油浸式變壓器的微機(jī)型排油注氮滅火控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張立 陳振勇 李黨召 許垚

（1.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司天水供電公司 甘肅省天水市 741000 2.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司 甘肅省蘭州市 730030）（3.許繼電氣股份有限公司 河南省許昌市 461000）

1 引言

變壓器是供電和變電環(huán)節(jié)中最貴重的設(shè)備之一，對(duì)變壓器內(nèi)部故障導(dǎo)致的變壓器起火、爆炸等惡性事故，使用排油注氮式滅火控制系統(tǒng)是最有用的處理方法。本文研究的微機(jī)型排油注氮滅火控制系統(tǒng)，是保障電力系統(tǒng)變壓器平穩(wěn)運(yùn)作的主要設(shè)備[1]。

然而現(xiàn)有的主變排油注氮滅火控制系統(tǒng)為大量電磁式繼電器組合來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯判斷及出口動(dòng)作功能，由于電磁式繼電器生產(chǎn)廠家眾多、品控管理難度高，且抗干擾能力較弱，已出現(xiàn)多起因繼電器故障導(dǎo)致誤動(dòng)作事件，造成變壓器故障跳閘。因此，如何提高主變排油注氮滅火控制系統(tǒng)的性能，是維護(hù)電網(wǎng)安全運(yùn)作的重要構(gòu)成部分。

本文研究的微處理機(jī)型主變排油注氮滅火控制系統(tǒng)在整體性能和箱體布局上有很大程度的改進(jìn)。由于技術(shù)的發(fā)展，其性能并未因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的減小而減弱，反而隨著科學(xué)的發(fā)展而有了進(jìn)一步的增強(qiáng)，其通訊效用還可以與變電后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)相互之間完成訊息的交互。微機(jī)型產(chǎn)品由于其優(yōu)良的制作環(huán)境及做工，可以運(yùn)用于多種繁雜的電氣運(yùn)作情況下。此外由于平常狀況下系統(tǒng)多處于休眠狀況，極大得增長(zhǎng)了多個(gè)部件的使用年限。這些特性使整個(gè)系統(tǒng)增長(zhǎng)了穩(wěn)定性，提升了系統(tǒng)中各個(gè)部件的功能。

2 微機(jī)型排油注氮系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本文所提出的微機(jī)型排油注氮滅火控制系統(tǒng)是由變壓器瓦斯信號(hào)、火災(zāi)探測(cè)部分，變壓器排油注氮控制裝備，斷流閥，排油注氮管道等構(gòu)成。該微機(jī)型系統(tǒng)具有對(duì)變壓器是否發(fā)生火災(zāi)進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)的功能，通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)兩種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)排油閥開(kāi)關(guān)控制[3]，將儲(chǔ)油柜與油箱之間的油路徹底封堵。然后，該微機(jī)型系統(tǒng)將氮?dú)忉尫砰y打開(kāi)，向變壓器內(nèi)不斷的充入氮?dú)猓瑥亩鴮?shí)現(xiàn)排油注氮滅火的功效。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 微機(jī)型排油注氮滅火控制系統(tǒng)原理

該系統(tǒng)中，當(dāng)變壓器遇到上述絕緣、高低能放電等故障時(shí)，針對(duì)變壓器內(nèi)油溫急劇升高同時(shí)產(chǎn)生大量可燃性氣體，迅速使氣體繼電器動(dòng)作，此時(shí)斷路器立刻跳閘[4]。同時(shí)收到火災(zāi)探測(cè)器報(bào)警信號(hào)（氣壓、溫度等）和瓦斯報(bào)警信號(hào)之后，一方面立即自動(dòng)或者手動(dòng)啟動(dòng)消防，然后排油閥迅速打開(kāi)，把變壓器油箱頂部的熱油快速排出，從而釋放油箱內(nèi)壓力并降低油位，有效制止熱油的溢出；另一方面將控流閥關(guān)閉，有效把油枕補(bǔ)油通道切斷，避免火上加油。變壓器油排出后，從油箱底部將氮?dú)獬淙胗拖鋬?nèi)部，充分使其內(nèi)部上下層高、低溫度油進(jìn)行融合，使油溫迅速降至閃點(diǎn)（135℃-150℃）和燃點(diǎn)（165℃-190℃）以下；同時(shí)注入箱內(nèi)的氮?dú)饪蓪⑾鋬?nèi)剩余的油與氧氣隔離，從而使得明火快速熄滅。為有效降低變壓器溫度和防止明火復(fù)燃，須持續(xù)向油箱內(nèi)注入氮?dú)猓瑥亩鴮?shí)現(xiàn)消防滅火[3]。

