安 濱

(國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250118)

0 引言

作為特高壓變電站核心設(shè)備的1 000 kV變壓器，其運(yùn)行工況直接影響到整個(gè)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(yán)重故障而引發(fā)火災(zāi)，若不能在短時(shí)間內(nèi)撲滅明火，箱體內(nèi)大量的變壓器油可能造成火勢(shì)持久蔓延及更大損失。現(xiàn)有的特高壓變壓器均設(shè)計(jì)有手動(dòng)排油閥門(mén)，在檢修或排油時(shí)需人工就地打開(kāi)排油閥門(mén)實(shí)現(xiàn)排油，但在變壓器發(fā)生火災(zāi)時(shí)人員無(wú)法靠近，不利于火災(zāi)初期的快速有效控制。

特高壓變壓器發(fā)生火災(zāi)，變壓器油是主要燃燒物。我國(guó)在運(yùn)的特高壓變壓器本體內(nèi)部存油量為106～132 t，當(dāng)變壓器內(nèi)部套管等區(qū)域發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，巨大的短路電流會(huì)在瞬間產(chǎn)生高溫?zé)霟嵊蜌?，?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(guò)破口發(fā)生噴濺、溢出或燃燒。變壓器油火對(duì)變壓器本體強(qiáng)持續(xù)加熱作用會(huì)造成燃燒強(qiáng)度持續(xù)增大，對(duì)周邊人員和設(shè)備安全構(gòu)成更大威脅，給火災(zāi)撲救造成更大困難。

因此，設(shè)置1 000 kV變壓器本體應(yīng)急排油系統(tǒng)，以確保在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能夠遠(yuǎn)程手動(dòng)啟動(dòng)排油，及時(shí)排出內(nèi)部存油，有效減少火災(zāi)持續(xù)時(shí)間和燃燒強(qiáng)度，降低安全風(fēng)險(xiǎn)和火災(zāi)撲救難度，對(duì)于突發(fā)應(yīng)急情況處理和降低直接經(jīng)濟(jì)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(guó)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(dòng)滅火方式，即當(dāng)滿足系統(tǒng)的啟動(dòng)條件后，無(wú)需人工判斷，自動(dòng)啟動(dòng)滅火系統(tǒng)，但是受到現(xiàn)場(chǎng)消防水池容量和泡沫原液數(shù)量的影響，無(wú)法將現(xiàn)場(chǎng)火勢(shì)快速撲滅。對(duì)此，國(guó)網(wǎng)公司組織各特高壓變電站開(kāi)展了一系列消防提升措施，主要包括消防水池?cái)U(kuò)容至1 500 m3、提升站內(nèi)存儲(chǔ)的泡沫原液容量、開(kāi)展消防駐站等措施，但是這些措施都是外部干預(yù)式滅火，無(wú)法從變壓器內(nèi)部源頭控制火勢(shì)，采用本體排油閥門(mén)排油可以解決此類(lèi)問(wèn)題，但發(fā)生火災(zāi)后采用人工就地排油的方式較難實(shí)現(xiàn)，而通過(guò)1 000 kV變壓器本體應(yīng)急排油系統(tǒng)遠(yuǎn)程啟動(dòng)排油則可有效地從變壓器內(nèi)部控制火勢(shì)，阻止火災(zāi)蔓延。

2 變壓器排油試驗(yàn)分析

國(guó)網(wǎng)公司利用2臺(tái)退役220 kV和110 kV變壓器組織開(kāi)展了靜態(tài)排油試驗(yàn)和燃燒排油試驗(yàn)。

(1) 變壓器靜態(tài)排油試驗(yàn)。旨在測(cè)試不同管徑管道的排油速度，進(jìn)而用于推算特高壓變壓器排油時(shí)不同管徑管道的大致排油時(shí)間。

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

② 110 kV試驗(yàn)變油重13.65 t，采用一個(gè)φ80排油閥門(mén)排油耗時(shí)24 min30 s，平均排油速度約0.55 t/min。

