火电厂油浸式变压器灭火系统的选择

火电厂油浸式变压器灭火系统的选择

0变压器内部温升大型油浸式压力器是该电源和高压装置之一。在整个供电系统中发挥着连接和起着连接的作用。如果发生事故，电源将关闭。特别是，内部充满数十吨绝缘油，最大破裂时间通常为135.150。火灾的风险高于丙级机。当压力计长期或持续失效时，将分解甲烷、乙烷和氢等燃料气体。在严重的情况下，它们会造成爆炸和火灾，并给日常生产和生活带来巨大的直接和间接损失。因此,能否及时抑制和有效扑灭初期火灾,其消防系统的合理设计、配置和稳定运行将起到至关重要的作用。1变压器油的热膨胀分解高温大型油浸式电力变压器主要由油箱、散热器、铁芯、线圈、防爆管、绝缘套管等大量的可燃绝缘材料组成,同时内部充装大量具有绝缘和散热双重作用的绝缘油(一台220kV,420MVA的变压器充油量可达50t以上),工作油温一般为50~70℃。因此,一旦发生短路、过载等故障,特别是当温度达到400℃时,可燃的绝缘材料和绝缘油等就会受到高温和强电弧的作用,开始发生轻微的分解、膨胀以致气化,分解出甲烷、乙烷等饱和碳氢化合物;当温度超过400℃时,变压器油的分解速度加快,会分解出乙烯、丙烯等不饱和碳氢化合物;当温度升至800℃,变压器油的分解能力最强;当温度超过800℃时,变压器油几乎全部分解为甲烷、乙炔和氢。由于变压器硅钢片的层间绝缘被破坏和铁芯发热,可使变压器铁芯局部过热,且变压器在高能放电的情况下可使局部温度达到3000℃,在高温下分解的可燃气体使变压器内部压力在短时间内急剧增加。据调研,变压器发生爆炸部位多位于变压器套管和焊接薄弱位置、各种内外电气装置的接头部位,在变压器短时或持续性故障时间里,如果继电保护装置未能及时动作,当产生的可燃气体压力和数量超过箱体所能承受压力的临界值,气化油将从器身薄弱环节喷出,造成爆炸和火灾,同时位于油箱顶部油枕内的大量变压器油会在自然油压的作用下,从箱体开裂处向外猛烈喷出助长火势的蔓延,大大增加了扑救的难度。2变压器短路事故原理分析(1)火灾危险性源于变压器油,变压器油是碳氢化合物,闪点多在135~150℃,燃点是165~190℃,自燃点是330℃左右,是可燃的绝缘液体。(2)变压器的层间、相间、硅钢片间、高低压线圈间等发生短路事故时,使温度短时内迅速升高。(3)变压器压紧结构不良,线圈动稳定性不够,抗电动力差,因而在外部短路时损坏,引发火灾。(4)设备制造缺陷,变压器匝间绝缘薄弱,运行中引发变压器内部压力短时剧增导致变形开裂或喷油。(5)在非同期冲击电压作用下,高低压线圈之间放电击穿,引起变压器箱体变形开裂。据调查,国内变压器的火灾事故大多以变压器爆炸起火为主要因素,而内部故障又是引起变压器故障的主要原因。因此,为了实现“预防为主,消防结合”的指导方针,不仅要提高设备本身的各种性能,还应当配置适当的消防设施。3燃煤电厂火灾自动报警系统设置依据《火力发电厂与变电站设计防火规范》(GB50229—2006)第7.1.8条规定:“机组容量为300MW及以上的燃煤电厂应按照表1的规定设置火灾自动报警系统、固定灭火系统”。目前常用于火电厂大型油浸式变压器的自动灭火设施有水喷雾灭火系统、合成型泡沫喷雾系统和排油注氮灭火系统。4主变压器间的仿真结果根据变压器火灾的特点,本文就600MW级火电厂的一台220kV、270MVA的主变压器单相为例,进行上述3种灭火系统的计算、分析和对比。变压器外形尺寸约为7800mm×6900mm×7715mm;油枕直径约为1200mm,长约3900mm;暴漏油坑面积约63.84m2。