某變壓器消防控制回路異常的分析與處理

艾 飛，陳巧勇，胡冬良，張新來，郭世曉，何穎梅，王寅鋒

(1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司杭州供電公司，浙江 杭州 310000 ；2.邯鄲慧龍電力設計研究有限公司,河北 邯鄲 056000)

0 引 言

作為電力系統(tǒng)的樞紐設備，電力變壓器的運行情況直接關系到電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定。大型變壓器采用油浸式變壓器，其內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，由于變壓器油在一定溫度下的分解和可燃性，可能引起變壓器燃燒和爆燃[1]，不僅變壓器本身損失巨大，燃燒和爆炸還可能引起人員傷亡和其他配電設備故障，造成事故擴大。按照燃燒對象的性質，此類燃燒為帶電火災，屬E類火災。GB 50229—2019《火力發(fā)電廠與變電站設計防火標準》規(guī)定：單臺容量為125 MVA 及以上的油浸變壓器、200 Mvar及以上的油浸電抗器應設置水噴霧滅火系統(tǒng)或其他固定式滅火裝置[2]。相關變壓器應配置合理而性價比高的滅火系統(tǒng)，并同步采用火災自動報警系統(tǒng)，切實落實“預防為主，防消結合”的消防工作方針。

1 變壓器對消防設施的要求

1)動作可靠性。變壓器是區(qū)域供電的主設備，如果消防設施誤動作噴淋，可造成變壓器非計劃停運，對區(qū)域電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和供電可靠性造成很大影響，且誤噴淋造成的泡沫液損失和更換也價格不菲。因此，從安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行方面來講，變壓器對消防設施的最基本的要求為有足夠的可靠性，即消防設施該動作時可靠動作，不該動作時一定不動作。

2)投運同步性。DL/T 5027—2015《電力設備典型消防規(guī)程》規(guī)定：新建、擴建和改建工程或項目，需要設置消防設施的，消防設施與主體設備或項目應同時設計、同時施工、同時投入生產(chǎn)或使用，并通過消防驗收。消防設施在管理上應等同于主設備，包括維護、保養(yǎng)、檢修、更新，落實相關所需資金等。消防設施應處于正常工作狀態(tài)[3]。

2 聞堰變電站主變壓器消防設施配置

聞堰變電站[4]目前工程規(guī)模為主變壓器2×240 MVA，220 kV系統(tǒng)采用戶外GIS，雙母線接線，設專用母聯(lián)斷路器，出線為6回；110 kV采用戶內(nèi)GIS，單母線分段接線，出線為6回；35 kV采用常規(guī)戶內(nèi)開關柜設備，出線為5回。每臺主變壓器配置兩套電氣量保護和一套非電量保護。兩臺主變壓器配置了一套瓶組式泡沫噴淋系統(tǒng)。泡沫滅火系統(tǒng)的吸熱冷卻、隔氧窒息和對輻射熱的阻隔等作用對于變壓器火災有很好的抑制作用。該瓶組式泡沫噴淋系統(tǒng)主要由火災自動報警器、系統(tǒng)管網(wǎng)、啟動及驅動瓶、選擇電動閥、泡沫儲罐及泡沫噴頭組成。現(xiàn)場相關控制信號和火災信號接至火災自動報警器，并通過測控裝置上傳至當?shù)乇O(jiān)控后臺、集控站監(jiān)控后臺以及電力調度中心。

3 聞堰變電站主變壓器消防設施滅火原理

當主變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，主變壓器電氣量和非電量保護動作并跳開變壓器三側斷路器。此時若主變壓器著火或主變壓器器身溫度達到一定高值時，需要消防設施可靠動作滅火。若主變壓器未著火或主變壓器器身溫度未達到一定高值或主變壓器保護誤動時，則要求消防設施可靠不動作。

