帶排油注氮滅火裝置的自耦變壓器的設計要點

李亞良

摘 要：在電氣化鐵路建設中，自耦變壓器是電氣化鐵路AT供電方式的關鍵設備，隨著電氣化鐵路的迅速發展，國內掀起了AT供電方式的高速鐵路客運專線的建設的高潮，國內地質環境比較復雜，擁有大量的隧道，有一些AT變電所設置在隧道中是不可避免的（AT變電所指的是安裝自耦變壓器及其外圍變電設備的場所，通常為約15～20km設置一座），能夠運行于特殊環境的隧道內的自耦變壓器研制已勢在必行。隧道環境，空間相對狹小，出入不便，一旦起火，很難短期內作出反應，會造成事故擴大，造成其他設備如斷路器或者變壓器等燒毀甚至發生爆炸事件，造成人員傷亡和嚴重的經濟損失。排油注氮滅火裝置的使用，能防患于未然，對火災的發生提前做出預判和反應，及時排出到達燃燒臨界點的變壓器油，注入阻燃的氮氣，阻止事態擴大，保護現場設備安全。

關鍵詞：隧道自耦變壓器 排油注氮 滅火

中圖分類號：U22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（c）-0031-01

1 排油注氮滅火裝置與自耦變壓器配合安裝使用的主要框架

帶排油注氮裝置的自耦變壓器，其實是一個完備的系統。該系統主要由控制屏，滅火柜，斷流閥，自耦變壓器，溫度探測器，管路系統組成，其中除自耦變壓器以外，其余都由滅火裝置廠家成套提供。但是這套裝置與自耦變壓器的接口問題，也就是本文要討論的重點部分。首先將大體的裝置的工作流程大致介紹如下。

當位于變壓器箱頂上的火災探測器感應>130℃的溫度時，會通過信號線傳輸給變壓器的端子箱，由端子箱經過控制電纜，傳給位于主控室的控制屏，控制屏0.2s內控制現場的排油閥打開，排出由于超溫膨脹的部分變壓器油至事故油池，這樣就可以減輕變壓器內部的壓力，起到防爆的作用。同時位于變壓器的儲油柜和油箱之間的斷流閥自動關閉，防止儲油柜內的變壓器油參與燃燒，3s內防爆動作，或者20s內滅火動作，氮氣注入，降低可燃氣體濃度，隔離氧氣，熄滅火焰。連續注入氮氣30min以上，充分冷卻故障點溫度，降至燃點以下，防止復燃。

2 排油注氮等管道方面與自耦變壓器的接口

首先是變壓基礎和現場消防柜的基礎的相對位置，由于自耦變壓器的長軸兩側都裝設了散熱器，可以考慮將現場消防柜（為了現場安裝方便，排油閥和注氮閥門都是集成安裝在消防柜里面）以及變壓器要預留的排油口，注氮口的管接頭（相關孔距等尺寸與排油注氮裝置協調配合），放置在短軸的同一個側面。這樣管路的布置會很方便，同時也應該考慮消防柜放置于事故油池的旁邊，這樣排油的管路在通過消防柜以后距離也會比較短，排油方便。

另外，變壓器上排油口的位置是比較靠近變壓器的箱蓋的，因為根據熱力學原理，變壓器油的最高溫度的出現的位置，就是變壓器的頂部，即變壓器的油面位置，所以變壓器排油口的管接頭要盡量的靠近箱體頂部，這樣就有利于首先排出溫度最高的變壓器油，更好的防范火災的發生。對于自耦變壓器來說一般25 000kVA的以及32 000kVA的，油箱的高度大約在2.1m左右，比現場消防柜的高度略高（以河北博為的消防柜為例大約為1.9m），這就要求現場消防柜的地基制作時要略低于自耦變壓器的地基（大約低200mm），這樣才能保證管路的正常鋪設以及排油的順利進行。

