新型排油注氮式變壓器滅火裝置的研究

陳俊紅 董琳杰 胡俊祥

（1. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，河北 保定 071001；2. 保定力成電氣有限公司，河北 保定 071051；3. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，河北 保定 071001）

在電力系統(tǒng)中大容量的變壓器多為油浸電力變壓器，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著“心臟”的功能。一旦發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個區(qū)域內(nèi)的電力網(wǎng)癱瘓。特別是其器身內(nèi)充有幾十甚至上百噸的絕緣油，在變壓器短時或持續(xù)性故障時間里，將分解出甲烷、乙烷、氫等可燃性氣體，如果產(chǎn)生的可燃氣體數(shù)量或壓力超過變壓器的容許值時，將從變壓器器身的薄弱環(huán)節(jié)噴射出來而造成火災(zāi)。因此，無論是設(shè)計單位還是運行單位都應(yīng)重視油浸式電力變壓器的消防。

目前，油浸電力變壓器的消防系統(tǒng)有水噴霧滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、氣溶膠滅火系統(tǒng)、“SP”合成型泡沫噴淋滅火系統(tǒng)。GB50016-2006《建筑設(shè)計防火規(guī)范》規(guī)定：單臺容量在 40MVA及以上的廠礦企業(yè)油浸電力變壓器、單臺容量在 90MVA及以上的電廠油浸電力變壓器，或單臺容量在125MVA及以上的獨立變電所油浸電力變壓器應(yīng)設(shè)置自動滅火系統(tǒng)，且宜采用水噴霧滅火系統(tǒng)。GB50045-1995（2005版）《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》規(guī)定：高層建筑內(nèi)的可燃油油浸電力變壓器應(yīng)設(shè)置除鹵代烷1211、1301以外的自動滅火系統(tǒng)，且宜設(shè)水噴霧或氣體滅火系統(tǒng)[1]。這些滅火系統(tǒng)都具有各自的優(yōu)點，但它們均是當(dāng)變壓器發(fā)生火災(zāi)后才動作的滅火設(shè)施，做不到“預(yù)防為主”。而排油注氮式變壓器滅火裝置是一種以“預(yù)防為主、防消結(jié)合”的消防設(shè)施，具有經(jīng)濟、有效、適用的特點。目前已成為替代其他滅火設(shè)施的重要手段。

1 排油注氮式變壓器滅火裝置

排油注氮式變壓器滅火裝置由滅火箱、控制箱、氮氣瓶、開啟閥、排油管路、注氮管路、快速排油閥、關(guān)閉閥、氣體繼電器和探測器等組成，其在變壓器上的安裝簡圖見圖1所示。

圖1 排油注氮式滅火裝置在變壓器上的安裝簡圖

排油注氮式變壓器滅火裝置防火防爆和滅火原理為：“快速排油、注氮滅火”即當(dāng)變壓器發(fā)生故障，產(chǎn)生的高溫使油箱內(nèi)部的變壓器油分解出大量的可燃氣體，引起氣體繼電器保護裝置動作，斷路器跳閘，發(fā)出相應(yīng)的信號和指令。此時變壓器油箱內(nèi)部由于熱慣性，壓力繼續(xù)增大，超過壓力釋放閥和壓力控制器設(shè)定值時，則開啟排油閥將變壓器頂部的油迅速排掉，降低變壓器油箱油位，減輕油箱本體油壓，防止變壓器爆炸；斷流閥在流量增大時關(guān)閉，將儲油柜和箱體內(nèi)的油斷開，油壓的變化使氮氣控制閥動作，氮氣以恒壓從變壓器底部兩側(cè)多個管孔吹入，攪拌冷卻變壓器箱體內(nèi)的油，同時充滿排油后留下的空間，隔絕空氣，使油溫降至燃點以下，而迅速滅火，全部充氮時間大約在十分鐘以上，可使變壓器油充分冷卻，防止復(fù)燃[2]。

排油注氮技術(shù)最早應(yīng)用于美國的油罐區(qū)，1989年我國引進了法國的 SERGI公司生產(chǎn)的變壓器排油注氮裝置，國內(nèi)一些廠家也先后對該技術(shù)進行了國產(chǎn)化并取得了一定成效。但國內(nèi)的排油注氮式變壓器滅火裝置大多采用重錘機構(gòu)控制氮氣的注入，基本過程為：當(dāng)變壓器發(fā)生火災(zāi)，需要注入氮氣時，重錘下面的機械軸依靠電磁收縮，使得氮氣控制閥的重錘落下，氮瓶內(nèi)的氮氣從變壓器底部兩側(cè)多孔管吹入，使變壓器箱體內(nèi)的油翻騰，促使上部油溫迅速下降。其重錘控制部分如圖2圓圈部分所示。

