作者簡介：

馮泰峰（1974— ），男，漢族，黑龍江七臺河人，?？疲屑壒こ處?，研究方向：電氣設(shè)備改造、安裝、故障分析。

摘要：

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，變壓器肩負電壓轉(zhuǎn)換與電能分配重任，其運行環(huán)境復(fù)雜，存在火災(zāi)風(fēng)險，一旦起火，危害巨大。本文剖析其火災(zāi)原因，涵蓋內(nèi)部故障如繞組短路、鐵芯多點接地、外部因素如過負荷運行、外部火源以及絕緣油問題如油質(zhì)劣化、油位異常。同時，從優(yōu)化設(shè)計制造、加強運行維護、完善防火設(shè)施、提升人員應(yīng)急能力等方面，提出相應(yīng)的防火技術(shù)措施，旨在降低火災(zāi)發(fā)生概率，保障變壓器安全運行，維護電力系統(tǒng)穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：變壓器；火災(zāi)事故；原因剖析；防火技術(shù)

引言

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，變壓器作為核心設(shè)備之一，承擔著電壓轉(zhuǎn)換、電能分配等重要任務(wù)。然而，由于其運行環(huán)境復(fù)雜、內(nèi)部結(jié)構(gòu)精密且涉及高電壓、大電流，變壓器存在著發(fā)生火災(zāi)事故的風(fēng)險。一旦發(fā)生火災(zāi)，不僅會導(dǎo)致變壓器自身嚴重損毀，還可能引發(fā)大面積停電，對工業(yè)生產(chǎn)、居民生活造成巨大影響，甚至可能危及人員生命安全。因此，深入分析變壓器火災(zāi)事故原因，并針對性地研究有效的防火技術(shù)，具有極其重要的現(xiàn)實意義。

一、變壓器火災(zāi)事故原因

（一）內(nèi)部故障引發(fā)火災(zāi)

1.繞組短路

繞組是變壓器的關(guān)鍵部件，當繞組絕緣因長期運行老化、受潮、遭受過電壓沖擊等原因而損壞時，會引發(fā)繞組短路。據(jù)統(tǒng)計，在因內(nèi)部故障導(dǎo)致的變壓器火災(zāi)事故中，繞組短路引發(fā)的火災(zāi)占比約為40%。例如，某110kV油浸式變壓器運行年限達15年，其繞組絕緣逐漸老化。在一次雷電過電壓沖擊后，繞組絕緣薄弱處被擊穿，造成相間短路。短路瞬間，電流急劇增大，產(chǎn)生的熱量使繞組溫度在短短3分鐘內(nèi)升高至250℃，周圍的變壓器油迅速被點燃，引發(fā)火災(zāi)[1]。分析技術(shù)參數(shù)，繞組短路時，短路電流可達到額定電流的數(shù)倍甚至數(shù)十倍。根據(jù)歐姆定律I=U/R（I為短路電流，U為短路點電壓，R為短路回路電阻），短路回路電阻極小，導(dǎo)致短路電流急劇增大。以一臺容量為50MVA、額定電壓為110kV/10kV的變壓器為例，當發(fā)生繞組短路時，短路電流可能高達數(shù)千安培，瞬間釋放巨大能量，足以使油溫迅速升高并引發(fā)火災(zāi)。

2.鐵芯多點接地

在正常情況下，變壓器鐵芯應(yīng)一點接地。當鐵芯硅鋼片之間的絕緣損壞、夾件與鐵芯之間的絕緣破壞或者有金屬異物進入變壓器內(nèi)部使鐵芯與其他部件形成電氣連接時，會出現(xiàn)鐵芯多點接地現(xiàn)象。鐵芯多點接地會在鐵芯中形成閉合回路，產(chǎn)生環(huán)流。環(huán)流會使鐵芯局部過熱，溫度升高。當溫度達到變壓器油的燃點時，就可能引發(fā)火災(zāi)。在實際事故案例中，鐵芯多點接地引發(fā)的火災(zāi)約占內(nèi)部故障火災(zāi)的15%[2]。研究表明，鐵芯多點接地時，環(huán)流大小與接地點之間的電位差以及鐵芯的磁導(dǎo)率等因素有關(guān)。例如，在某220kV變壓器中，安裝過程中不慎遺留了一塊金屬片，導(dǎo)致鐵芯多點接地。經(jīng)檢測，接地環(huán)流達到了數(shù)安培，使鐵芯局部溫度在短時間內(nèi)上升至180℃，最終引發(fā)了火災(zāi)。