火災感應器的問題，感應器在箱蓋上應該盡量均勻分布，在高壓套管附近以及法蘭連接面附近應盡量裝設，整個自耦變壓器需安裝6個火災探測器，組成兩組感溫火災探測器信號，即組成兩個獨立回路，不同回路的探測器應交叉放置，兩個回路火災探測器感溫探頭屬于易熔金屬合金，具有感溫動作準確、運行時強度高不易誤動等特點。注意，控制回路只對有效感溫信號有反應，有效感溫火災信號指任何兩個相鄰的火災探測器動作發出的信號，任何一個火災探測器動作只發出報警。

3 自耦變壓器二次保護方面的變化

變壓器的二次保護與排油注氮滅火裝置控制柜的配合問題。電源的預留問題。

關于二次保護方面，除了自耦變壓器正常的溫度保護，瓦斯保護，以及壓力保護以外，增加了斷流閥的保護，斷流閥設置啟動的時間是比排油閥啟動的時間提前一點的，這樣的話避免把儲油柜中的溫度較低的變壓器油排出，避免了浪費，同時也節約了排油的時間。

氣體繼電器的變化，一般自耦變壓器用的氣體繼電器為QJ-80氣體繼電器，為3對節點，其中一對為信號節點，兩對為跳閘節點，但是裝上排油注氮滅火裝置以后，要將其中的一對跳閘節點更改為介入排油注氮滅火控制柜，也就是說重瓦斯保護要把信號給到滅火控制柜。

壓力釋放閥的變化，YSF-55/80也要將兩對跳閘節點中的一對接入滅火控制柜，而不是全部接到跳閘回路里面。

火災探測器的節點兩對，也要從自耦變壓器二次保護端子箱引出，納入到滅火控制柜，為了保證信號通道的安全與暢通，所有與滅火控制柜相連接的電纜都要求選用耐油阻燃的控制電纜。

在下面兩種情況下，排油住氮裝置自動啟動。

（1）重瓦斯信號和主變斷路器全跳開信號同時出現，并且兩路火災探測器信號出現，說明自耦變壓器箱蓋溫度已經過高，超過了臨界值，出現了嚴重故障。

（2）重瓦斯信號和主變斷路器全跳開信號同時出現，并且壓力釋放閥動作信號出現，說明變壓器內部壓力超過了臨界值。

值得注意的是，變壓器排油注氮，都是在斷路器完全跳開的情況即自耦變壓器斷電的情況下自動啟動的，因為帶電進行排油注氮，是非常危險的（比如油箱頂部的一些位置在少油的情況下會絕緣擊穿，導致箱體帶電）。

另外排油注氮裝置還有手動啟動和遙控啟動的功能。

遠方遙控啟動：滅火裝置在選擇遠方控制狀態時，通過遠方信號或電話、視頻等發現變壓器發生火災，可在遠方調度遠方遙控啟動滅火，遙控啟動滅火的前提是火災探測器動作有效信息傳入和斷路器斷電。

手動啟動：手動啟動時，按下手動按鈕、并在10s內按下手動確認按鈕，可手動啟動滅火。手動啟動時必須在斷路器跳閘的前提下進行。手動按鈕和手動確認按鈕安裝防誤動保護罩。

4 結語

該裝置已在山西中南部通道鐵路項目中投入使用。山西中南部通道項目采用了很長距離的隧道，由于地形原因，要貫通太行山，所以必須在太行山隧道內設置AT變電所，根據線路供電需要，共設置了四個AT變電所，每個變電所兩臺或四臺自耦變壓器（分區所是要設置四臺自耦變壓器的）。為了節約主控室的空間，若干個AT變電所的滅火控制柜與現場排油注氮裝置均設置成了一拖二或者是一拖四的形式，即一臺滅火控制柜控制兩套或者四套排油注氮消防柜。經與鐵道第三設計勘察院緊密合作，排油注氮滅火裝置得以在自耦變壓器上安裝運行，在以后的鐵路建設中，在預防和控制火災方面，必將發揮穩定而積極的作用，另外個人認為，一些安裝防火要求比較高的場合的電氣設備，可以考慮采用排油注氮的滅火方式來保證設備的安全運行和火災事故的防范。

參考文獻

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