附录I(资料性附录)油浸变压器排油注氮消防系统设计、施工及验

附录I(资料性附录)油浸变压器排油注氮消防系统设计、施工及验

条文说明
 
I.1 总则
I.1.1 油浸变压器排油注氮消防系统是一种具有自动探测变压器火灾,可自动(或手动)启动,控制排油阀开启排放部分变压器油排油泄压,同时通过断流阀有效切断储油柜至油箱的油路,并控制氮气释放阀开启向变压器内注入氮气的灭火系统。系统通常由消防控制柜、消防柜、断流阀、火灾探测装置和排油管路、注氮管路等组成。排油注氮消防系统示意图见图1.1。
图I.1 排油注氮消防系统示意图
排油注氮消防系统 
I.1.2 消防控制柜一般设置于控制中心,主要功能是接收火灾等相关信号并发出动作指令。
I.1.3 消防柜设置于被保护的变压器旁,消防柜包括实现氮气储存、安全泄压、氮气释放、压力显示、欠压报警、氮气减压、机械联锁、油气隔离、排油、漏油观测等功能的部件以及与之配套的管路管件。
I.1.4 断流阀安装在油浸变压器储油柜与油箱之间的连接管路上,正常情况下处于开启状态,达到额定流量自动关闭,当变压器排油时,能自动切断储油柜向变压器油箱的供油。
I.1.5 火灾探测装置安装在变压器上部,用于探测变压器火灾危险。
I.1.6 排油管路上设置有检修阀、排油阀、漏油观测装置等,排油管路的一端连接在变压器上部,另一端接入事故油池或储油罐等变压器事故泄油设施,排油阀控制系统排油泄压,漏油观测装置用于观测系统漏油情况。
I.1.7 注氮管路的一端连接在高压氮气储存容器上,另一端与变压器油箱下部相连,注氮管路上设置有减压装置、高压软管、机械联锁阀、排气组件、油气隔离装置等部件。
I.1.8 排油注氮消防系统的灭火机理是:当变压器内部发生火灾或爆炸危险,控制系统启动排油阀排油泄压,同时断流阀自动关闭,切断变压器储油柜向油箱供油,变压器油箱油位降低,油压减轻,防止变压器爆炸。经过数秒延时,控制系统再启动氮气释放阀,高压储存容器的氮气通过注氮管路从变压器油箱底部注入,搅拌冷却油箱内的变压器油,同时隔离空气,避免火灾危险。
I.2 4.1.3 条对消防柜与排油连接阀的距离进行了规定。当变压器内部出现爆炸或火灾危险时,变压器内部压力迅速增加,采用较短的排油管道有利于排油泄压。在保证安全操作距离的前提下,消防柜应尽量靠近排油连接阀布置。
I.3 4.1.4 条要求每台油浸变压器对应独立的消防柜,主要是考虑到目前排油注氮消防系统的灭火试验数据都是根据单台油浸变压器的容量、油量和构造得出的,同时也是为了方便维护管理。
I.4 4.1.6 条从经济合理和维护方便的角度考虑,规定一台消防控制柜可以控制多台消防柜,但是每台消防柜应对应独立的控制单元,各控制单元应互不干扰,以方便检修维护以及工程扩建。
I.5 4.1.7 条规定了排油注氮消防系统的设计温度。考虑到系统设计和计算时,会涉及到一些与温度有关的技术参数,因此采用同一温度基准是必要的,国际上大都取20℃作为应用计算的基准,本规范中所列公式和数据(除另有指明者外)也是以该基准温度为前提条件的。
I.6 4.1.8 条规定了消防柜中氮气储存容器的基本配置要求。从严格意义上讲,氮气储存容器的贮存容量和贮存压力应根据变压器油箱的截面积、注氮强度、注氮时间以及管路情况经计算确定。考虑目前应用的变压器截面积参数以及管路参数相对偏差不大,灭火保护对象单一,为方便设计计算,规定了基本配置要求。实践证明,这个配置要求对目前应用的油浸变压器是可以保证灭火效果和注氮时间的。
I.7 4.1.10 条对氮气储存容器的材质和工作压力进行了规定,以确保系统安全性。
    本规范参照惰性气体灭火系统储存容器要求,将钢瓶的最低公称工作压力规定为17.2MPa。
    消防柜一般设置在室外,柜内的最高环境温度可能超过50℃,因此本条同时规定钢瓶的公称工作压力不得小于其在最高环境温度下所承受的工作压力。