（二）外部因素導(dǎo)致火災(zāi)

1.超負荷運行

隨著電力需求的增長，部分變壓器可能出現(xiàn)長期超負荷運行的情況。當變壓器超負荷運行時，繞組中的電流增大，根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt（Q為熱量，I為電流，R為電阻，t為時間），繞組產(chǎn)生的熱量會顯著增加。若不能及時將這些熱量散發(fā)出去，變壓器油溫就會持續(xù)上升。當油溫超過其允許的最高溫度時，變壓器油的性能會劣化，絕緣強度降低，甚至可能引發(fā)火災(zāi)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，因超負荷運行引發(fā)的變壓器火災(zāi)事故占總火災(zāi)事故的20%左右[3]。例如，某地區(qū)在夏季用電高峰期，一臺10kV、容量為800kVA的變壓器的實際負載達到了1000kVA，超負荷率達到25%。持續(xù)超負荷運行數(shù)小時后，變壓器油溫升高至95℃（該變壓器正常運行油溫上限為85℃），最終因油溫過高導(dǎo)致變壓器油燃燒，引發(fā)火災(zāi)。

2.外部火源

變壓器周圍環(huán)境中如果存在明火、易燃物等外部火源，也可能引發(fā)變壓器火災(zāi)。例如，在變壓器附近進行焊接、切割等動火作業(yè)時，未采取有效的防火措施，火花飛濺到變壓器上，可能引燃變壓器表面的油污或絕緣材料。另外，變壓器所處位置周邊發(fā)生火災(zāi)，火勢蔓延至變壓器，也會導(dǎo)致變壓器起火。在一些老舊小區(qū)或工業(yè)廠區(qū)，由于消防設(shè)施不完善、消防通道不暢等原因，當周邊發(fā)生火災(zāi)時，變壓器極易受到波及。在實際火災(zāi)事故中，因外部火源引燃導(dǎo)致的變壓器火災(zāi)約占10%。

（三）絕緣油問題引發(fā)火災(zāi)

1.油質(zhì)劣化

變壓器絕緣油在長期運行過程中，會受到溫度、氧氣、水分、雜質(zhì)等因素的影響而發(fā)生劣化。油質(zhì)劣化后，其絕緣性能下降，散熱能力也會降低。例如，當絕緣油中水分含量超過規(guī)定值（一般要求不超過20ppm）時，會使油的擊穿電壓顯著下降。同時，油中的酸性物質(zhì)會腐蝕變壓器內(nèi)部的金屬部件和絕緣材料，進一步降低絕緣性能。據(jù)統(tǒng)計，因油質(zhì)劣化引發(fā)的變壓器火災(zāi)事故在所有火災(zāi)事故中占比約為10%。在某臺運行了10年的35kV變壓器中，檢測發(fā)現(xiàn)絕緣油的酸值達到了0.8mgKOH/g（正常應(yīng)不超過0.1mgKOH/g），水分含量為50ppm，油的擊穿電壓從初始的60kV下降至30kV。在一次正常運行中，因絕緣油絕緣性能不足引發(fā)了內(nèi)部放電，進而引燃了變壓器油，導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生[4]。

2.油位異常

變壓器油位過高或過低都可能帶來安全隱患。油位過高，在變壓器運行時油溫升高，油會膨脹溢出，遇到明火或高溫可能引發(fā)火災(zāi)。油位過低，會使繞組暴露在空氣中，降低絕緣性能，同時也會影響散熱效果。

二、變壓器防火技術(shù)

（一）優(yōu)化變壓器設(shè)計與制造

1.提高絕緣性能

在變壓器設(shè)計環(huán)節(jié)，絕緣材料的選用是關(guān)鍵。新型耐高溫、耐潮濕的絕緣紙成為首選，其絕緣性能相較于傳統(tǒng)的絕緣紙?zhí)嵘?0%，極大地增強了變壓器的絕緣能力。在制造過程中，對絕緣材料的加工工藝與絕緣處理過程嚴格把控，是絕緣可靠性的重要保障。針對繞組絕緣，先進的繞包工藝和絕緣浸漬技術(shù)必不可少。以真空壓力浸漬（VPI）工藝為例，該工藝能使絕緣漆充分滲入繞組各個間隙，不僅提升了絕緣的整體性能，還增強了防潮性能，為變壓器穩(wěn)定運行筑牢防線。

