油浸變壓器消防措施綜述

油浸變壓器消防措施綜述

1油浸沒機(jī)火災(zāi)的特點(diǎn)1.1油浸出器火災(zāi)的危害油浸壓裝置是主要的工廠和能源裝置。如果發(fā)生故障，整個(gè)地區(qū)的電力網(wǎng)就會麻痹。1.2變壓器油混合物質(zhì)的特性目前,發(fā)電廠和變電所的電力變壓器通常是油浸變壓器。本體內(nèi)的變壓器油是作為絕緣、冷卻劑和隔熱用的可燃液體。變壓器運(yùn)行時(shí)的工作油溫一般在50～70℃左右,當(dāng)溫度達(dá)到400℃時(shí)就開始產(chǎn)生輕微的分解,當(dāng)過熱溫度超過800℃時(shí),變壓器油幾乎全部分解為氫、甲烷和乙炔。電力變壓器故障時(shí),硅鋼片的層間絕緣被破壞、鐵芯發(fā)熱,使變壓器鐵芯產(chǎn)生局部過熱,其溫度可高達(dá)800℃以上;而變壓器的高能放電可使局部溫度高達(dá)3000℃;變壓器在高溫作用下所生成的可燃?xì)怏w,有的直接進(jìn)入變壓器油枕上部的空間;有的被變壓器油溶解(使變壓器油的絕緣強(qiáng)度降低)后再部分的釋放出來;這樣在變壓器油枕上部空間內(nèi)就積聚了大量的可燃?xì)怏w,使變壓器油的閃點(diǎn)降低。如果變壓器的繼電保護(hù)拒絕動作或動作不及時(shí),將使變壓器油的溫度在極短的時(shí)間內(nèi)以極快的速度上升,迅速增加的被氣化的變壓器油體積急劇膨脹,一旦變壓器的器身有薄弱部位(如變壓器瓷套管、器身焊縫、防爆口等處)將破成裂口,使變壓器油及產(chǎn)生的可燃?xì)怏w一起從裂口中噴出,噴出的變壓器油及可燃?xì)怏w的混合物在與空氣摩擦接觸后,就產(chǎn)生火焰或爆炸。如:1989年8月8日安徽洛河電廠升壓站的250MVA單相變壓器因高壓繞組線圈換位處對變壓器鐵芯放電而突然爆炸起火,油箱開裂。1987年6月5日山東淄博魏家莊220kV變電所的1臺120MVA的自耦變壓器起火。事故的起因是高壓線路短路,著火點(diǎn)在變壓器套管處,油枕不斷向起火點(diǎn)處供油,使火越燒越旺。1991年江蘇諫壁電廠9號主變的火災(zāi)事故也屬于這一類型。2覆壓電廠(1)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定:單臺容量在40MW及以上的廠礦企業(yè)可燃油油浸電力變壓器、單臺容量在90MW及以上可燃油油浸電廠電力變壓器或單臺容量在125MW及以上的獨(dú)立變電所可燃油油浸電力變壓器應(yīng)設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)。同時(shí)注明當(dāng)設(shè)置在缺水或嚴(yán)寒地區(qū)時(shí),應(yīng)采用其他滅火系統(tǒng)。(2)《火力發(fā)電廠與變電所設(shè)計(jì)防火規(guī)范》提出在經(jīng)當(dāng)?shù)叵辣O(jiān)督部門及建設(shè)單位認(rèn)可的情況下,可采用排油注氮滅火系統(tǒng)。(3)氣體、泡沫等其他滅火系統(tǒng)在以上消防措施中,針對電廠與變電所油浸變壓器,采用水噴霧消防系統(tǒng)或排油注氮消防系統(tǒng)是變壓器消防主要的方式,選擇時(shí)通過綜合比較后確定其一。3防水噴霧系統(tǒng)3.1水霧滴噴射成巖后降低油表面溫度水噴霧消防系統(tǒng)是利用水霧噴頭在一定水壓下將水流分解成細(xì)小的不連續(xù)的間斷水霧滴進(jìn)行滅火或防護(hù)冷卻的一種固定滅火系統(tǒng)。水噴霧主要是通過表面冷卻、窒息及乳化等作用對變壓器火災(zāi)進(jìn)行滅火的。相同體積的水以水霧滴形態(tài)噴出時(shí)表面積大了幾百倍,因此噴射至燃燒油表面時(shí)會吸收大量的熱而迅速汽化,從而使變壓器油表面溫度迅速降低,使熱分解結(jié)束,中止燃燒。水霧滴汽化后形成原體積1680倍的水蒸汽,可降低變壓器周圍空氣中的氧氣含量,抑制燃燒。