室外油浸變壓器火災事故分析與預防措施研究

杜旭紅+李建偉+趙懷璞+蘧艷峰+游國強

摘 要：本文主要以室外油浸變壓器為研究對象，仔細分析了油變著火的主要原因和關鍵因素，并按照國家標準和電力設計手冊的相關要求、規定，從繼電保護、貯油或擋油設施、防火間距及防火墻的設置、防雷接地措施、滅火措施、維護保養等幾個方面對油變著火的對策設施進行全面設計，設計的對策設施在一定程度上可有效地預防油變著火、燃燒甚至爆炸事故的發生，為油變的安全運行提供依據和參考。

關鍵詞：油浸變壓器；著火；對策措施

Abstract： For the the Oil-immersed transformers as the research object， analysis of the oil becomes the main cause of fire and key factors， analyzed the Oil-immersed transformers of main causes and key factors， and according to the national standards and the power design manual of the provisions，from relay protection， oil storage or oil retaining facilities， fire distance and firewall setting， lightning protection grounding measures， fire extinguishing measures and maintenance and many more to design countermeasures， countermeasure facilities can effectively prevent the Oil-immersed transformers fire， burning or even explosion accident， for the safe operation of Oil-immersed transformers to provide the basis and reference.

Keywords： Oil-immersed transformers；fire；countermeasures

中圖分類號：TM774；TM862 文獻標識碼：A

0.前言

油浸變壓器作為電廠和變電所的核心設備，具有獨特的優點：①應用范圍廣，戶內、戶外均可安裝，且特別適合于戶外；②對周圍環境要求低；③油浸式變壓器散熱比干式變壓器快；④油變比干變價格低；⑤油變容量、電壓等級可以由小到大全部做到，但干變一般容量都在1600kVA以下，電壓在10kV以下。在各行各業的變配電系統中得到了廣泛應用；但是，油浸變壓器也存在一定的缺點：“①變壓器油具有可燃性，當遇到明火、點火源可能會燃燒、爆炸；②漏油、產生故障時對環境有污染；③變壓器油對人體有害。”因此，研究油浸變壓器的防火、儲油和滅火技術，對電力行業的發展具有深遠的意義。

1.油浸變壓器的著火原因分析

油浸式變壓器著火的主要原因包括：

（1）絕緣損壞。由于變壓器線圈絕緣老化、檢修不慎破壞絕緣發生短路，使絕緣油因熱分解出甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯等碳氫化合物，當過熱溫度超過800℃時，變壓器油幾乎全部分解為氫、甲烷和乙炔等可燃氣體。當這些可燃氣體與空氣混合達到一定濃度，遇明火、電火花可發生燃燒或爆炸。

（2）鐵心起火。由于硅鋼片之間或鐵心與夾緊螺栓套管之間的絕緣損壞，使變壓器溫度升高，引起內部可燃物燃燒。

（3）短路。由于各線圈的匝間和相間發生短路，線圈靠油箱部分的絕緣被擊穿，可引起燃燒或爆炸；負載發生短路，保護系統失靈或整定值調整過大，有可能燒毀變壓器。

（4）接觸不良。由于變壓器接線、分接開關等連接處接觸不良，導致接觸電阻過大，造成局部高溫，使油燃燒或發生爆炸。

（5）電弧閃絡。①高低壓繞組之間、繞組和變壓器油箱壁之間以及絕緣管套管與油箱上蓋間表面都可能發生閃絡，產生電弧，發生火災。②因為油中導體相間距離太近，或絕緣油受潮、變臟和劣化變質，會造成閃弧，使油燃燒。③雷擊過電壓和操作過電壓引起閃弧，發生火災。

（6）變壓器滲油、漏油。變壓器油箱、套管等滲油、漏油，形成表面污垢，遇明火燃燒。

（7）變壓器過熱。長期嚴重過負荷運行，使線圈發熱；電壓過高，鐵損增大（當電壓增高10%時，鐵損將增加30%～50%）；環境溫度過高，通風不良；從而引發變壓器過熱燃燒。

