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第五节 电力变压器防火防爆

        电力变压器是根据电磁感应原理,以互感现象为基础,将一定电压的交流电能转变为不同电压交流电能的设备,按其冷却介质不同又可分为干式变压器和油浸式变压器。

        一、电力变压器的火灾危险性

        电力变压器是由铁芯柱或铁轭构成的一个完整闭合磁路,由绝缘铜线或铝线制成线圈,形成变压器的一次、二次绕组。除小容量的干式变压器外,大多数变压器都是油浸自然冷却式,绝缘油起线圈间的绝缘和冷却作用。变压器中的绝缘油闪点约为135℃,易蒸发燃烧,同空气混合能形成爆炸混合物。变压器内部的绝缘衬垫和支架大多采用纸板、棉纱、布、木材等有机可燃物质组成,如1000kVA的变压器大约用木材0.012m³,用纸40kg,装绝缘油1t。所以,一旦变压器内部发生过载或短路,可燃的材料和油就会因高温或电火花、电弧作用而分解、膨胀以致气化,使变压器内部压力剧增。这时,可引起变压器外壳爆炸,大量绝缘油喷出燃烧,燃烧着的油流又会进一步扩大火灾危险。

        二、电力变压器的安全设置

        根据现行国家标准《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)的要求,电力变压器的安全设置应符合以下要求。
        1)油浸变压器室、高压配电装置室的耐火等级不应低于二级,其他防火设计应按《火力发电厂和变电所设计防火规范》(GB 50229-2006)等规范的有关规定执行。
        2)油浸电力变压器、充有可燃油的高压电容器和多油开关等用房宜独立建造。当确有困难时可贴邻民用建筑布置,但应采用防火墙隔开,且不应贴邻人员密集场所。
        3)变、配电所不应设置在甲、乙类厂房内或贴邻建造,且不应设置在爆炸性气体、粉尘环境的危险区域内。供甲、乙类厂房专用的10kV及以下的变、配电站,当采用无门窗洞口的防火墙隔开时,可一面贴邻建造,并应符合现行国家标准《爆炸危险环境电力装置设计规范》(GB 50058-2014)等规范的有关规定。乙类厂房的配电所必须在防火墙上开窗时,应设置密封固定的甲级防火窗。
       4)多层民用建筑与单独建造的变电站的防火间距,应符合《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)的规定。10kV及以下的预装式变电站与民用建筑的防火间距不应小于3.00m。
       5)油浸电力变压器、充有可燃油的高压电容器和多油开关等用房受条件限制必须布置在民用建筑内时,不应布置在人员密集场所的上一层、下一层或贴邻,并应符合下列规定。
        
变压器室应设置在首层或地下一层靠外墙部位。
        
变压器室的门均应直通室外或直通安全出口;外墙开口部位的上方应设置宽度不小于1.0m的不燃性防火挑檐或高度不小于1.20m的窗槛墙。
        
变压器室与其它部位之间应采用耐火极限不低于2.00h的不燃性隔墙和1.50h的不燃性楼板隔开。在隔墙和楼板上不应开设洞口,当必须在隔墙上开设门窗时,应设置甲级防火门窗。
        
变压器室之间、变压器室与配电室之间,应采用耐火极限不低于2.00h的不燃烧体墙隔开;
        
油浸电力变压器、多油短路器室、高压电容器室,应设置防止油品流散的设施。油浸电力变压器下面应设置储存变压器全部油量的事故储油设施。
        
应设置火灾报警装置。
        
应设置与油浸变压器、电容器和多油开关等容量和建筑规模相适应的灭火设施。根据《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)的规定,单台容量在40MVA 及以上的厂矿企业油浸变压器,单台容量在90MVA 及以上的电厂油浸变压器,单台容量在125MVA 及以上的独立变电站油浸变压器,设置在高层民用建筑内、充可燃油的高压电容器和多油开关室均宜采用水喷雾灭火系统。设置在室内的油浸变压器、充可燃油的高压电容器和多油开关室,可采用细水雾灭火系统。
       
