1 000 kV變壓器應急排油滅火技術研究

安 濱

(國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟南 250118)

0 引言

作為特高壓變電站核心設備的1 000 kV變壓器，其運行工況直接影響到整個特高壓輸電系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。

1 000 kV特高壓變壓器為油浸式變壓器，一旦發(fā)生內(nèi)部嚴重故障而引發(fā)火災，若不能在短時間內(nèi)撲滅明火，箱體內(nèi)大量的變壓器油可能造成火勢持久蔓延及更大損失。現(xiàn)有的特高壓變壓器均設計有手動排油閥門，在檢修或排油時需人工就地打開排油閥門實現(xiàn)排油，但在變壓器發(fā)生火災時人員無法靠近，不利于火災初期的快速有效控制。

特高壓變壓器發(fā)生火災，變壓器油是主要燃燒物。我國在運的特高壓變壓器本體內(nèi)部存油量為106～132 t，當變壓器內(nèi)部套管等區(qū)域發(fā)生嚴重故障時，巨大的短路電流會在瞬間產(chǎn)生高溫熾熱油氣，內(nèi)部壓力驟然升高可能造成升高座脫離，套管法蘭或焊縫破口，變壓器油通過破口發(fā)生噴濺、溢出或燃燒。變壓器油火對變壓器本體強持續(xù)加熱作用會造成燃燒強度持續(xù)增大，對周邊人員和設備安全構成更大威脅，給火災撲救造成更大困難。

因此，設置1 000 kV變壓器本體應急排油系統(tǒng)，以確保在火災發(fā)生時能夠遠程手動啟動排油，及時排出內(nèi)部存油，有效減少火災持續(xù)時間和燃燒強度，降低安全風險和火災撲救難度，對于突發(fā)應急情況處理和降低直接經(jīng)濟損失具有十分重要的意義。

1 1 000 kV變壓器消防系統(tǒng)配置

目前，國內(nèi)特高壓變壓器配置的固定式滅火系統(tǒng)主要有水噴霧滅火系統(tǒng)和泡沫滅火系統(tǒng)兩種，均使用自動滅火方式，即當滿足系統(tǒng)的啟動條件后，無需人工判斷，自動啟動滅火系統(tǒng)，但是受到現(xiàn)場消防水池容量和泡沫原液數(shù)量的影響，無法將現(xiàn)場火勢快速撲滅。對此，國網(wǎng)公司組織各特高壓變電站開展了一系列消防提升措施，主要包括消防水池擴容至1 500 m3、提升站內(nèi)存儲的泡沫原液容量、開展消防駐站等措施，但是這些措施都是外部干預式滅火，無法從變壓器內(nèi)部源頭控制火勢，采用本體排油閥門排油可以解決此類問題，但發(fā)生火災后采用人工就地排油的方式較難實現(xiàn)，而通過1 000 kV變壓器本體應急排油系統(tǒng)遠程啟動排油則可有效地從變壓器內(nèi)部控制火勢，阻止火災蔓延。

2 變壓器排油試驗分析

國網(wǎng)公司利用2臺退役220 kV和110 kV變壓器組織開展了靜態(tài)排油試驗和燃燒排油試驗。

(1) 變壓器靜態(tài)排油試驗。旨在測試不同管徑管道的排油速度，進而用于推算特高壓變壓器排油時不同管徑管道的大致排油時間。

① 220 kV試驗變油重42.96 t，采用一個φ150排油閥門排油，耗時26 min10 s，平均排油速度約1.65 t/min；采用一個φ80排油閥門排油，耗時64 min40 s，平均排油速度約0.66 t/min。

