室外油浸变压器火灾事故分析与预防措施研究

杜旭红+李建伟+赵怀璞+蘧艳峰+游国强

摘 要：本文主要以室外油浸变压器为研究对象，仔细分析了油变着火的主要原因和关键因素，并按照国家标准和电力设计手册的相关要求、规定，从继电保护、贮油或挡油设施、防火间距及防火墙的设置、防雷接地措施、灭火措施、维护保养等几个方面对油变着火的对策设施进行全面设计，设计的对策设施在一定程度上可有效地预防油变着火、燃烧甚至爆炸事故的发生，为油变的安全运行提供依据和参考。

关键词：油浸变压器；着火；对策措施

Abstract： For the the Oil-immersed transformers as the research object， analysis of the oil becomes the main cause of fire and key factors， analyzed the Oil-immersed transformers of main causes and key factors， and according to the national standards and the power design manual of the provisions，from relay protection， oil storage or oil retaining facilities， fire distance and firewall setting， lightning protection grounding measures， fire extinguishing measures and maintenance and many more to design countermeasures， countermeasure facilities can effectively prevent the Oil-immersed transformers fire， burning or even explosion accident， for the safe operation of Oil-immersed transformers to provide the basis and reference.

Keywords： Oil-immersed transformers；fire；countermeasures

中圖分类号：TM774；TM862 文献标识码：A

0.前言

油浸变压器作为电厂和变电所的核心设备，具有独特的优点：①应用范围广，户内、户外均可安装，且特别适合于户外；②对周围环境要求低；③油浸式变压器散热比干式变压器快；④油变比干变价格低；⑤油变容量、电压等级可以由小到大全部做到，但干变一般容量都在1600kVA以下，电压在10kV以下。在各行各业的变配电系统中得到了广泛应用；但是，油浸变压器也存在一定的缺点：“①变压器油具有可燃性，当遇到明火、点火源可能会燃烧、爆炸；②漏油、产生故障时对环境有污染；③变压器油对人体有害。”因此，研究油浸变压器的防火、储油和灭火技术，对电力行业的发展具有深远的意义。

1.油浸变压器的着火原因分析

油浸式变压器着火的主要原因包括：

（1）绝缘损坏。由于变压器线圈绝缘老化、检修不慎破坏绝缘发生短路，使绝缘油因热分解出甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯等碳氢化合物，当过热温度超过800℃时，变压器油几乎全部分解为氢、甲烷和乙炔等可燃气体。当这些可燃气体与空气混合达到一定浓度，遇明火、电火花可发生燃烧或爆炸。

（2）铁心起火。由于硅钢片之间或铁心与夹紧螺栓套管之间的绝缘损坏，使变压器温度升高，引起内部可燃物燃烧。

（3）短路。由于各线圈的匝间和相间发生短路，线圈靠油箱部分的绝缘被击穿，可引起燃烧或爆炸；负载发生短路，保护系统失灵或整定值调整过大，有可能烧毁变压器。

（4）接触不良。由于变压器接线、分接开关等连接处接触不良，导致接触电阻过大，造成局部高温，使油燃烧或发生爆炸。

（5）电弧闪络。①高低压绕组之间、绕组和变压器油箱壁之间以及绝缘管套管与油箱上盖间表面都可能发生闪络，产生电弧，发生火灾。②因为油中导体相间距离太近，或绝缘油受潮、变脏和劣化变质，会造成闪弧，使油燃烧。③雷击过电压和操作过电压引起闪弧，发生火灾。

（6）变压器渗油、漏油。变压器油箱、套管等渗油、漏油，形成表面污垢，遇明火燃烧。

（7）变压器过热。长期严重过负荷运行，使线圈发热；电压过高，铁损增大（当电压增高10%时，铁损将增加30%～50%）；环境温度过高，通风不良；从而引发变压器过热燃烧。

（8）外界火源引燃。变压器周围堆放的可燃物燃烧后引燃变压器。

2.油浸变压器火灾对策措施

本文以某变电所室外4台SZ11-40000/110型，110±8×1.25%/11kV，户外三相双绕组，自冷式有载调压油浸变压器为例进行防火分析、设计。

2.1 继电保护和自动装置的设计

按照国家标准《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB/T 50062-2008）第4章的要求，容量较大的有载调压油浸式电力变压器应设完善的继电保护措施，继电保护应包括主保护和后备保护措施。主保护应包括瓦斯保护（主要有本体瓦斯和有载瓦斯两个部分）和纵联差动保护；后备保护应包括：过流保护、复合电压启动闭锁过电流保护、负序过流保护、零序电流保护、温度保护等。

2.2 贮油或挡油设施的设计

（1）标准规范要求。按照国家标准《3kV～110kV高压配电装置设计规范》（GB 50060-2008）第5.5.3条和《火力发电厂与变电站设计防火规范》（GB 50260-2013）第6.6.7条的要求，室外单台油量在1000kg及以上的电气设备应设贮油或挡油设施。本文中变电所选用4台SZ11-40000/110型油浸变压器，单台油变的油量约20t左右远远大于1000kg，故均应设置贮油或挡油设施。

油浸变压器贮油或挡油设施的设置方案：方案一：设排油设施时（即将事故油排至安全处的设施），应设置能容纳单台油浸变压器20%油量的贮油或挡油设施（即储油坑）。方案二：不设排油设施时，应设置能容纳单台油浸变压器100%油量的储油坑。方案三：设油水分离措施的总事故油池时，应设置容纳单台油浸变压器60%油量的储油坑，容积为单台设备油量的60%。