(2) 開(kāi)展變壓器燃燒排油試驗(yàn)。旨在通過(guò)模擬變壓器套管處爆炸并引起器身大面積起火的場(chǎng)景來(lái)驗(yàn)證對(duì)變壓器本體排油控制火勢(shì)蔓延的可行性。觀察實(shí)施本體排油后火勢(shì)的變化情況，確認(rèn)外部火是否引入了變壓器內(nèi)部，以及評(píng)估排油是否引入了新的風(fēng)險(xiǎn)。開(kāi)展燃燒排油試驗(yàn)時(shí)，由于熱油的粘稠度低，排油速度比冷油快36 %。采用一個(gè)φ80排油閥排出100 t油所需時(shí)間約為114 min，采用兩個(gè)φ80閥門(mén)約需57 min。目前國(guó)內(nèi)1 000 kV變壓器大多采用DN150口徑的排油閥門(mén)，在含有130 t變壓器油的1 000 kV變壓器發(fā)生火災(zāi)時(shí)，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(yīng)急排油技術(shù)要點(diǎn)

3.1 應(yīng)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(shè)電動(dòng)球閥和控制屏柜，火災(zāi)時(shí)由運(yùn)維人員遠(yuǎn)程啟動(dòng)應(yīng)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(zāi)擴(kuò)大和火勢(shì)蔓延，減少事故損失?？紤]到油枕內(nèi)變壓器油較少，可在短時(shí)間內(nèi)流至本體油箱，油枕可不單獨(dú)采取應(yīng)急排油措施，但油枕斷流閥(如已加裝)應(yīng)處于“強(qiáng)制打開(kāi)”狀態(tài)。暫不考慮特高壓變壓器調(diào)補(bǔ)變應(yīng)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(gè)應(yīng)急排油系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 變壓器應(yīng)急排油改造系統(tǒng)

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

3.2 應(yīng)急排油系統(tǒng)改造原則

(1) 一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則。應(yīng)急排油管路不能堵塞運(yùn)行巡視走道，不影響運(yùn)行人員日常巡視和維護(hù)；新增排油閥門(mén)應(yīng)在保留原有閥門(mén)功能基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急排油功能；充分考慮應(yīng)急排油閥門(mén)的運(yùn)行工況特殊性，嚴(yán)格材質(zhì)選型，保證電動(dòng)球閥動(dòng)作可靠；要考慮發(fā)生火災(zāi)時(shí)能從遠(yuǎn)方迅速開(kāi)啟電動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行排油應(yīng)急處理，并實(shí)現(xiàn)排油閥門(mén)開(kāi)啟后90 min內(nèi)完成特高壓變壓器本體儲(chǔ)油排空；需要考慮因管道窩氣導(dǎo)致變壓器跳閘的措施。

(2) 二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則。每相1 000 kV變壓器的兩個(gè)電動(dòng)球閥各設(shè)計(jì)1路獨(dú)立的電源回路，其動(dòng)力電源采用單相交流電源，兩個(gè)電動(dòng)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(dòng)球閥動(dòng)力電源要在三相交流電源上均衡分布；電動(dòng)球閥應(yīng)具備時(shí)刻復(fù)歸功能，即誤操作打開(kāi)電動(dòng)球閥開(kāi)始排油后，在電動(dòng)球閥未全部打開(kāi)前，可隨時(shí)終止電動(dòng)球閥打開(kāi)動(dòng)作，不應(yīng)在打開(kāi)到位后才能執(zhí)行電動(dòng)球閥關(guān)閉停止排油的指令。正常運(yùn)行期間，動(dòng)力電源空開(kāi)處于斷開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)變壓器發(fā)生火災(zāi)時(shí)，運(yùn)行人員手動(dòng)合上電源空開(kāi)。

每相1 000 kV變壓器本體應(yīng)急排油系統(tǒng)各設(shè)計(jì)1路獨(dú)立的監(jiān)視回路，并與監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái)通信，上送報(bào)文信息，其監(jiān)視信號(hào)至少包括以下方面：

① 每個(gè)電動(dòng)球閥動(dòng)力電源失電信號(hào)。

② 每個(gè)電動(dòng)球閥開(kāi)、關(guān)狀態(tài)信號(hào)。

③ 每相變壓器排油管道漏油信號(hào)。

④ 直流電源失電信號(hào)(若有)。

將變壓器高、中壓側(cè)開(kāi)關(guān)位置作為閉鎖條件接入電動(dòng)球閥操控回路，盡量選取高、中壓側(cè)開(kāi)關(guān)的常閉輔助接點(diǎn)，因?yàn)橐胫貏?dòng)繼電器將造成系統(tǒng)可靠性下降。高、中壓側(cè)任一開(kāi)關(guān)在合閘位置時(shí)，閉鎖遠(yuǎn)程排油系統(tǒng)。為確保特殊情況下的緊急操作，閉鎖回路應(yīng)設(shè)置緊急解除聯(lián)鎖把手。