當(dāng)水霧滴噴射到正在燃燒的油表面時(shí),由于水霧滴的沖擊,在油表層造成攪拌作用,從而造成油表層的乳化。由于乳化層的不燃燒性,將中斷燃燒。乳化層在噴射停止后仍能保持相當(dāng)長的時(shí)間,可防止復(fù)燃。而且,由于水噴霧消防系統(tǒng)不會造成液體飛濺、電氣絕緣度高的特點(diǎn),因此在變壓器的消防中被廣泛應(yīng)用。3.2消防水泵投運(yùn)后,一環(huán)其電當(dāng)主變壓器發(fā)生火災(zāi)時(shí),纜式感溫電纜將火警信號傳至主控室消控盤,聯(lián)動打開對應(yīng)的雨淋閥,雨淋閥打開后,管道內(nèi)的壓力下降,穩(wěn)壓設(shè)備開始投入運(yùn)行,因穩(wěn)壓泵流量有限,壓力將迅速下降,當(dāng)降至設(shè)定值時(shí),消防水泵自動啟動。從火災(zāi)報(bào)警至水噴霧管道噴出水霧,時(shí)間不超過45s。系統(tǒng)框圖1:3.3系統(tǒng)的占地面積以220kv主變?nèi)萘繛槔?，配備三個(gè)180va容量的220kv變量總占地面積約為196.5m2。3.4系統(tǒng)成本以三個(gè)180va容量的220kv主變換器為例，含施工成本(1)消防泵房建設(shè)成本114000元(2)設(shè)備和管道228879元(3)消防水池、砂池、滅火池150005元(4)雨水池60000元(5)室外消防管道、鋼結(jié)構(gòu)、管道支撐和噴灑裝置104886元合計(jì):657770元4油氮消除系統(tǒng)的排放4.1變壓器火災(zāi)原因分析根據(jù)前面論述的變壓器火災(zāi)的原因可知,在變壓器短時(shí)或持續(xù)性故障時(shí)間里,如果產(chǎn)生的可燃?xì)怏w數(shù)量或壓力超過變壓器的容許值時(shí),將發(fā)生爆炸,并從變壓器器身的薄弱環(huán)節(jié)噴射出來而造成火災(zāi)。經(jīng)調(diào)查和分析可知,在變壓器火災(zāi)的案例中從故障到爆炸的過程往往不到1s。排油注氮方案是通過壓力探測或溫度感應(yīng)和電氣保護(hù)同時(shí)動作后,在0.5s內(nèi)啟動排油系統(tǒng),排掉部分油,降低本體內(nèi)的壓力,同時(shí)關(guān)閉油枕連接本體的斷流閥,并在3s后從變壓器底部充氮?dú)?由于氮?dú)獗旧淼牡蜏睾筒蝗夹?通過在油內(nèi)的上升、攪拌和覆蓋,降低油溫,并隔絕空氣,起到防火、防爆及滅火的作用。4.2壓力探測器或設(shè)備在使用變壓器乙(1)當(dāng)系統(tǒng)同時(shí)檢測到變壓器內(nèi)部故障產(chǎn)生的高壓力(通過壓力控制器檢測)或檢測到變壓器發(fā)生火災(zāi)(通過溫感火災(zāi)探測器檢測)和電氣保護(hù)(重瓦斯等)的信號時(shí),在0.2s內(nèi)啟動排油注氮設(shè)備。由于排油注氮系統(tǒng)最突出的特點(diǎn)就是防爆,因此在火災(zāi)之前就應(yīng)及時(shí)啟動,這就要求系統(tǒng)動作應(yīng)準(zhǔn)確,不能誤動作而排掉變壓器內(nèi)部的油而造成巨大的損失。壓力探測器或溫感探測器信號與斷路器跳閘以及重瓦斯等電氣保護(hù)信號同時(shí)動作的目的就是在于增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性,在保證可靠性的前提下最大限度地防止系統(tǒng)誤動作。(2)設(shè)備在收到故障信號后,在0.2s內(nèi)打開快速排油閥,將變壓器箱體內(nèi)部的油排至事故排油系統(tǒng),同時(shí)關(guān)閉斷流閥將油枕的油與本體隔離,使變壓器本體的油位下降從而降壓。在油排出3s后,氮?dú)鈴淖儔浩鞯撞孔⑷氡倔w內(nèi),氮?dú)夂陀偷臄嚢枋构收蠀^(qū)域的油溫降低,并充滿上部空間防止空氣進(jìn)入,氮?dú)膺B續(xù)注入30min以上,冷卻變壓器本體及頂蓋,防止復(fù)燃。