（2）实际应用。本文中变电所室外设置4台SZ11-40000/110型油浸变压器，单台油变的油量约20t左右，每台油浸变压器设置贮油或挡油设施可按以下方案任选一种：方案一：设事故排油设施时，每台油浸变压器均应设置能容纳约0.4t变压器油的储油坑。方案二：不设事故排油设施时，每台油浸变压器各设1个能容纳约20t变压器油的储油坑。方案三：设油水分离的总事故油池时，每台油浸变压器各设1个能容纳约12t变压器油的储油坑。储油坑应大于油变外廓每边各1m，四周应高出地面0.1m。储油坑内应铺设卵石层（无卵石时，可采用无孔碎石），卵石层厚度不应小于0.25m，卵石直径为50mm～80mm。

2.3 防火间距及防火墙的设计

（1）油浸变压器之间防火间距及防火墙的标准规范要求：①按照国家标准GB 50060-2008第5.5.4条的要求，屋外单台油量为2500kg及以上且电压等级为110kV的油浸变压器，其最小净间距为8m。②按照国家标准GB 50060-2008第5.5.5条的要求，屋外单台油量为2500kg及以上的油浸变压器之间的防火间距不能满足最小净间距要求时，应设置防火墙，防火墙高度应高出变压器油枕、长度应大于变压器储油坑两侧各1m、耐火极限宜不小于4h。

（2）建筑物与室外油浸变压器之间的防火间距及防火墙的的标准规范要求。按照国家标准GB 50060-2008第7.1.11条的要求，建筑物与室外油浸变压器外廓的间距不宜小于10m；当其间距在5m以内时，变压器外轮廓投影范围外侧各3m内的配电楼、主控制楼面对油浸变压器的外墙不应开设门、窗和通风孔；当其间距在5m～10m时，可在上述外墙上设甲级防火门。变压器高度以上可设防火窗，其耐火极限不应小于0.90h。

（3）实际应用：①本文中变电所4台室外油浸变压器，每台含油量均约20t，电压等级为110kV变10kV，每台油变之间的净距至少应保持在8m及以上；当每台油变之间的净距小于8h，应设置高度高出变压器油枕、长度应大于变压器储油坑两侧各1m、耐火极限宜不小于4h的防火墙。②变电所配电楼与室外油浸变压器外廓的间距宜≥10m；当其间距<5m时，变压器外轮廓投影范围外侧各3m内的配电楼面对油浸变压器的外墙不应开设门、窗和通风孔；当其间距在5m～10m时，可在上述外墙上设甲级防火门。变压器高度以上可设防火窗，其耐火极限不应小于0.90h。

2.4 防雷接地设计

按照国家标准《建筑物防雷设计规范》（GB 50057-2010）第三章的要求，本文中变电所4台室外油浸变压器应按一类防雷建筑物设防，防雷措施设计如下：

（1）防雷接地：沿油浸变压器布置范围的长度两侧对角位置设两根等高的避雷针，保护变压器和其进线，避雷针设独立的接地装置，接地电阻不宜大于4Ω。

（2）油浸变压器高压侧安装110kV阀型避雷器、低压侧安装10kV氧化锌避雷器。

（3）变压器金属外壳、低压侧中心点接地、避雷器接地共用接地装置，通过保护导体均可靠接地。

2.5 灭火系统设计

依据《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）第8.3.8条的要求：单台容量在40MV.A及以上的企业油浸变压器应设置自动灭火系统，并宜采用水喷雾灭火系统。本文中变电所选用的4台油浸变压器容量均为40MV.A，灭火系统设计为：

（1）设置水喷雾灭火系统。

（2）变压器着火时，应采用干粉、二氧化碳灭火器；地面燃烧的变压器油可采用泡沫灭火器、干黄沙，也可采用干粉、二氧化碳灭火器，但不可用消防水灭火。

2.6 维护与保养

加强油浸变压器的日常维护、监测与管理，尽量在出现故障、事故之前解决问题，为变压器的正常运行提供保障，主要应从以下几方面做好油浸变压器的维护与保养：

（1）定期进行日常维护，及时清变压器油污和高低压套管上的尘土，防止潮湿、阴雨天气污闪放电，造成套管相间短路，导致高压熔断器熔断，变压器不能正常运行。

（2）定期观察油浸变压器的油位和油色，定期检测油温，特别是负荷变化大、温差大、气候恶劣的天气应增加巡视次数，对油浸式的配电变压器运行中的顶层油温不得高于95℃，温升不得超过55℃，为防止绕组和油的劣化过速，顶层油的温升不宜经常超过45℃。

（3）監测油浸变压器的绝缘电阻，检查各引线是否牢固，特别要注意的是低压出线连接处接触是否良好、温度是否异常。

（4）加强用电负荷的测量，在用电高峰期，加强对每台配变的负荷测量，必要时增加测量次数，对三相电流不平衡的变压器及时调整，防止中性线电流过大烧断引线，造成下游设备损坏和变压器损坏。

结论

本文依据国家标准规范和电气相关技术知识，深入研究了室外油浸变压器的防火对策措施，通过对变电所室外4台大型油变防火设施的研究与设计之后，所采取的技术措施可整体提高室外油浸变压器的防火能力，并能有效阻止变压器着火和火灾事故蔓延，但是还存在细节设计的不足，需后期进一步研究探讨。

参考文献

[1] GB 50260-2013，火力发电厂与变电站设计防火规范[S].

[2] GB 50060-2008，3kV～110kV高压配电装置设计规范[S].

[3] GB 50016-2014，建筑设计防火规范[S].

[4]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力出版社，2005.

[5]陈世杰.变压器常见事故及反事故措施分析[D].华北电力大学，2012.