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[摘 要]主变压器作为电网心脏，其安全可靠性显得极为重要。主变排油注氮消防装置在防止主变火灾及内部重大故障起到快速及时防火防爆的保护作用，成为变压器的必备保护装置。本文对排油注氮消防装置的基本结构和原理进行分析，以及简述排油注氮的注意事项和优点，意在推进该保护装置朝更可靠、智能、高效的方向发展。
[关键词]主变压器 排油注氮 防火 防爆
中图分类号：P448 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0237-01
1.引言
油浸变压器是发电厂和变电站的主要电力设备之一，在电力系统中发挥着“心脏”的功能，一旦发生故障，将导致整个区域内的电力网瘫痪。变压器工作在高电压、大电流状态，随着负荷的增加温度会不断升高，因此存在火灾的危险因素。为了确保变电站的安全可靠性，国家有关标准规定大型变压器必须配置排油注氮灭火装置[1-2]。
主变压器排油注氮灭火装置是专门用于变压器防护和灭火的一种新型装置，弥补了当前水喷雾灭火系统及其他灭火系统不能预防火灾的不足。装置具有防爆、防火、灭火的功能，其特点是瞬间将要发生的灾害隐患消除在萌芽状态，一改传统的被动灭火为主动灭火，完全或最大限度地保护了变压器。
2.排油注氮装置的组成及基本原理
2.1 排油注氮装置的组成
排油注氮装置主要由控制、断流、排油、注氮4个系统构成。
控制系统是排油注氮装置的神经中枢，由火灾探测器和消防报警控制器组成。火灾探测器分为感温火灾探测器、压力探测器等，安装在变压器的不同部位，实现全方位、多技术探测火灾。在变压器发生事故时，探测器测到火灾信号，并分别将报警信号送到消防报警控制器，确认变压器火灾事故，并启动断流系统、排油系统和注氮系统，确保变压器的安全。
断流系统主要是通过启动断流阀，自动切断油枕到变压器箱体的补油油路，杜绝高位油枕继续补油，从而保护油枕，防止变压器火灾的蔓延。
排油系统由快速排油阀、排油机构、排油管路、排油视窗4部分组成。排油管路的上端接在变压器端距油箱顶部约200mm的位置，管径根据变压器的容量确定。另一端下倾斜2°接到事故油池，方便排油。排油管路穿过现场消防柜，与其中的排油机构、排油阀和排油视窗相连。其中，通过排油视窗可观测排油过程。
2.2 排油注氮装置的基本原理
排油注氮装置具有防火和防暴两个功能，如图1控制逻辑系统图，当请求信号发出后，系统启动运行：
1）在0.2秒内开启快速排油阀将内部压力释放，以防止变压器爆炸。同时关闭断流阀，将油枕内的油与变压器箱体隔离。同时，排油系统启动，将箱体内的油排入事故油池，其排低至变压器顶盖下方15～20cm。
2）排油20秒后才开始注入氮气，这样可以防止体积膨胀导致燃烧的油溢出，氮气注入会持续30分钟以上，充分冷却变压器，可彻底扑灭火灾，防止复燃[3-5]。
如上图1所示，若只收到上述任何一个或单一信号而没有另一个信号配合，则有关防爆防火系统不能启动，但所出现的信号会于远方的控制箱信号显示。此外，亦可通过手动操作，随时启动灭火系统。
变压器的压力释放阀和温感火灾探测器被连接到变压器接线箱上。电缆直接从变压器到控制室里的控制箱内，控制箱又连接到安装在变压器附近的消防柜。消防柜中装有防爆防火装置的主要机械部件。另外，防爆保护程序的启动和氮气注入之间的时间，由延时继电器整定为3秒钟（防爆防火启动）或20秒（灭火启动）。此继电器安装在压力为15MPa方并可将氮气瓶上的注氮阀打开，击穿氮气瓶顶上的防爆元件。
在发生事故前快速排油阀和氮气释放阀处于关闭状态。排油注氮装置对于变压器初期火灾灭火效率较高，但是一旦变压器油由于箱体烧裂而流出，在变压器外部燃烧时，该装置将不能对其发挥作用。因此，设计时应在站区设置室外消火栓及手提式灭火器等设施，防止火灾蔓延。
为了便于管道充油时管道内残留气体从排气旋塞排出，排油管和注氮管伸向消防柜的水平管道应有2%的上升坡度，以防止残留气体进入变压器油箱。同时，排油注氮消防系统一旦误启动会造成严重事故，所以需采用各种措施避免人为误操作，防止装置误动作。
3.排油注氮技术与应用
变压器有很大的火灾危险性，并有发生爆炸的可能。变压器因严重故障，瞬间产生大量高温、高压可燃气体，使内部压力超过变压器壳体的承载力而造成壳体爆裂、变压器喷油的现象。因此，排油注氮系统的技术发展和应用尤为重要[8-10]。
与其它灭火系统相比，排油充氮装置对于扑灭变压器火灾具有实用范围广、动作可靠、及时造成的损失小、设备简单、安装方便、无冰结、无阻塞、无误动、能连续自动检测等优点；其灭火时间小于2min，试验时灭火时间仅需22s，充氮时间大于30min，且费用较低。
目前排油充氮灭火在国际上已广泛采用，仅法国的SERGI 公司的排油充氮装置已在20多个国家5000多台变压器上安装，中国现已逐步采用高性能的排油充氮灭火装置替代水喷雾和CO2 气体灭火装置。已经在发电厂、110kV变电站、220kV变电站、500kV变电站等有了广泛的应用。
4.结论
随着科技与经济的发展，电能需求不断升级，主变压器电压等级越来越高，容量越来越大，作为电网心脏的主变压器其安全可靠性显得极为重要。主变排油注氮消防装置在防止主变火灾及内部重大故障起到快速及时防火防爆的保护作用，并有效降低事故损失，对于变压器这种高价值设备成为必备保护装置，本文对排油注氮消防装置的分析大部分来自实际设计工作经验，意在推进该保护装置的朝更可靠、智能、高效的方向发展。
参考文献
[1] 陈西庚，变压器可采用注氮灭火装置[J]，新疆电力，2000，65（2）：29-30.