3.3 應(yīng)急排油系統(tǒng)改造關(guān)鍵工序

(1) 本體側(cè)排油管道及閥體裝配。應(yīng)確認(rèn)本體排油閥處于關(guān)閉狀態(tài)，拆除本體閥門(mén)終端連管，清理閥斷面。安裝本體至電動(dòng)球閥模塊的所有連管；安裝三通閥、檢修閥、截止閥，三通閥實(shí)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(mén)。電動(dòng)球閥安裝時(shí)需安裝固定支架，根據(jù)測(cè)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(dòng)球閥固定在支架上。

(2) 進(jìn)油坑管道路徑清理及管道裝配。應(yīng)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(yīng)在安裝管道前清理干凈；安裝電動(dòng)球閥至集油坑口的連管及泄漏檢測(cè)儀；安裝底部入坑管道，高位管道經(jīng)兩路電動(dòng)球閥并聯(lián)后匯成一路管道，穿過(guò)油池底部空間從油坑外側(cè)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(dòng)球閥的動(dòng)力和信號(hào)電纜。應(yīng)用電纜盒固定，進(jìn)行耐火材料填充處理；連接泄漏檢測(cè)儀的二次電纜，外露電纜用金屬軟管防護(hù)；控制屏通電后對(duì)變壓器排油系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，電動(dòng)球閥能夠正常打開(kāi)、關(guān)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(cè)的開(kāi)關(guān)位置，若高壓側(cè)開(kāi)關(guān)位置在合位，此時(shí)合上操作電源，操作不動(dòng)作；若高壓側(cè)開(kāi)關(guān)在分位，此時(shí)合上操作電源，操作可以動(dòng)作。中壓側(cè)開(kāi)關(guān)只取位置，不參與閉鎖邏輯。

(4) 應(yīng)急排油系統(tǒng)真空注油和帶油調(diào)試。應(yīng)確認(rèn)本體排油閥、電動(dòng)球閥、三通閥和2個(gè)截止閥關(guān)閉及檢修閥打開(kāi)。真空機(jī)組管道上端抽真空閥接好后打開(kāi)閥門(mén)，啟動(dòng)真空機(jī)組對(duì)電動(dòng)球閥至本體的管路抽真空。待真空度達(dá)到要求(管道內(nèi)殘壓≤40 Pa)后，保持120 min，保壓過(guò)程連管、閥門(mén)應(yīng)無(wú)泄漏；注油過(guò)程應(yīng)在抽真空狀態(tài)下進(jìn)行，待進(jìn)入真空管道油位約500 mm時(shí)，關(guān)閉抽真空管路及注油閥門(mén)并關(guān)閉真空機(jī)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(gè)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(kāi)放氣，直到持續(xù)穩(wěn)定流出變壓器油時(shí)再關(guān)閉管道上端截止閥。保持主變側(cè)本體排油閥關(guān)閉，使用排油系統(tǒng)管道內(nèi)變壓器油調(diào)試電動(dòng)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(chǔ)油柜油位。如油位與現(xiàn)場(chǎng)溫度不對(duì)應(yīng)，則對(duì)儲(chǔ)油柜進(jìn)行補(bǔ)油，將真空濾油機(jī)接至儲(chǔ)油柜注放油閥處，通過(guò)注放油管補(bǔ)油至現(xiàn)場(chǎng)溫度對(duì)應(yīng)的油位。靜置不小于48 h，靜置期間每隔12 h打開(kāi)潛油泵運(yùn)行1 h，潛油泵運(yùn)行后對(duì)所有放氣塞進(jìn)行放氣，排氣前應(yīng)斷開(kāi)潛油泵電源，最后一次應(yīng)無(wú)氣體放出，否則應(yīng)延長(zhǎng)靜置時(shí)間。

4 結(jié)束語(yǔ)

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(yīng)急能力對(duì)于保證大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行十分必要。1 000 kV變壓器應(yīng)急滅火技術(shù)研究，為后續(xù)1 000 kV變壓器應(yīng)急排油改造提供了一定的借鑒。