② 110 kV試驗變油重13.65 t，采用一個φ80排油閥門排油耗時24 min30 s，平均排油速度約0.55 t/min。

(2) 開展變壓器燃燒排油試驗。旨在通過模擬變壓器套管處爆炸并引起器身大面積起火的場景來驗證對變壓器本體排油控制火勢蔓延的可行性。觀察實施本體排油后火勢的變化情況，確認外部火是否引入了變壓器內(nèi)部，以及評估排油是否引入了新的風險。開展燃燒排油試驗時，由于熱油的粘稠度低，排油速度比冷油快36 %。采用一個φ80排油閥排出100 t油所需時間約為114 min，采用兩個φ80閥門約需57 min。目前國內(nèi)1 000 kV變壓器大多采用DN150口徑的排油閥門，在含有130 t變壓器油的1 000 kV變壓器發(fā)生火災時，可確保2 h以內(nèi)完成變壓器排油工作。

3 1 000 kV變壓器應急排油技術要點

3.1 應急排油改造總體思路

在不影響變壓器原有功能的前提下，改造變壓器排油管道，增設電動球閥和控制屏柜，火災時由運維人員遠程啟動應急排油系統(tǒng)，將變壓器油箱內(nèi)的油快速排入事故油池，限制火災擴大和火勢蔓延，減少事故損失?？紤]到油枕內(nèi)變壓器油較少，可在短時間內(nèi)流至本體油箱，油枕可不單獨采取應急排油措施，但油枕斷流閥(如已加裝)應處于“強制打開”狀態(tài)。暫不考慮特高壓變壓器調(diào)補變應急排油改造，在特高壓變壓器本體的事故排油閥之后加裝一個應急排油系統(tǒng)，其基本結構如圖1所示。

圖1 變壓器應急排油改造系統(tǒng)

事故排油回路中采用兩個電動球閥并聯(lián)的方式，且兩個電動球閥的電源、信號等回路均相互獨立，一、二次設備均冗余配置，滿足防拒動要求，電纜及每個電動球閥等關鍵元件均考慮防火設計，排油管出口宜直接對著集油坑與事故油池間排油管口位置，同時考慮集油坑油水排放能力。

3.2 應急排油系統(tǒng)改造原則

(1) 一次系統(tǒng)設計原則。應急排油管路不能堵塞運行巡視走道，不影響運行人員日常巡視和維護；新增排油閥門應在保留原有閥門功能基礎上，實現(xiàn)應急排油功能；充分考慮應急排油閥門的運行工況特殊性，嚴格材質(zhì)選型，保證電動球閥動作可靠；要考慮發(fā)生火災時能從遠方迅速開啟電動閥門進行排油應急處理，并實現(xiàn)排油閥門開啟后90 min內(nèi)完成特高壓變壓器本體儲油排空；需要考慮因管道窩氣導致變壓器跳閘的措施。

(2) 二次系統(tǒng)設計原則。每相1 000 kV變壓器的兩個電動球閥各設計1路獨立的電源回路，其動力電源采用單相交流電源，兩個電動球閥的電源分別取自不同母線段，建議采用不間斷電源系統(tǒng)。每組變壓器的電動球閥動力電源要在三相交流電源上均衡分布；電動球閥應具備時刻復歸功能，即誤操作打開電動球閥開始排油后，在電動球閥未全部打開前，可隨時終止電動球閥打開動作，不應在打開到位后才能執(zhí)行電動球閥關閉停止排油的指令。正常運行期間，動力電源空開處于斷開狀態(tài)，當變壓器發(fā)生火災時，運行人員手動合上電源空開。

每相1 000 kV變壓器本體應急排油系統(tǒng)各設計1路獨立的監(jiān)視回路，并與監(jiān)控系統(tǒng)后臺通信，上送報文信息，其監(jiān)視信號至少包括以下方面：

① 每個電動球閥動力電源失電信號。

② 每個電動球閥開、關狀態(tài)信號。

③ 每相變壓器排油管道漏油信號。

④ 直流電源失電信號(若有)。

將變壓器高、中壓側開關位置作為閉鎖條件接入電動球閥操控回路，盡量選取高、中壓側開關的常閉輔助接點，因為引入重動繼電器將造成系統(tǒng)可靠性下降。高、中壓側任一開關在合閘位置時，閉鎖遠程排油系統(tǒng)。為確保特殊情況下的緊急操作，閉鎖回路應設置緊急解除聯(lián)鎖把手。