聞堰變電站投產(chǎn)較早，投產(chǎn)時由主變壓器防護區(qū)域內(nèi)兩只獨立的火焰探測器的報警信號作為系統(tǒng)的聯(lián)動觸發(fā)信號。由于火災自動報警裝置和火焰探測器的誤動作概率較高，為防止消防設施誤動作，投產(chǎn)初期該設施處于“手動”狀態(tài)，即將啟動瓶上的電磁閥拆除，并將火災自動報警裝置運行方式“自動/手動”選擇開關置于“手動”位置。隨著國家對消防工作的重視，此消防設施須同主變壓器一體運行，但滅火設施僅靠火災自動報警裝置動作就噴泡沫是不可行的。為防止設施誤動，除判斷火焰探測器動作外，再根據(jù)主變壓器故障時主變壓器保護動作結果，在消防設施的動作機理方面，在其控制回路增加一個判斷條件：主變壓器電源側斷路器位置均在分位。這樣確保消防設施不會誤動。此判斷條件固化在一個聯(lián)鎖箱里，聯(lián)鎖箱與滅火設施同室布置。同時還解決了以下問題：1)原來啟動電磁閥、電動閥電源由控制室24 V直流供電，電壓衰減可能引起閥拒動，改為由此聯(lián)鎖箱提供動作電源(將220 V交流電源和220 V直流電源分別引入聯(lián)鎖箱內(nèi)整流器和直流逆變器，轉換為24 V直流就地供電)，增加了電源的可靠性。2)便于對主變壓器消防電動閥進行試驗。在主變壓器斷路器輔助接點回路上并聯(lián)了電動閥試驗轉換開關(1SK、2SK)，實現(xiàn)主變壓器不停電對相應電動閥進行試驗。但試驗前必須取下啟動電磁閥，防止誤接通啟動鋼瓶電磁閥。3)防止主變壓器停電檢修時消防設施誤噴，在啟動電磁閥回路和各臺主變壓器相應的電動閥回路增加壓板。消防設施控制原理如圖1和圖2所示。

圖1中，1GF(1GF′)為1號變壓器高壓側斷路器常閉輔助接點；1ZF(1ZF′)為1號主變壓器中壓側斷路器常閉輔助接點；1SK為1號主變壓器電動閥試驗轉換開關；1LP為1號主變壓器斷路器位置投入壓板；1ZJ為中間繼電器，當斷路器位置條件滿足時勵磁并閉合其接點。2號主變壓器回路元件意義同1號主變壓器。

圖2中，1QJ為1號主變壓器火焰探測器啟動接點；QJ為火災自動報警控制器啟動接點，當1QJ或2QJ動作時，QJ閉合；ZJ為中間繼電器接點，當1ZJ或2ZJ閉合時，ZJ閉合。2號主變壓器回路元件意義同1號主變壓器。支路1用于啟動氮氣瓶電磁閥，支路2和支路3用于選擇著火主變壓器。電磁閥和對應主變壓器的電動閥都動作時，消防系統(tǒng)開始噴淋滅火。

圖1 防誤聯(lián)鎖箱原理

圖2 啟動電磁閥及選擇電動閥動作原理

由于該聯(lián)鎖箱晚于主變壓器投產(chǎn)，在增加該防誤動回路時，主變壓器沒有配合停電就接入相關回路，無法通過聯(lián)動驗證斷路器位置的正確性和可靠性。僅用前面2)所述方法驗證火焰探測器報警的正確性。以1號主變壓器為例，即通過短接火焰探測器報警接點，使圖2中的1QJ接點動作，此時啟動電磁閥不動作。再將試驗轉換開關1SK接通，此時啟動電磁閥動作，同時1號主變壓器選擇電動閥動作，通常稱之為“半回路試驗”。

整個控制回路的正確性只能結合主變壓器停電驗證，即通過短接火焰探測器報警接點，使圖2中的1QJ接點動作，此時啟動電磁閥不動作，這時將1號主變壓器高壓側斷路器和1號主變壓器中壓側斷路器都拉開，此時啟動電磁閥應動作，同時1號主變壓器選擇電動閥動作。而1號主變壓器高壓側斷路器和1號主變壓器中壓側斷路器均在合位或任一個在合位時，啟動電磁閥和1號變壓器選擇電動閥均不應動作，通常稱之為“全回路試驗”。

4 聞堰變電站主變壓器消防設施的控制方式

1)自動控制。當火災自動報警系統(tǒng)運行方式“自動/手動”選擇開關置于“自動”位置時，消防主機實時監(jiān)測主變壓器上方火焰探測器和高中壓側斷路器位置信號，通過邏輯運算判別火警后，自動打開啟動電磁閥，同時開啟相應著火變壓器的選擇電動閥，通過噴頭進行泡沫噴霧滅火，滅火完畢后，需手動關閉啟動電磁閥和變壓器選擇電動閥。