圖2 傳統(tǒng)排油注氮式變壓器滅火裝置的重錘機構(gòu)

長期以來，排油注氮式滅火裝置一直采用此結(jié)構(gòu)，但實際應(yīng)用表明此裝置存在嚴重缺陷：

1）這種配合機構(gòu)有很大危險性，如長期的震動，容易使緊固部分松懈，而造成誤動。

2）由于長期受力，使元器件容易變形，而造成誤動。

3）由于重錘的連接桿控制里面的排油閥，連接桿因震動或生銹都極易造成位置變形，從而使排油閥里面的配合出現(xiàn)間隙而漏油。

4）重錘的連接部分，也會由于變形、生銹和連接松懈等造成拒動。

5）由于震動和變形，會影響重錘控制的蝶閥的密封性。

2 LCH-1A型排油-注氮式變壓器滅火裝置

鑒于此，LCH-1A型排油-注氮式變壓器滅火裝置在傳統(tǒng)排油注氮式變壓器滅火裝置的基礎(chǔ)上，去掉了傳統(tǒng)的電磁機構(gòu)和重錘連動的操作機構(gòu)，改用了全新的機電一體的操縱機構(gòu)，即在排油注氮的關(guān)鍵環(huán)節(jié)中分別采用特制電磁閥進行控制。該機電一體的操縱機構(gòu)有效避免了傳統(tǒng)排油注氮式變壓器滅火裝置由于電磁機構(gòu)拉桿軌道的腐蝕等而造成重錘的卡死，致使裝置出現(xiàn)拒動、誤動的產(chǎn)品缺陷；同時還有效避免了傳統(tǒng)排油注氮式變壓器滅火裝置動作后無法繼續(xù)使用，必須更換裝置本身部分元器件的缺陷，大大降低了產(chǎn)品的維護、保養(yǎng)等費用，使用壽命大大延長。改進后的裝置具體特點如下：

1）抗震性好，由于鎖銷部分卡住了控制桿，震動不會對其造成影響。

2）不會變形，因為控制部分受力很小，所以不會產(chǎn)生變形。

3）密封性好，不影響密封間隙。

4）不會腐蝕，因為控制機構(gòu)是密封浸泡在變壓器油內(nèi)，所以不會受空氣影響而生銹腐蝕。

5）在斷電情況下，可以自動打開電磁閥排油。

圖3 LCH-1A型滅火裝置示意圖

總之， LCH-1A型排油注氮滅火裝置因采用全新的機電一體的操縱機構(gòu)，具有造價低，運行管理簡單、維護方便、結(jié)構(gòu)緊湊，易于安裝、受水源等地理環(huán)境限制，不會凍冰，阻塞等特點；有效解決了我國華北、西北、東北等三北地區(qū)，因水資源缺乏而形成的“以水定所”的被動局面。

該裝置已通過國家鑒定，并在各地廣泛推廣使用。

3 結(jié)論

排油注氮式變壓器滅火裝置作為一種新技術(shù)其工作全過程無需人的介入，即從火災(zāi)發(fā)生、氮自動進入變壓器到火的熄火都是自動完成的。該裝置在火災(zāi)時能自動將變壓器油枕與本體的油隔開，由于滅火是從變壓器箱體內(nèi)部開始的，所以滅火速度快、損失小，且滅火后充氮仍然留在油箱內(nèi)，能夠保證油不會重燃，且不會對變壓器產(chǎn)生損壞或留下隱患。由于整個裝置是密封的，所以不存在防銹、雜物、藻菌、防凍等問題，使其應(yīng)用越來越廣泛[3]。LCH-1A型排油-注氮式變壓器滅火裝置的電磁閥機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單、可靠，克服了重錘機構(gòu)的缺陷，不會發(fā)生誤動和拒動，而且密封性好，是變壓器排油注氮式滅火裝置的發(fā)展趨勢。

[1]張虎南.室內(nèi)外油浸電力變壓器固定式滅火系統(tǒng)的選擇[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息, 2009(4):33-35.

[2]方海平.排油注氮裝置在變電所變壓器消防中的應(yīng)用[J].廣西電業(yè),2006,8(77):80-82.

[3]靳自兵.排油充氮滅火裝置在電力變壓器防火保護中的應(yīng)用探討[J].火災(zāi)科學(xué),2006, 3(6):67-68.