無法把握裝置的工況；由于擔心排油注氮滅火裝置會在變壓器運行中誤動而引發事故，因此不敢將排油注氮滅火裝置的排油、注氮重錘解除機械閉鎖，而使排油注氮滅火裝置未投入運行。

5 建議采取的措施

(1) 盡快制定電力行業對排油注氮滅火裝置的運行、檢修管理規定，統一其運行設置狀態，規范其運行管理。

(2) 制定設計標準，在新建時將該裝置的啟動操作回路接入監控系統，并逐步安排對已投運的設備進行改造，以確保監控人員在遠方發現變壓器火災事故時能及時手動啟動排油注氮滅火裝置。

(3) 與輸變電設備狀態檢修工作結合，制定有針對性的檢修規程，明確合理的檢修周期，以提高設備的檢修質量，保證排油注氮滅火裝置正確動作。

6 結束語

排油注氮滅火裝置在我國已有20多年的運行歷史，隨著其使用越來越廣泛，該裝置能否正確動作已成為影響大型變壓器以及電網安全運行的一個重要因素。由于該裝置直接與變壓器本體相連，是一種很重要的變壓器組件，有關協會宜盡早組織行業性討論，論證將其納入變壓器組件管理的可行性，并在變壓器的運行、檢修規程中增加相應的規定，以規范管理，保證變壓器的安全運行。

1 電力規劃設計總院．DL5103—2012 35 kV～220 kV無人值班變電站設計規程[S].北京：中國計劃出版社，2012．

2 劉元生．排油注氮裝置重錘誤動引發的主變壓器事故分析[J]．四川電力技術，2012，35(6)：73-75.

3 高常發，裘永衛，張勝利．排油注氮式滅火裝置的應用與發展[J]．變壓器，2006，43(6)：22-25.