4.3系統(tǒng)的占地面積以220kv主變?nèi)萘繛槔?，配備三個(gè)180va容量的220kv變量總占地面積約為38.5m2。4.4火炬及消防水泵(1)100m3消防水池、砂池及滅火器:70000元(2)消防水泵及消防管道:60000元(2)排油注氮設(shè)備:750000元合計(jì):880000元5系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)5.1基于溫度噴霧探測系統(tǒng)方案其優(yōu)點(diǎn)是:(1)能有效地?fù)錅缱儔浩骰馂?zāi),經(jīng)消防實(shí)例驗(yàn)證是有效的變壓器火災(zāi)消防措施。(2)能有效地防止火災(zāi)蔓延。(3)總造價(jià)較低,3臺主變壓器所配設(shè)的消防總造價(jià)為65.8萬元,兩臺主變壓器所配設(shè)的消防總造價(jià)約為63萬元。其缺點(diǎn)是:(1)防爆性能較差。本方案是通過纜式感溫電纜或閉式噴頭探測變壓器本體外殼的溫度連鎖啟動水噴霧系統(tǒng)的,由于變壓器發(fā)生故障到發(fā)生爆燃的時(shí)間很短,感溫電纜或閉式噴頭往往還來不及探測到溫度變化的時(shí)候,變壓器就發(fā)生了爆炸。(2)由于系統(tǒng)需建消防泵房和較大的消防水池,因此占地面積較大。(3)在個(gè)別消防案例中,由于變壓器爆炸損壞了水噴霧管道,因此造成消防系統(tǒng)無法有效地運(yùn)行。(4)由于變壓器起火后,內(nèi)部油溫很高,將明火撲滅后,如果不采取持續(xù)降溫措施和可靠的排油措施,油溫得不到降低,仍將可能導(dǎo)致復(fù)燃。(5)由于以往設(shè)計(jì)的水噴霧系統(tǒng)無法在火災(zāi)時(shí)阻止儲油柜的油下泄,因此會造成“火上澆油”的現(xiàn)象,造成滅火的困難。(6)施工周期較長。5.2增設(shè)注氮管排油注氮消防在我國一些省份特別是一些缺水地區(qū)及嚴(yán)寒地區(qū)的220kV變電所應(yīng)用較多,我省沿海地區(qū)淡水資源匱乏,也可選擇本系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn):(1)防爆性能較好。本方案是通過消防柜中壓力控制器探測造成火災(zāi)的壓力變化及有可能導(dǎo)致火災(zāi)的報(bào)警信號同時(shí)作用,來連鎖啟動排油注氮設(shè)備的。排了變壓器部分油后降低了本體內(nèi)的壓力,再通過高壓注氮管從本體底部向本體內(nèi)充氮,一方面冷卻了油溫,另一方面上升的氮?dú)鈺谟捅砻娓艚^氧氣,防止火災(zāi)發(fā)生。(2)在儲油柜與變壓器本體間增設(shè)斷流閥,一旦變壓器本體內(nèi)油位迅速下降,斷流閥立刻動作,防止儲油柜中的油下泄,以避免火災(zāi)的擴(kuò)大。(3)由于系統(tǒng)不需建消防泵房和較大的消防水池;因此占地面積較小。(4)施工周期較短。缺點(diǎn):(1)尚無消防實(shí)例驗(yàn)證其防爆、防火及滅火的確實(shí)有效性。(2)造價(jià)較高,3臺主變壓器所配設(shè)的消防總造價(jià)為88萬元,兩臺主變壓器所配設(shè)的消防總造價(jià)約為63萬元。(3)由于本系統(tǒng)對已發(fā)生燃燒的火災(zāi)撲救效果較差,更無法防止火災(zāi)在變壓器油坑及其他地方蔓延(除了用室外消火栓能起一些作用),因此對于火災(zāi)的撲救來說,效果不好。(4)由于變壓器一旦排油就將對電網(wǎng)運(yùn)行造成很大影響。因此系統(tǒng)采取了一系列的防止誤動作的措施,但防誤動作的同時(shí),必將對設(shè)備運(yùn)行的可靠性造成負(fù)面的影響。如果某個(gè)保護(hù)信號或壓力控制器發(fā)生故障不能動作時(shí),本設(shè)備將無法實(shí)現(xiàn)其消防功能。(5)總造價(jià)較高。