[2] 刘汝义，杜世铃.发电厂与变电所消防设计使用手册 [M].北京：中国计划出版社，1999.
[3] 靳自兵.排油注氮灭火装置在电力变压器防火保护中的应用和探讨[J].火灾科学. 2006，6：67-68.
[4] R Brady，G Perigaud，S Muller，et al.Application of a 3D computer simulation tool as a decision naking tool for optimizing transformer protection[C].IEEE Transactions on Power & Energy Society General Meeting，2009：1-8.
[5] 高鹤，周富强，李军，邹荣，朱本春.油浸变压器排油注氮装置在500kV变电站的设计与应用[J].工业安全与环保，2012，38（1）：57-60.
收稿日期：
作者简介：陈伟利（1985-），女，河南安阳人，硕士，从事于电力设计变电设计专业工作，电话：18638527921；E-mail：rsnzh123@163.com
胡香香（1986-），女，河南周口人，本科，从事于电力设计配网专业工作，电话：18638576331；霍鹏飞（1985-），男，河南巩义人，本科从事于变电站继电保护及自动化专业工作。
收稿日期：
基金项目：云南省应用基础研究基金（2008F044M），云南省教育厅基金（09Y0094，2010J063），昆明理工大学重点基金（KKZ1200903011）.
通信作者：范玉刚（1973-），男，山东威海人，博士，副教授，从事于数据挖掘等智能信息处理技术及复杂工业过程辨识与控制的研究与应用.
[关键词]主变压器 排油注氮 防火 防爆
中图分类号：P448 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0237-01
1.引言
油浸变压器是发电厂和变电站的主要电力设备之一，在电力系统中发挥着“心脏”的功能，一旦发生故障，将导致整个区域内的电力网瘫痪。变压器工作在高电压、大电流状态，随着负荷的增加温度会不断升高，因此存在火灾的危险因素。为了确保变电站的安全可靠性，国家有关标准规定大型变压器必须配置排油注氮灭火装置[1-2]。
主变压器排油注氮灭火装置是专门用于变压器防护和灭火的一种新型装置，弥补了当前水喷雾灭火系统及其他灭火系统不能预防火灾的不足。装置具有防爆、防火、灭火的功能，其特点是瞬间将要发生的灾害隐患消除在萌芽状态，一改传统的被动灭火为主动灭火，完全或最大限度地保护了变压器。
2.排油注氮装置的组成及基本原理
2.1 排油注氮装置的组成
排油注氮装置主要由控制、断流、排油、注氮4个系统构成。
控制系统是排油注氮装置的神经中枢，由火灾探测器和消防报警控制器组成。火灾探测器分为感温火灾探测器、压力探测器等，安装在变压器的不同部位，实现全方位、多技术探测火灾。在变压器发生事故时，探测器测到火灾信号，并分别将报警信号送到消防报警控制器，确认变压器火灾事故，并启动断流系统、排油系统和注氮系统，确保变压器的安全。
断流系统主要是通过启动断流阀，自动切断油枕到变压器箱体的补油油路，杜绝高位油枕继续补油，从而保护油枕，防止变压器火灾的蔓延。
排油系统由快速排油阀、排油机构、排油管路、排油视窗4部分组成。排油管路的上端接在变压器端距油箱顶部约200mm的位置，管径根据变压器的容量确定。另一端下倾斜2°接到事故油池，方便排油。排油管路穿过现场消防柜，与其中的排油机构、排油阀和排油视窗相连。其中，通过排油视窗可观测排油过程。
2.2 排油注氮装置的基本原理
排油注氮装置具有防火和防暴两个功能，如图1控制逻辑系统图，当请求信号发出后，系统启动运行：
1）在0.2秒内开启快速排油阀将内部压力释放，以防止变压器爆炸。同时关闭断流阀，将油枕内的油与变压器箱体隔离。同时，排油系统启动，将箱体内的油排入事故油池，其排低至变压器顶盖下方15～20cm。
2）排油20秒后才开始注入氮气，这样可以防止体积膨胀导致燃烧的油溢出，氮气注入会持续30分钟以上，充分冷却变压器，可彻底扑灭火灾，防止复燃[3-5]。
如上图1所示，若只收到上述任何一个或单一信号而没有另一个信号配合，则有关防爆防火系统不能启动，但所出现的信号会于远方的控制箱信号显示。此外，亦可通过手动操作，随时启动灭火系统。