（8）外界火源引燃。變壓器周圍堆放的可燃物燃燒后引燃變壓器。

2.油浸變壓器火災對策措施

本文以某變電所室外4臺SZ11-40000/110型，110±8×1.25%/11kV，戶外三相雙繞組，自冷式有載調壓油浸變壓器為例進行防火分析、設計。

2.1 繼電保護和自動裝置的設計

按照國家標準《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》（GB/T 50062-2008）第4章的要求，容量較大的有載調壓油浸式電力變壓器應設完善的繼電保護措施，繼電保護應包括主保護和后備保護措施。主保護應包括瓦斯保護（主要有本體瓦斯和有載瓦斯兩個部分）和縱聯差動保護；后備保護應包括：過流保護、復合電壓啟動閉鎖過電流保護、負序過流保護、零序電流保護、溫度保護等。

2.2 貯油或擋油設施的設計

（1）標準規范要求。按照國家標準《3kV～110kV高壓配電裝置設計規范》（GB 50060-2008）第5.5.3條和《火力發電廠與變電站設計防火規范》（GB 50260-2013）第6.6.7條的要求，室外單臺油量在1000kg及以上的電氣設備應設貯油或擋油設施。本文中變電所選用4臺SZ11-40000/110型油浸變壓器，單臺油變的油量約20t左右遠遠大于1000kg，故均應設置貯油或擋油設施。

油浸變壓器貯油或擋油設施的設置方案：方案一：設排油設施時（即將事故油排至安全處的設施），應設置能容納單臺油浸變壓器20%油量的貯油或擋油設施（即儲油坑）。方案二：不設排油設施時，應設置能容納單臺油浸變壓器100%油量的儲油坑。方案三：設油水分離措施的總事故油池時，應設置容納單臺油浸變壓器60%油量的儲油坑，容積為單臺設備油量的60%。

（2）實際應用。本文中變電所室外設置4臺SZ11-40000/110型油浸變壓器，單臺油變的油量約20t左右，每臺油浸變壓器設置貯油或擋油設施可按以下方案任選一種：方案一：設事故排油設施時，每臺油浸變壓器均應設置能容納約0.4t變壓器油的儲油坑。方案二：不設事故排油設施時，每臺油浸變壓器各設1個能容納約20t變壓器油的儲油坑。方案三：設油水分離的總事故油池時，每臺油浸變壓器各設1個能容納約12t變壓器油的儲油坑。儲油坑應大于油變外廓每邊各1m，四周應高出地面0.1m。儲油坑內應鋪設卵石層（無卵石時，可采用無孔碎石），卵石層厚度不應小于0.25m，卵石直徑為50mm～80mm。

2.3 防火間距及防火墻的設計

（1）油浸變壓器之間防火間距及防火墻的標準規范要求：①按照國家標準GB 50060-2008第5.5.4條的要求，屋外單臺油量為2500kg及以上且電壓等級為110kV的油浸變壓器，其最小凈間距為8m。②按照國家標準GB 50060-2008第5.5.5條的要求，屋外單臺油量為2500kg及以上的油浸變壓器之間的防火間距不能滿足最小凈間距要求時，應設置防火墻，防火墻高度應高出變壓器油枕、長度應大于變壓器儲油坑兩側各1m、耐火極限宜不小于4h。

（2）建筑物與室外油浸變壓器之間的防火間距及防火墻的的標準規范要求。按照國家標準GB 50060-2008第7.1.11條的要求，建筑物與室外油浸變壓器外廓的間距不宜小于10m；當其間距在5m以內時，變壓器外輪廓投影范圍外側各3m內的配電樓、主控制樓面對油浸變壓器的外墻不應開設門、窗和通風孔；當其間距在5m～10m時，可在上述外墻上設甲級防火門。變壓器高度以上可設防火窗，其耐火極限不應小于0.90h。