6水噴霧消防系統(tǒng)的可靠性(1)在現(xiàn)行的有關(guān)消防規(guī)范中,明確指出撲救室外油浸變壓器火災(zāi)應(yīng)采用水噴霧消防系統(tǒng),在缺水或嚴(yán)寒地區(qū)或經(jīng)當(dāng)?shù)叵辣O(jiān)督部門及建設(shè)單位認(rèn)可的情況下,可采用排油注氮滅火系統(tǒng)。水噴霧消防系統(tǒng)的優(yōu)勢在于其撲救火災(zāi)及防止火災(zāi)蔓延,而排油注氮消防系統(tǒng)的優(yōu)勢在于其更為出色的防爆性能,能更有效地預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。(2)對于變壓器消防來說,防的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于消,這也與我國“以防為主、消防結(jié)合”的消防指導(dǎo)思想相一致。變壓器一旦爆炸起火,即使是滅火性能較好的水噴霧消防系統(tǒng)也無十分成功的把握。況且水噴霧消防系統(tǒng)可能因變壓器爆炸而影響其滅火效果。從這方面而言,排油注氮消防系統(tǒng)要優(yōu)于水噴霧消防系統(tǒng)。但從另一方面來說,一旦變壓器爆炸起火,更重要的不是如何撲滅變壓器火災(zāi),而是如何防止火災(zāi)沿主變油坑、排油管道以及電纜蔓延。在這方面,水噴霧消防系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢,而排油注氮消防系統(tǒng)除了室外消火栓外,幾乎沒有防蔓延的有效手段。(3)針對水噴霧消防系統(tǒng)來說,由于火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)一直存在一定程度的誤報(bào)率,因此變壓器運(yùn)行時(shí)往往關(guān)閉了自動啟動方式,該由人工確認(rèn)來啟動系統(tǒng),往往延誤了撲滅火災(zāi)的最佳時(shí)機(jī)。而針對排油注氮消防系統(tǒng)來說,由于擔(dān)心系統(tǒng)誤動作而造成不必要的巨大損失,往往在設(shè)計(jì)時(shí)多考慮了許多防誤動的措施,比如需多個(gè)信號同時(shí)動作才啟動裝置,還有專家提出增設(shè)一壓力控制器并將兩壓力控制器串聯(lián)來防止誤動作。這樣一來,系統(tǒng)的安全性得到了提高,但消防系統(tǒng)的可靠性卻大大下降了,一旦某個(gè)信號出現(xiàn)了故障,將無法啟動裝置,從而失去了排油注氮消防系統(tǒng)最優(yōu)的防爆性能,導(dǎo)致變壓器火災(zāi)的發(fā)生,而且撲救火災(zāi)和防止蔓延又正好是本系統(tǒng)的弱點(diǎn)所在。所以,對于水噴霧消防系統(tǒng),應(yīng)重視火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的可靠性,盡可能選用質(zhì)量可靠、誤報(bào)率低的設(shè)備,在此前提下應(yīng)保持系統(tǒng)的自動啟動方式。另一方面對現(xiàn)行的水噴霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn),比如在儲油柜與變壓器本體間增設(shè)斷流閥,進(jìn)一步防止火災(zāi)的蔓延;針對某些水噴霧系統(tǒng)出現(xiàn)的管路銹渣堵塞噴頭的現(xiàn)象,采取鋼塑復(fù)合管等新型供水管材來預(yù)防銹蝕。而對于排油注氮消防系統(tǒng),針對可靠性與安全性之間尖銳的矛盾:應(yīng)進(jìn)行充分的論證,找到合理的平衡點(diǎn),以免造成重大的損失。(4)由于現(xiàn)在變壓器的電氣二次保護(hù)已較為完善,事故的可能性已經(jīng)很小,所以對于消防系統(tǒng)來說,防止火災(zāi)蔓延應(yīng)是更重要的。排油注氮消防系統(tǒng)的可靠性與安全性很難兩全,如果處理不好,不是容易誤動作造成不必要的損失,就是因?yàn)椴荒芗皶r(shí)啟動裝置而造成火