2.2 微機(jī)型排油注氮滅火控制系統(tǒng)各模塊功能簡(jiǎn)介

排油注氮滅火裝置：可以主動(dòng)探查勘測(cè)變壓器失火信息，可主動(dòng)或被動(dòng)運(yùn)行，命令排油閥完成排油泄壓，同時(shí)斷流閥可以很好的遏止儲(chǔ)油柜至變壓器油箱的油道，并支配氮?dú)忾_(kāi)釋向變壓器流入氮?dú)狻Ｔ摦a(chǎn)品由控制機(jī)柜、消防機(jī)柜、斷流閥、火災(zāi)探查監(jiān)測(cè)儀和排油注氮管道等構(gòu)成。

消防控制機(jī)柜：用來(lái)采集氣體監(jiān)測(cè)儀、火警探測(cè)儀等告警信息，驅(qū)動(dòng)消防機(jī)柜內(nèi)對(duì)應(yīng)的元件產(chǎn)生變位信息，體現(xiàn)滅火設(shè)備的工作狀況并輸出告警信號(hào)的電氣設(shè)備柜。

消防機(jī)柜：用來(lái)儲(chǔ)存氮?dú)獠Q定氮?dú)忉尫拧⑴庞汀⑿箟旱氖┬性O(shè)備。一般由具備氮?dú)鈨?chǔ)存、釋壓、調(diào)控，油氣阻隔、排放等功能的元件所構(gòu)成。

斷流閥：通常處在開(kāi)放狀況，當(dāng)變壓器著火的時(shí)候，可以主動(dòng)阻止儲(chǔ)油柜的油匯入變壓器油箱。

火災(zāi)探測(cè)裝置：安裝在變壓器頂部，用來(lái)探查監(jiān)測(cè)火災(zāi)并發(fā)出火警信號(hào)。

排油注氮管路：連接在微機(jī)型排油注氮滅火設(shè)備與變壓器之間，實(shí)現(xiàn)排油與注氮功能的管道。

排油閥：裝配在排油回路中實(shí)現(xiàn)排油泄壓的快速開(kāi)放型閥門(mén)。

排油連接閥：開(kāi)放和關(guān)閉排油注氮滅火設(shè)備的閥門(mén)。用法蘭把它裝設(shè)在變壓器油箱上部分的排油管上。

注氮閥（氮?dú)忉尫砰y）：收到控制機(jī)柜的開(kāi)啟信息后啟動(dòng)開(kāi)釋氮?dú)獾拈y門(mén)。

注氮連接閥：開(kāi)放和阻隔微機(jī)型排油注氮滅火設(shè)備的閥門(mén)。用法蘭把它裝設(shè)在油箱下部分的注氮通道上。

檢修閥：安裝于排油注氮滅火設(shè)備排油管道的閥門(mén)，關(guān)閉后設(shè)備處于檢修狀態(tài)。

波紋管：用于排油管路，實(shí)現(xiàn)管道位移和尺寸補(bǔ)償?shù)膹椥圆y構(gòu)件。

排氣組件：常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)下，用來(lái)排出泄露的氮?dú)猓苑佬孤兜牡獨(dú)庹`入油箱的組件。

油氣隔離裝置：用來(lái)阻隔變壓器油與氮?dú)獾拿荛]性設(shè)備。與氮?dú)鈧鬏敺较蛳嗤瑸橛蜌庾韪粼恼较颍环粗Q為油氣隔離裝置的反向。

3 系統(tǒng)微機(jī)化部分介紹

隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展，微機(jī)型排油注氮控制系統(tǒng)在變電站消防領(lǐng)域逐步實(shí)現(xiàn)推廣與應(yīng)用。本文采用控制裝置微機(jī)化的思路，在成熟的微電子技術(shù)支撐下，以微機(jī)型變壓器非電量保護(hù)裝置為參考，結(jié)合目前排油注氮滅火裝置的典型二次邏輯，開(kāi)發(fā)出一套性能可靠、自動(dòng)化水平高的微機(jī)型主變排油注氮滅火裝置，該產(chǎn)品可對(duì)傳統(tǒng)電磁式/PLC 繼電器組合而成主變排油注氮滅火控制產(chǎn)品進(jìn)行整體替換，在提高穩(wěn)定性和可靠性的同時(shí)，增加裝置事故自檢、異常信息自動(dòng)上傳、遠(yuǎn)方操作等功能。

3.1 系統(tǒng)微機(jī)化部分各模塊功能簡(jiǎn)介

微機(jī)控制裝置的硬件主要包括以下三個(gè)部分：

（1）模擬量輸入系統(tǒng)：包括電壓形成、模擬濾波、采樣保持、多路轉(zhuǎn)換以及模數(shù)轉(zhuǎn)換，可以將模擬輸入量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量[5]。

（2）CPU 主系統(tǒng)：包括微處理器、只讀存儲(chǔ)器、可擦存儲(chǔ)器、隨機(jī)存儲(chǔ)器及定時(shí)器等。微處理器執(zhí)行存放在電子存儲(chǔ)器的程序，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以完成程序所規(guī)定的任務(wù)。

（3）開(kāi)關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)：由多路并列適配器、光隔元件及有接電的微型繼電器構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)多路出口動(dòng)作、信號(hào)告警、外部信息輸入及人機(jī)對(duì)話等功能。