（3）實際應用：①本文中變電所4臺室外油浸變壓器，每臺含油量均約20t，電壓等級為110kV變10kV，每臺油變之間的凈距至少應保持在8m及以上；當每臺油變之間的凈距小于8h，應設置高度高出變壓器油枕、長度應大于變壓器儲油坑兩側各1m、耐火極限宜不小于4h的防火墻。②變電所配電樓與室外油浸變壓器外廓的間距宜≥10m；當其間距<5m時，變壓器外輪廓投影范圍外側各3m內的配電樓面對油浸變壓器的外墻不應開設門、窗和通風孔；當其間距在5m～10m時，可在上述外墻上設甲級防火門。變壓器高度以上可設防火窗，其耐火極限不應小于0.90h。

2.4 防雷接地設計

按照國家標準《建筑物防雷設計規范》（GB 50057-2010）第三章的要求，本文中變電所4臺室外油浸變壓器應按一類防雷建筑物設防，防雷措施設計如下：

（1）防雷接地：沿油浸變壓器布置范圍的長度兩側對角位置設兩根等高的避雷針，保護變壓器和其進線，避雷針設獨立的接地裝置，接地電阻不宜大于4Ω。

（2）油浸變壓器高壓側安裝110kV閥型避雷器、低壓側安裝10kV氧化鋅避雷器。

（3）變壓器金屬外殼、低壓側中心點接地、避雷器接地共用接地裝置，通過保護導體均可靠接地。

2.5 滅火系統設計

依據《建筑設計防火規范》（GB 50016-2014）第8.3.8條的要求：單臺容量在40MV.A及以上的企業油浸變壓器應設置自動滅火系統，并宜采用水噴霧滅火系統。本文中變電所選用的4臺油浸變壓器容量均為40MV.A，滅火系統設計為：

（1）設置水噴霧滅火系統。

（2）變壓器著火時，應采用干粉、二氧化碳滅火器；地面燃燒的變壓器油可采用泡沫滅火器、干黃沙，也可采用干粉、二氧化碳滅火器，但不可用消防水滅火。

2.6 維護與保養

加強油浸變壓器的日常維護、監測與管理，盡量在出現故障、事故之前解決問題，為變壓器的正常運行提供保障，主要應從以下幾方面做好油浸變壓器的維護與保養：

（1）定期進行日常維護，及時清變壓器油污和高低壓套管上的塵土，防止潮濕、陰雨天氣污閃放電，造成套管相間短路，導致高壓熔斷器熔斷，變壓器不能正常運行。

（2）定期觀察油浸變壓器的油位和油色，定期檢測油溫，特別是負荷變化大、溫差大、氣候惡劣的天氣應增加巡視次數，對油浸式的配電變壓器運行中的頂層油溫不得高于95℃，溫升不得超過55℃，為防止繞組和油的劣化過速，頂層油的溫升不宜經常超過45℃。

（3）監測油浸變壓器的絕緣電阻，檢查各引線是否牢固，特別要注意的是低壓出線連接處接觸是否良好、溫度是否異常。

（4）加強用電負荷的測量，在用電高峰期，加強對每臺配變的負荷測量，必要時增加測量次數，對三相電流不平衡的變壓器及時調整，防止中性線電流過大燒斷引線，造成下游設備損壞和變壓器損壞。

結論

本文依據國家標準規范和電氣相關技術知識，深入研究了室外油浸變壓器的防火對策措施，通過對變電所室外4臺大型油變防火設施的研究與設計之后，所采取的技術措施可整體提高室外油浸變壓器的防火能力，并能有效阻止變壓器著火和火災事故蔓延，但是還存在細節設計的不足，需后期進一步研究探討。

參考文獻

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[2] GB 50060-2008，3kV～110kV高壓配電裝置設計規范[S].

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