4.1变压器表面油坑面积计算该系统是变压器采用的最广泛的常规的灭火系统,由消防泵、雨淋阀组、管道、喷头及控制系统等组成,具有自动、手动及应急控制3种启动方式。机理是利用高压水经过变压器四周的雾化喷头喷射出的雾状水流(雾状水粒的平均粒径一般在0.1~0.7mm)直接喷射在变压器外表面,进行吸热冷却及隔绝空气的窒息作用,起到灭火效果。按照现行《水喷雾灭火系统设计规范》,变压器设计喷雾强度为20L/(min·m2),油坑设计喷雾强度为6L/(min·m2),系统连续供水不小于0.4h;变压器保护面积为扣除底面面积以外的变压器外表面面积与油枕、冷却器的外表面面积和油坑的投影面积之和。经计算,变压器外表面积约167.23m2,油坑面积为63.84m2;喷头最低计算压力为0.5MPa,喷头流量系数为k=34/θ=120°。变压器本体/油坑喷头数量为37/9个;变压器本体/油坑实际计算喷水密度25.14/10.74(L/min·m2)。4.2现有系统组成设计在罐内,在充放电的基础上作该系统主要由储液罐、氮瓶、电动阀、减压阀、水雾喷头、压力表及管道等组成。机理是在水中添加一定比例的高效合成型阻燃灭火剂,结合水雾灭火和泡沫灭火的特点,在一定的压力作用下通过专用的喷头,将灭火剂喷射覆盖在保护对象上,利用灭火剂具有泡沫和水雾的隔离、冷却和窒息等综合效应来灭火。系统的启动方式是采用储存在氮瓶内的氮气作为动力源,直接驱动液罐内的灭火剂,经管道和喷头喷出。按照《低倍数泡沫灭火系统设计规范》(GB50151—92)要求,设计喷雾强度取8L/(min·m2),系统连续供水时间不小于15min;变压器保护面积按照按其水平投影面积考虑。经计算,系统泡沫灭火流量为7.2L/s,共需喷射3%的泡沫灭火剂约6750L;需在变压器顶部及套管升高座处设置6只ZSTWB40~60喷头,5只ZSTWB16~60喷头。4.3油浸变压器注氮系统该系统主要由火灾探测器、断流阀、消防柜(含氮瓶及其附件)、电控柜、排油及充氮管路系统等组成,可实现自动、手动及应急控制3种启动方式。机理是当变压器内部故障产生高温使变压器油分解产生大量气体,引起重瓦斯动作、断路器跳闸,变压器压力释放阀拒动或不能有效动作,变压器内部压力超过压力释放阀的压力设定值(一般为油箱安全压力的0.6~0.7倍)后继续升高,消防控制中心报警,随后阀门开启装置动作,打开放油阀,使变压器内部的油迅速排空,适当延时3~10s后,注氮启动,冷却变压器油,隔绝空气,有效防爆防火灭火。对于该灭火系统的设计和施工,国家尚无标准。目前暂按《油浸变压器排油注氮装置技术规程》(CECS187—2005)执行。主要设计参数如下:气体注入至灭火时间小于60s,火灾探测器动作温度93℃,探测器节点流量220V.DC.5A,充氮搅拌时间≥10min,断流阀动作流量75~95L/min,断流阀动作时间≤1s,断流阀节点流量220V.DC.0.5A。经计算,断流阀通径为DN80,排油管通径DN100,选用额定压力为15MPa、额定容量为40L的氮气瓶2个。在变压器每个长边、距变压器油箱底部100mm处均匀布置2个注氮孔,出口焊接DN25的注氮出口接头和隔离阀。变压器油出口接头焊接在变压器的端面距油箱顶部约200mm处,管径应与排油管相同,接头出口处排油连接阀。5比较液压裂系统的技术经济通过对上述火电厂变压器几种灭火系统的归纳,其技术技经比较见表2。6水喷雾灭火系统3种变压器灭火系统各有优缺点,