油浸電力變壓器消防設計技術

陳松山 保定天威卓創電工設備科技有限公司

變壓器是供電過程中最為關鍵的設備，變壓器在運行的過程中難免會出現一些故障問題，而較為嚴重的故障會引起變壓器的爆炸和火災事故。因此，電力部門需要對變壓器的消防設計加以重視，有效地降低火災發生的概率，更好地對變壓器運行的狀態進行保障，進一步促進電力企業經濟效益的提升和發展，為人民創造更加良好的生活條件。

一、油浸變壓器火災的基本特點

（一）油浸式變壓器火災的危險性分析

大型的油浸式變壓器主要的組成部分包括鐵芯、線圈、油箱、散熱器、絕緣套管、防爆管、安全氣管等，內部的絕緣襯墊和支架多數都是使用紙板、紗布等可燃物組成，并且還包含大量具有絕緣和散熱作用的絕緣油，這些組件共同組成油浸式變壓器。在變壓器正常運行時的油溫需要保持在50-70攝氏度之間，最高的油溫不能超過95攝氏度。因此，如果變壓器的箱體內部出現短路或者電壓過載等故障，特別是當溫度超過400攝氏度時，可燃的絕緣材料和絕緣油受到高溫的影響和變壓器電弧的作用，出現分解、膨脹導致甲烷、丙烷等已經完全飽和的氫氧化物產生，當溫度超過800攝氏度后，通過分解會出現甲烷、乙烯、丙烯沒有完全飽和的氫氧化物。如果變壓器內部的硅鋼片之間的絕緣層被破壞，導致鐵芯局部溫度過高，完全超過900攝氏度時，變壓油幾乎會全部分解成甲烷、氫等物質。變壓器高能供電的情況下，變壓器局部的溫度最高可以達到3000攝氏度，在高溫的環境下可燃氣體不斷產生，讓變壓器內部的壓力不斷增加，最終可能會出現火災或者爆炸等較為嚴重的安全事故，安全事故的發生不僅會對現場工作人員的生命安全造成影響，還會對企業的經濟效益產生影響[1]。

（二）油浸式變壓器火災事故發生的主要原因

油浸式變壓器火災的主要危險源來自變壓器油，變壓器油的組成主要是碳氫化合物，閃點在140攝氏度左右，變壓器油的燃點在165到190攝氏度之間，自然點在330攝氏度左右，所以變壓器油是一種具有可燃性的絕緣液體。變壓器作為變電站重要的供電設備，由于變壓器經常會出現短路、接觸不良等故障，導致變壓器油出現泄漏引起絕緣散熱性能較差、超負荷運行的情況，這些原因還會造成變壓器內部絕緣介質被破壞，而產生絕緣擊穿問題，引起弧光的放電，在多種因素的影響下，變壓器油快速分解，產生多種飽和以及不飽和的可燃氣體，油箱內部的壓力也在急劇上升，內部壓力超過變壓器油箱自身能夠承受的能力范圍，導致變壓器油箱出現爆炸或者漲裂等情況。在高溫下完成分解的變壓器油和高溫氣體的漏出，與空氣產生接觸后出現燃燒現象，引起變壓器火災，變壓器油枕的絕緣油不斷進入箱體，導致火災發生后很難進行撲滅，造成更為嚴重的經濟損失，影響范圍也會不斷地擴大。

二、油浸式變壓器消防滅火系統設計

（一）水噴霧消防滅火系統設計

水噴霧消防滅火系統主要是利用水霧噴頭將一定壓力下的水進行分解成細微的水霧進行滅火或者冷卻的一種固定滅火系統，本文在此對水噴霧消防滅火系統的設計進行簡要闡述。

（1）水噴霧消防滅火系統的組成。水噴霧滅火系統主要的組成部分包括水資源、供水系統、水管、雨淋閥門組、過濾器和噴頭等部件組成。水霧噴頭一般的情況下可以分成中速、高速兩種水霧噴頭形式，雨淋閥門的控制也有三種基本的控制方式，分別是電磁閥門控制、手動控制以及遠程手動控制[2]。

（2）水噴霧消防滅火系統的工作原理。油浸式變壓器水噴霧滅火系統是一種較為典型的滅火系統裝置，系統的開關都是由雨淋閥門進行控制，而雨淋閥也是一種消防專用的水力閥門，應能滿足水噴霧滅火系統的自動、手動、遠程和應急的控制要求。除了雨淋閥門外，閥門組織要求配套設備的壓力表、水力警鈴和壓力開關等都能滿足水噴霧滅火系統自身的供水壓力，更好地對雨淋閥門的開啟和關閉狀態進行保護。