2)消防控制室手動控制。當火災自動報警系統(tǒng)運行方式“自動/手動”選擇開關置于“手動”位置時，判別火警后，人工按下啟動按鈕，打開啟動電磁閥，再人工開啟相應著火變壓器的選擇電動閥進行泡沫噴霧滅火。

3)機械應急啟動操作。主變壓器火災時，若控制系統(tǒng)失靈，操作人員應在泡沫噴淋間手動打開啟動控制閥，再打開著火主變壓器的選擇電動閥進行泡沫噴霧滅火。

正常運行時，該消防設施置于自動控制方式。

5 消防控制回路問題發(fā)現(xiàn)過程

主變壓器消防聯(lián)鎖箱接入消防控制回路后，由于對新設備缺乏認識，運行人員直接放上主變壓器斷路器位置投入壓板和電磁閥投入壓板，將該滅火設施投入運行。2019年8月，1號主變壓器停電檢修，結合變壓器停電進行消防回路全回路試驗。為防止主變壓器滅火設施誤動，在拉開主變壓器三側斷路器前，取下1號主變壓器斷路器位置投入壓板和電磁閥投入壓板。進行了全回路試驗，試驗結果正確。在主變壓器投運時，合上高壓側斷路器后，測量主變壓器斷路器位置投入壓板兩端有220 V直流電壓，屬于異常情況，立即停止操作，匯報單位相關部門。

6 消防控制回路問題查找及處理

防誤聯(lián)鎖箱為廠家提供，斷路器輔助接點由檢修部門引接。廠家人員檢查流程如下：1)測量壓板1LP靠負極側電位為-110 V，靠正極側電位為+110 V；2)將端子排上端子A、端子B解開，測量壓板1LP靠負極側電位為-110 V，靠正極側電位為0；3)在端子A、端子B解開的情況下，將試驗轉換開關1SK接通，測量壓板靠負極側電位為-110 V，測量壓板靠正極側電位為+110 V。由此，認為非廠家設備原因，問題出在輔助接點回路。

檢修部門通過翻接點的方式檢查，當兩個斷路器位置均置為分位時，壓板兩端電壓為220 V，結果正確。當任一斷路器置于合位時，壓板兩端仍有220 V電壓，結果不正確。由此推斷，問題確在斷路器輔助接點回路。經(jīng)仔細查找，發(fā)現(xiàn)在回路中并接了一個電容。如圖1中虛線所示，分析如下：當任一斷路器或所有斷路器在合位時(相應的輔助接點斷開)，直流電源給電容C充電；當變壓器斷路器均在斷開位置時，該回路將電容短接，壓板兩端有220 V電壓，此時電容器C未放電；當合上任一只電源側斷路器時(相應的輔助接點斷開)，壓板兩端出現(xiàn)異常電壓(DC 220 V)。拆除該電容后，合上任一只電源側斷路器時，壓板兩端電壓為0，控制回路恢復正常。

7 消防設施的運行和操作管理

1)規(guī)范輔助接點的接入管理。此次事件暴露出沒有停電做消防系統(tǒng)的接入工作，接線內(nèi)部出現(xiàn)了寄生回路。

2)設備的試驗管理。檢修人員必須對消防設施做全回路試驗，確保各消防主部件功能正確，動作可靠，同時還要對消防控制回路中的壓板等元件功能的正確性進行校驗。運行人員也要加強此類設備驗收，全過程見證全回路試驗。

3)壓板的操作管理。要理清楚消防控制回路中各壓板的作用，壓板兩端電壓在設備不同狀態(tài)時的值，并寫入相關操作規(guī)范或操作票中。

4)停送電的操作管理。為防止設施誤噴和遲投，要根據(jù)主設備的狀態(tài)變化合理地操作消防控制回路的壓板，盡量減少無消防設施保護時主變壓器運行時間。

5)消防設施的巡視管理。對消防回路中的任何異常和缺陷同主設備對待，確保設施安全穩(wěn)定運行。

8 結 語

火災時消防設施動作是基本要求，但在非火災時消防設備誤動作也能引起事故擴大，這是不允許的。以實際運行的變壓器泡沫噴淋系統(tǒng)為例，介紹了其選型、原理、試驗方法和該設施投運時的實際情況，并對實際操作中發(fā)現(xiàn)的消防控制回路問題進行分析、測試和處理，總結了消防設施的操作和管理建議，具有較強的實踐性，可為變電運行值班人員的運行操作和學習理解提供一定的參考。