油浸变压器的单台容量不应大于630KVA,总容量不应大于1260KVA。

        三、电力变压器本体的防火防爆措施

        1)防止变压器过载运行。如果长期过载运行,会引起线圈发热,使绝缘逐渐老化,造成匣间短路、相间短路或对地短路及油的分解。    
        2)保证绝缘油质量。变压器绝缘油在储存、运输或运行维护中,若油质量差或杂质、水分过多,会降低绝缘强度。当绝缘强度降低到一定值时,变压器就会短路而引起电火花、电弧或出现危险温度。因此,运行中变压器应定期化验油质,不合格的油应及时更换。     
       3)防止变压器铁心绝缘老化损坏。铁心绝缘老化或夹紧螺栓套管损坏,会使铁心产生很大的涡流,引起铁心长期发热造成绝缘老化。     
       4)防止检修不慎破坏绝缘。变压器检修吊芯时,应注意保护线圈或绝缘套管,如果发现有擦破损伤,应及时处理。  
       5)保证导线接触良好。线圈内部接头接触不良,线圈之间的连接点、引至高低压侧套管的接点以及分接开关上各支点接触不良,会产生局部过热,破坏绝缘,发生短路或断路。此时所产生的高温电弧会使绝缘油分解,产生大量气体,变压器内压力增大。当压力超过瓦斯继电器保护整定值而不跳闸时,会发生爆炸。         
       6)防止雷击。电力变压器的电源一般通过架空线而来,而架空线很容易遭受雷击,变压器会因击穿绝缘而烧毁。避雷器的接地线应与变压器的低压侧中性点或中性点不接地的电力网中,中性点的击穿保险器的接地端及油箱金属外壳连在一起接地。 
       7)短路保护要可靠。变压器线圈或负载发生短路,变压器将承受相当大的短路电流,如果保护系统失灵或保护整定值过大,就有可能烧毁变压器。为此,必须安装可靠的短路保护装置。     
       8)限制变压器接地电阻。对于采用保护接零的低压系统,变压器低压侧中性点要直接接地,当三相负载不平衡时,零线上会出现电流。当这一电流过大而接触电阻又较大时,接地点就会出现高温,引燃周围的可燃物质。容量100kVA以下的变压器接地电阻应不大于10Ω。
       9)防止超温。变压器运行时应监视温度的变化。如果变压器线圈导线是A级绝缘,其绝缘体以纸和棉纱为主,温度的高低对绝缘和使用寿命的影响很大,温度每升高8℃,绝缘寿命要减少50%左右。变压器在正常温度(90 ℃)下运行,寿命约20年;若温度升至105℃,则寿命为7年;温度升至120℃,寿命仅为2年。所以变压器运行时,一定要保持良好的通风和冷却,必要时可采取强制通风,以达到降低变压器温升的目的。
      10)
变压器室应配备相应凯发体育下载设施,如线型定感温火灾探测器等探测报警设备、二氧化碳或IG541等与油浸式变压器容量相适应的自动灭火系统和应急照明系统。凯发体育下载设施设备的线路,可以考虑采用矿物绝缘类不燃性电缆、耐高温、防火电缆或其他耐火电缆,以满足防火的要求。
      11)
应经常对运行中的变压器进行检查、维护,包括变压器的声音、油面、接地、温度表保护装置、套管以及变压器整体整洁等是否完好、正常,便于及早发现隐患即时处理。
 
本章思考题
        1.散发可燃粉尘、可燃纤维的生产厂房对采暖的要求是什么?
        2.采暖设施的防火措施有哪些?
        3.通风空调系统防火防爆措施有哪些?
        4.柴油发电机房在民用建筑内的设置有什么要求?
        5.直燃机房在建筑内的设置有什么要求?
        6.燃油或燃气锅炉如受条件限制必须布置在民用建筑内时,应符合哪些要求?
        7.直燃机房内火灾自动报警系统应如何设置?
        8.厨房的火灾危险性主要有哪几个方面?
        9.厨房的防火防爆措施有哪些?
       10.锅炉房的火灾危险性及建筑耐火等级是如何要求的?
       11.锅炉房设计在总平面布局上有什么要求?
       12.电力变压器本体的防火防爆措施有哪些?
       13.电力变压器的安全设置应符合哪些要求?
 
参考文献
 
        [1]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50016-2014 建筑设计防火规范 [S].北京:中国计划出版社,2014.
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中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50067-2014 汽车库、修车库、停车场设计防火规范 [S].北京:中国计划出版社,2014.
        [3]
中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50029-2006 火力发电厂与变电站设计防火规范 [S].北京:中国计划出版社,2006.
        [4]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50041-2008 锅炉房设计规范 [s].北京:中国计划出版社,2008.
        [5]何天褀.供暖通风与空气调节 [M]. 重庆:重庆大学出版社,2008.
        [6] 全国勘察设计注册工程师公用设备专业管理委员会.全国勘察设计注册公用设备工程师暖通空调专业考试复习教材 [M]. 2版.北京:中国建筑工业出版社,2006.
        [7]全国凯发体育下载标准化技术委员会固定灭火系统分技术委员会.GA498-2012 厨房设备灭火装置 [S]. 北京:中国标准出版社,2012.
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