（3）水噴霧消防滅火系統的設計思路和基本參數。油浸式變壓器水噴霧消防系統主要是由消防蓄水池、消防穩壓泵和供水管網等部件所組成。一般的情況下，電力企業的室外均設有消防栓給水系統，消防栓裝置可以與水噴霧滅火系統有效地進行結合，在水噴霧系統中將控制閥組進行分隔，管網日常所需要的壓力可以由變頻穩壓泵進行提供，以此來確保消防水管網壓力的充足。通常的時候，一臺變壓器需要配備一套雨淋閥組，并且環境溫度不能低于4攝氏度的范圍，排水設施的室內安裝地點應當靠近需要保護的地點，更好的保證滅火的效果。變壓器的水噴霧管道布置可以根據實際的情況進行調整。

（4）水噴霧滅火系統適用的條件。水噴霧滅火系統能夠適用的范圍較廣，在使用的過程中能夠對變壓器的主體表面迅速降溫，細小的水霧可以隔絕周邊的氧氣含量，從而實現滅火的目的。同時，還能夠將變壓器油進行稀釋，增強實際滅火的效果。在缺水或者嚴寒的地區中，變壓器放在室外的時候，水噴霧滅火系統不能使用[3]。

（二）排油注氮消防滅火系統設計

（1）消防管理。通過對油浸式變壓器火災情況的分析可以發現，變壓器短路或者持續故障的時間中，如果可燃氣體的數量或者壓力超過變壓器自身的容量范圍時，將會出現爆炸或者火災的情況。經過調查發現，在變壓器火災的眾多案例中從故障到爆炸的過程中經常不會超過1秒。排油注氮的方案主要是通過對壓力進行探測或者對溫度進行測量，從而對變壓器進行保護動作，在0.5秒以內將排油系統進行啟動，將變壓器油箱中的部分絕緣油排空，降低油箱中的壓力，同時阻斷油枕到本體的油路，并且在3秒之后在變壓器的底部進行氮氣的填充，由于氮氣本身的溫度較低和自身的不可燃性，通過在油箱內注入氮氣，降低油溫隔絕高溫油與空氣的接觸，從而實現防火防爆以及滅火的目的。

（2）排油注氮消防系統工作的原理。首先，當故障檢測系統發現變壓器內部故障進行檢測產生的高壓力或者火災的溫度感應以及重瓦斯等信號的時候，需要在0.2秒以內將排油注氮設備進行啟動。由于排油注氮消防系統最大的特點就是能夠防爆，因此在火災發生之前就需要及時進行啟動，這也是系統存在的意義，在啟動的過程中不能出現錯誤操作，將變壓器油箱內部所有絕緣油進行排空，造成更大的經濟損失。在壓力檢測或者高溫探測的過程中，需要保證系統檢測運行的精準性，在對可靠性進行保障的前提下，盡可能防止系統錯誤行動的發生。其次，在檢測系統接收到故障信號之后，需要快速地進行相關操作，并且在絕緣油排出后的3秒之后將氮氣灌注到變壓器內部，確保上部空氣與絕緣油的有效隔絕，實現對變壓器降溫、阻止空氣流通的作用，并且還能實現防止復燃的效果[4]。

（3）排油注氮消防系統的優點。排油注氮消防系統能夠很好地防止變壓器出現爆炸的問題，通過對消防柜中的壓力控制器進行探測，在火災報警信號發出的同時，開始排油注氮設備。在變壓器內部絕緣油排放后，降低變壓器內部產生的壓力，再通過注氮來隔絕液體與空氣的接觸，不僅能夠降低油溫冷卻裝置，還能夠防止火災的發生。排油注氮消防系統無須設置較大的消防水池，因此占地面積較小，施工建設的周期性較短。

三、結束語

油浸變壓器消防系統的設計對于供電的安全性以及正常運行有著極為重要的作用，電力企業需要對此方面加以重視。變壓器作為供電的重要組成設備，運行的安全性和穩定性都對電力企業發展和供電的質量有著直接影響，因此需要加強對變壓器的檢測，對相關配件的維修和養護進行規劃。本文主要對兩種較為常見的消防手段進行闡述，希望對今后電力企業的發展提供一些參考和幫助。