变压器的压力释放阀和温感火灾探测器被连接到变压器接线箱上。电缆直接从变压器到控制室里的控制箱内，控制箱又连接到安装在变压器附近的消防柜。消防柜中装有防爆防火装置的主要机械部件。另外，防爆保护程序的启动和氮气注入之间的时间，由延时继电器整定为3秒钟（防爆防火启动）或20秒（灭火启动）。此继电器安装在压力为15MPa方并可将氮气瓶上的注氮阀打开，击穿氮气瓶顶上的防爆元件。
在发生事故前快速排油阀和氮气释放阀处于关闭状态。排油注氮装置对于变压器初期火灾灭火效率较高，但是一旦变压器油由于箱体烧裂而流出，在变压器外部燃烧时，该装置将不能对其发挥作用。因此，设计时应在站区设置室外消火栓及手提式灭火器等设施，防止火灾蔓延。
为了便于管道充油时管道内残留气体从排气旋塞排出，排油管和注氮管伸向消防柜的水平管道应有2%的上升坡度，以防止残留气体进入变压器油箱。同时，排油注氮消防系统一旦误启动会造成严重事故，所以需采用各种措施避免人为误操作，防止装置误动作。
3.排油注氮技术与应用
变压器有很大的火灾危险性，并有发生爆炸的可能。变压器因严重故障，瞬间产生大量高温、高压可燃气体，使内部压力超过变压器壳体的承载力而造成壳体爆裂、变压器喷油的现象。因此，排油注氮系统的技术发展和应用尤为重要[8-10]。
与其它灭火系统相比，排油充氮装置对于扑灭变压器火灾具有实用范围广、动作可靠、及时造成的损失小、设备简单、安装方便、无冰结、无阻塞、无误动、能连续自动检测等优点；其灭火时间小于2min，试验时灭火时间仅需22s，充氮时间大于30min，且费用较低。
目前排油充氮灭火在国际上已广泛采用，仅法国的SERGI 公司的排油充氮装置已在20多个国家5000多台变压器上安装，中国现已逐步采用高性能的排油充氮灭火装置替代水喷雾和CO2 气体灭火装置。已经在发电厂、110kV变电站、220kV变电站、500kV变电站等有了广泛的应用。
4.结论
随着科技与经济的发展，电能需求不断升级，主变压器电压等级越来越高，容量越来越大，作为电网心脏的主变压器其安全可靠性显得极为重要。主变排油注氮消防装置在防止主变火灾及内部重大故障起到快速及时防火防爆的保护作用，并有效降低事故损失，对于变压器这种高价值设备成为必备保护装置，本文对排油注氮消防装置的分析大部分来自实际设计工作经验，意在推进该保护装置的朝更可靠、智能、高效的方向发展。
参考文献
[1] 陈西庚，变压器可采用注氮灭火装置[J]，新疆电力，2000，65（2）：29-30.
[2] 刘汝义，杜世铃.发电厂与变电所消防设计使用手册 [M].北京：中国计划出版社，1999.
[3] 靳自兵.排油注氮灭火装置在电力变压器防火保护中的应用和探讨[J].火灾科学. 2006，6：67-68.
[4] R Brady，G Perigaud，S Muller，et al.Application of a 3D computer simulation tool as a decision naking tool for optimizing transformer protection[C].IEEE Transactions on Power & Energy Society General Meeting，2009：1-8.
[5] 高鹤，周富强，李军，邹荣，朱本春.油浸变压器排油注氮装置在500kV变电站的设计与应用[J].工业安全与环保，2012，38（1）：57-60.
收稿日期：
作者简介：陈伟利（1985-），女，河南安阳人，硕士，从事于电力设计变电设计专业工作，电话：18638527921；E-mail：rsnzh123@163.com
胡香香（1986-），女，河南周口人，本科，从事于电力设计配网专业工作，电话：18638576331；霍鹏飞（1985-），男，河南巩义人，本科从事于变电站继电保护及自动化专业工作。
收稿日期：
基金项目：云南省应用基础研究基金（2008F044M），云南省教育厅基金（09Y0094，2010J063），昆明理工大学重点基金（KKZ1200903011）.
通信作者：范玉刚（1973-），男，山东威海人，博士，副教授，从事于数据挖掘等智能信息处理技术及复杂工业过程辨识与控制的研究与应用.