2.改進散熱結(jié)構(gòu)

優(yōu)化散熱結(jié)構(gòu)是提高變壓器散熱效率的有效手段。采用強迫油循環(huán)風(fēng)冷（OFAF）或強迫油循環(huán)水冷（OFWF）等散熱方式，相較于自然油循環(huán)自冷（ONAN），散熱能力可提高50%—80%，能及時帶走變壓器運行產(chǎn)生的大量熱量。合理設(shè)計散熱器的結(jié)構(gòu)與布局也至關(guān)重要。通過增加散熱器片數(shù)、優(yōu)化散熱片形狀等措施，可有效增加散熱面積。例如，某大型變壓器在應(yīng)用這些優(yōu)化措施后，散熱面積增加了20%，運行溫度顯著降低。這不僅保障了變壓器的正常運行，還延長了其使用壽命，減少了因過熱引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險。在變壓器設(shè)計與制造過程中，從提高絕緣性能與改進散熱結(jié)構(gòu)兩方面著手，能顯著提升變壓器的防火能力與運行穩(wěn)定性[5]。

（二）加強運行維護管理

1.定期巡檢與檢測

建立嚴格的變壓器巡檢制度意義重大。每周需對變壓器外觀進行細致檢查，查看有無滲油、破損等異常；每月要精準檢測油溫、油位，確保其處于正常范圍。同時，先進檢測技術(shù)的運用為變壓器安全運行保駕護航。紅外測溫技術(shù)能清晰呈現(xiàn)變壓器表面溫度分布，一旦發(fā)現(xiàn)熱點部位，便能及時預(yù)警。油色譜分析技術(shù)更是通過剖析絕緣油中溶解氣體的成分與含量，洞察變壓器內(nèi)部狀況。例如，當油中氫氣含量超過150ppm、乙炔含量超過5ppm時，極有可能表明變壓器內(nèi)部存在放電或過熱故障，此時需高度警惕，立即進行深入排查。

2.防止超負荷運行

借助電力監(jiān)控系統(tǒng)或智能電表等設(shè)備，可隨時獲取變壓器的實時電流、功率等關(guān)鍵參數(shù)。一旦發(fā)現(xiàn)變壓器接近或超過額定負荷，必須迅速行動，及時轉(zhuǎn)移部分負荷至其他變壓器或合理調(diào)配用電設(shè)備，以減輕其負擔。此外，制定科學(xué)合理的負荷曲線至關(guān)重要。根據(jù)不同季節(jié)、不同時段的用電需求變化，對變壓器負載進行優(yōu)化管理。例如，在夏季用電高峰期，提前預(yù)估負荷增長，提前調(diào)整分配。這可以有效地避免變壓器長期超負荷運行，減少因過載發(fā)熱引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險，保障變壓器穩(wěn)定、安全運行。通過定期巡檢檢測和防止超負荷運行等措施，能極大地提升變壓器運行維護管理水平，確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行[6]。

（三）完善防火設(shè)施與措施

1.安裝滅火裝置

對于重要的變壓器，應(yīng)安裝自動滅火裝置，如二氧化碳滅火系統(tǒng)、七氟丙烷滅火系統(tǒng)等。二氧化碳滅火系統(tǒng)具有滅火效率高、不污染設(shè)備等優(yōu)點，其滅火濃度一般在34%—75%之間。七氟丙烷滅火系統(tǒng)的滅火濃度相對較低，一般在5.8%—10%之間，滅火速度快，對設(shè)備的損害較小。在變壓器周圍設(shè)置滅火砂箱和滅火器，滅火器的選型應(yīng)根據(jù)變壓器的類型和火災(zāi)危險性確定。

2.強化防護設(shè)施

儲油坑和擋油墻是防止變壓器油泄漏引發(fā)火災(zāi)蔓延的重要防護設(shè)施。儲油坑容積應(yīng)嚴格按照不小于變壓器油量的20%設(shè)計。對于一臺油量為10000L的大型變壓器，儲油坑容積須達到2000L。擋油墻高度不低于0.5m，確保能有效攔截泄漏的變壓器油。儲油坑內(nèi)鋪設(shè)的鵝卵石層厚度不小于250mm，鵝卵石的粒徑應(yīng)在50mm—80mm之間，有效防止油火接觸地面，同時起到散熱和緩沖的作用[7]。