3.3 應急排油系統(tǒng)改造關鍵工序

(1) 本體側排油管道及閥體裝配。應確認本體排油閥處于關閉狀態(tài)，拆除本體閥門終端連管，清理閥斷面。安裝本體至電動球閥模塊的所有連管；安裝三通閥、檢修閥、截止閥，三通閥實現(xiàn)原本體排油閥功能，上端截止閥用于排油裝置抽真空及放氣，下端截止閥用于排油裝置注油，檢修閥為排油裝置檢修用閥門。電動球閥安裝時需安裝固定支架，根據(jù)測量得到的油池尺寸確定支架高度，并在支架安裝于油坑底部后，將電動球閥固定在支架上。

(2) 進油坑管道路徑清理及管道裝配。應拆除管道路徑上全部格柵，將排油路徑上鵝卵石清理干凈；油坑底部如有積水或油污，應在安裝管道前清理干凈；安裝電動球閥至集油坑口的連管及泄漏檢測儀；安裝底部入坑管道，高位管道經(jīng)兩路電動球閥并聯(lián)后匯成一路管道，穿過油池底部空間從油坑外側引至油坑底部，管口與油坑事故排油管道保持軸向平行，保證油流暢通。

(3) 連接電動球閥的動力和信號電纜。應用電纜盒固定，進行耐火材料填充處理；連接泄漏檢測儀的二次電纜，外露電纜用金屬軟管防護；控制屏通電后對變壓器排油系統(tǒng)進行調(diào)試，電動球閥能夠正常打開、關閉及停止，所有狀態(tài)在控制屏上正確顯示。閉鎖邏輯只取高壓側的開關位置，若高壓側開關位置在合位，此時合上操作電源，操作不動作；若高壓側開關在分位，此時合上操作電源，操作可以動作。中壓側開關只取位置，不參與閉鎖邏輯。

(4) 應急排油系統(tǒng)真空注油和帶油調(diào)試。應確認本體排油閥、電動球閥、三通閥和2個截止閥關閉及檢修閥打開。真空機組管道上端抽真空閥接好后打開閥門，啟動真空機組對電動球閥至本體的管路抽真空。待真空度達到要求(管道內(nèi)殘壓≤40 Pa)后，保持120 min，保壓過程連管、閥門應無泄漏；注油過程應在抽真空狀態(tài)下進行，待進入真空管道油位約500 mm時，關閉抽真空管路及注油閥門并關閉真空機組；注油完成后從抽真空管道破除真空，靜置5 min后，保持抽真空管路中油面高于整個排油系統(tǒng)，將主變本體排油管路及管道上端截止閥放氣塞打開放氣，直到持續(xù)穩(wěn)定流出變壓器油時再關閉管道上端截止閥。保持主變側本體排油閥關閉，使用排油系統(tǒng)管道內(nèi)變壓器油調(diào)試電動球閥，調(diào)試完畢后重新按照真空注油工藝執(zhí)行。

(5) 觀察儲油柜油位。如油位與現(xiàn)場溫度不對應，則對儲油柜進行補油，將真空濾油機接至儲油柜注放油閥處，通過注放油管補油至現(xiàn)場溫度對應的油位。靜置不小于48 h，靜置期間每隔12 h打開潛油泵運行1 h，潛油泵運行后對所有放氣塞進行放氣，排氣前應斷開潛油泵電源，最后一次應無氣體放出，否則應延長靜置時間。

4 結束語

特高壓變電站是特高壓交直流大電網(wǎng)的核心組成部分，提升1 000 kV變壓器的消防應急能力對于保證大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行十分必要。1 000 kV變壓器應急滅火技術研究，為后續(xù)1 000 kV變壓器應急排油改造提供了一定的借鑒。