3.2 系統(tǒng)微機(jī)化部分關(guān)鍵技術(shù)介紹

該系統(tǒng)微機(jī)化部分主要采用了開(kāi)入“三取二”技術(shù)和雙電源切換技術(shù)，針對(duì)老舊變電站現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，聯(lián)系電力系統(tǒng)可靠性的要求，從而實(shí)現(xiàn)不發(fā)生誤動(dòng)作等情況，從而有效的規(guī)避因設(shè)備損壞、誤操作、誤動(dòng)作等導(dǎo)致的電力系統(tǒng)故障的產(chǎn)生。

3.2.1 開(kāi)入“三取二”技術(shù)介紹

為充分提高變壓器非電量信號(hào)采集的靈敏性、選擇性和高可靠型，避免變壓器火災(zāi)的發(fā)生，在本文所研究的微機(jī)型排油注氮滅火控制系統(tǒng)中，將重瓦斯信號(hào)、油箱超壓信號(hào)、火災(zāi)監(jiān)測(cè)信號(hào)、三側(cè)跳閘信號(hào)、檢修閥關(guān)閉信號(hào)、排油閉鎖信號(hào)、注氮閉鎖信號(hào)均使用“三取二”的方式進(jìn)行[6]。即當(dāng)三個(gè)信號(hào)開(kāi)入有任意兩個(gè)以上開(kāi)入有開(kāi)入信號(hào)時(shí)該開(kāi)入有效，如圖2所示。

為滿足電力系統(tǒng)可靠性要求，本文研究的微機(jī)型排油注氮滅火控制系統(tǒng)中排油注氮控制裝置硬件設(shè)計(jì)采用雙重抗干擾措施，在光電隔離的基礎(chǔ)上加裝開(kāi)入量功率啟動(dòng)回路，只有功率大于5W 的開(kāi)入才能使開(kāi)入光隔導(dǎo)通；軟件設(shè)計(jì)使用“三取二”邏輯，只有三個(gè)信號(hào)中同時(shí)存在兩個(gè)以上時(shí)才判斷該開(kāi)入有效，保證開(kāi)入的準(zhǔn)確性，減少拒動(dòng)誤動(dòng)可能。“三取二”信號(hào)控制方式降低了因單一接點(diǎn)故障而導(dǎo)致的裝置誤動(dòng)，從而提高電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

3.2.2 雙電源切換技術(shù)

該控制系統(tǒng)通過(guò)將繼電器線圈引出至外部端子并額外配置電源，從而實(shí)現(xiàn)本回路繼電器可直接控制電磁鐵的功能。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一旦排油注氮裝置失效，排油注氮功能依舊可正常執(zhí)行。在該系統(tǒng)中采用了一種雙路電源自動(dòng)切換電路，該電路可用于切換第一輸入電源和第二輸入電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的可靠高效供電。

如圖3所示，假設(shè)第一路電源可正常使用，則第二路電源不向系統(tǒng)供電，僅做為備用電源。KM1 得電時(shí)，其主觸頭閉合且常閉輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)，KM2 不得電且其主觸頭斷開(kāi)，負(fù)載由第一路電源供電。當(dāng)?shù)谝宦饭╇婋娫词щ姾螅瑒tKM1 主觸頭斷開(kāi)，其常閉輔助觸點(diǎn)閉合。此時(shí)第二路電源則開(kāi)始向系統(tǒng)供電，KM2 得時(shí)，其主觸頭閉合且常閉輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)；若KM1 供電恢復(fù)，KM1 線圈仍不能得電。

圖1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2：“三取二”邏輯框圖

圖3：雙電源切換技術(shù)邏輯框圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的微機(jī)型排油注氮滅火控制設(shè)備，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變壓器火災(zāi)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，通過(guò)主動(dòng)（或被動(dòng)）方式處理排油閥的啟停，實(shí)現(xiàn)排油減壓；另一方面封堵儲(chǔ)油柜和油箱之間的通道，通過(guò)對(duì)氮?dú)忾_(kāi)釋閥的約束，不斷的將氮?dú)獬淙胱儔浩鲀?nèi)，從而起到高效滅火的作用。該系統(tǒng)進(jìn)一步提升了變電站的自動(dòng)化水平，降低誤動(dòng)跳閘事故的發(fā)生，降低變電設(shè)備運(yùn)維檢修人力物力成本，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。其通信功能還可以與變電站后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行信息交流，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控功能，大幅降低運(yùn)維人員巡視操作的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了工作效率。滿足國(guó)網(wǎng)公司對(duì)微機(jī)型排油注氮控制系統(tǒng)規(guī)范化管理的需求。成果成功應(yīng)用后，可以逐步推廣到國(guó)網(wǎng)公司運(yùn)維檢修技改項(xiàng)目中，具有廣闊的應(yīng)用前景和較高轉(zhuǎn)化應(yīng)用價(jià)值。