3.優(yōu)化通風(fēng)散熱系統(tǒng)

通風(fēng)口的面積應(yīng)根據(jù)變壓器的容量和發(fā)熱量經(jīng)過精確計算來確定。一般來說，每1000kVA的變壓器容量，通風(fēng)口面積不應(yīng)小于1.0m2。對于大容量變壓器，通風(fēng)口面積應(yīng)適當增加。當自然通風(fēng)無法滿足散熱需求時，設(shè)置機械通風(fēng)裝置，并與變壓器的溫度保護裝置聯(lián)動。例如，當變壓器油溫超過80℃（設(shè)定值）時，機械通風(fēng)裝置自動啟動，其通風(fēng)量應(yīng)根據(jù)變壓器的散熱需求進行設(shè)計，一般能使變壓器周圍空氣每小時置換6次—8次，及時排出熱量，確保變壓器在適宜的溫度范圍內(nèi)運行，避免因過熱引發(fā)火災(zāi)事故。

（四）提升人員應(yīng)急處置能力

1.制定應(yīng)急預(yù)案

面對變壓器火災(zāi)事故，一套完備的應(yīng)急預(yù)案是高效應(yīng)對的基礎(chǔ)。預(yù)案要清晰規(guī)劃火災(zāi)報警流程，從發(fā)現(xiàn)火災(zāi)端倪起，明確各環(huán)節(jié)的操作步驟，確保報警信息能以最快速度、最高精度傳遞給消防部門及相關(guān)單位。需依據(jù)不同類型的變壓器火災(zāi)，詳細闡述適用的滅火手段與對應(yīng)的滅火設(shè)備。例如，針對油浸式變壓器火災(zāi)，應(yīng)優(yōu)先選用干粉滅火器或泡沫滅火器，并說明具體的操作方法與注意事項。

人員疏散方案至關(guān)重要。需結(jié)合變壓器所在場所的實際布局，精心規(guī)劃疏散路線，保證所有人員在最短時間內(nèi)安全撤離至指定區(qū)域。同時，事故報告程序要明確報告對象、報告內(nèi)容以及報告時間節(jié)點，以便上級部門及時了解事故全貌，做出科學(xué)決策。明確各崗位人員在火災(zāi)發(fā)生時的職責(zé)，從現(xiàn)場操作人員負責(zé)初期撲救與設(shè)備關(guān)停，到指揮人員統(tǒng)籌全局，確保每個環(huán)節(jié)緊密銜接。

2.加強培訓(xùn)與演練

定期組織變壓器運維人員參加防火知識培訓(xùn)與應(yīng)急演練，是提升其應(yīng)急處置能力的關(guān)鍵。培訓(xùn)內(nèi)容涵蓋對變壓器火災(zāi)的成因剖析，使運維人員理解事故根源，掌握防火技術(shù)措施，如絕緣維護、散熱管理等預(yù)防火災(zāi)的方法。通過模擬真實火災(zāi)場景，使運維人員熟悉應(yīng)急處置流程，提升應(yīng)急反應(yīng)速度與協(xié)同作戰(zhàn)能力。每年至少進行一次全面演練，演練結(jié)束后，對演練效果進行細致評估與總結(jié)，針對演練中暴露的問題，如疏散速度慢、滅火配合不默契等，及時對應(yīng)急預(yù)案進行優(yōu)化和完善，持續(xù)提高預(yù)案的科學(xué)性與實用性，為有效應(yīng)對變壓器火災(zāi)事故提供堅實支持。

結(jié)語

綜上所述，變壓器火災(zāi)事故的發(fā)生會給電力系統(tǒng)和社會帶來嚴重影響。本文通過對變壓器火災(zāi)事故原因的深入分析，包括內(nèi)部故障、外部因素以及絕緣油問題等，并針對性地提出了一系列防火技術(shù)措施，如優(yōu)化設(shè)計與制造、加強運行維護管理、完善防火設(shè)施與措施以及提升人員應(yīng)急處置能力等，可以有效降低變壓器火災(zāi)事故的發(fā)生概率，提高變壓器運行的安全性和可靠性。在未來的電力系統(tǒng)發(fā)展過程中，還需要不斷加強對變壓器防火技術(shù)的研究和創(chuàng)新，持續(xù)完善相關(guān)標準和規(guī)范，以更好地保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

參考文獻

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