I.8 4.1.12 条考虑到变压器油箱耐压力较低,为降低可能的风险,规定了减压装置出口的最高氮气压力值。同时需要注意的是,减压装置应采用能同时减静压和动压的减压装置。
I.9 4.1.14 条规定了注氮时间,主要是为了保证灭火效果,防止复燃。
I.10 4.1.15.3 条规定了排油管管径的计算方法。
    下面用一个实例,介绍排油注氮消防系统排油管管径的计算:
    有一台变压器,油箱贮油量50吨,采用排油注氮消防系统,计算排油管管径。
    1)确定排油时间,t=3s。
    2)确定排油量,Q=50×103×0.01=500kg。
    3)变压器油密度,p=895kg/m3
    4)排油管中油流速度,取v=12m/s。
排油管管径
    取管径DN150。
I.11 4.1.16.2 条规定了单台变压器注氮孔的最少布置数量。对于容量较大的变压器,最好能在变压器底部配置注氮分配管,以保证均匀注氮,但在实际中很难做到,目前都是在距变压器油箱底部100mm处均匀设置注氮孔。试验表明,这种方式还是能保证灭火效果,但需适当加大注氮强度,延长注氮时间。
I.12 4.1.16.5 条规定注氮管管网宜设计为均衡系统。注氮管网设计成均衡系统,一方面使得注氮强度均匀,另一方面有利于设计计算。
I.13 4.1.17 条对火灾探测装置的设置进行了要求。
I.13.1 变压器油箱上层油温最高,火灾探测装置应安装在变压器顶部。
I.13.2 排油注氮消防系统对火警信号的准确性要求很高,误动将导致非常严重的后果,有必要将火灾探测装置分两个以上独立回路布置,在自动状态下,要求至少两个独立回路均接到火警信号后才确认火警,以确保系统可靠性。
I.13.3 目前火灾探测装置一般布置在变压器外部,在有条件的情况下建议设置一路变压器内部火灾探测装置。
I.14 4.1.18 条规定了感温火灾探测器的动作温度。考虑到变压器上层油温不允许超过95℃,因此规定感温火灾探测器动作温度为130±10℃。
I.15 4.1.22 条对排油注氮消防系统的电源进行了要求。考虑许多变电所装有直流屏和专用蓄电池组,能提供可靠的直流220V或110V电源,因此主电源也可以是直流220V(或110V)。
考虑一些变电站的特殊情况,备用电源可以采用专用蓄电池或集中设置的蓄电池,也可以采用UPS电源。
I.16 4.2.1.1 条对消防柜应包括的基本功能部件进行了要求,消防柜示意图见图2。
图2 消防柜示意图
消防柜示意图 
1——氮气贮存容器;    2——安全泄压装置;
3——压力显示装置;    4——欠压警报机构;
5——氮气释放阀;      6——高压软管;
7——机械联锁装置;    8——排气组件;
9——油气隔离装置;    10——流量调节阀;
11——检修阀;         12——排油阀;
13——漏油观测装置;   14——排油管;
15——压力控制器;     16——除湿装置。
I.17 4.2.1.3 条对氮气释放阀安装位置进行了规定。从目前使用情况看,一些厂家将氮气释放阀安装在注氮管路上,氮气储存容器的出口软管长期处于高压状态,易老化泄露且有爆裂危险,不符合安全要求。
I.18 4.2.1.4 条规定是考虑到消防柜一般设置于室外,单纯依靠人工检查氮气贮存压力难以及时发现问题,因此必须设置能自动报警的欠压警报机构。
I.19 4.2.1.9 条要求在注氮管路中设置机械联锁阀门。变压器油箱的安全压力一般小于0.1MPa,氮气储存容器贮存压力为12〜15MPa,就是通过减压装置减压后注氮压力也远大于变压器油箱耐压值,如果在没有排油的情况下进行注氮,后果非常严重。因此必须采取可靠措施确保先排油后注氮,除了在消防控制柜控制流程中设定注氮延时外,同时采用机械联锁的方式进行锁定是必要的。
I.20 4.2.1.10 条的规定是考虑到泄漏的氮气如进入变压器,可能造成严重后果,有必要设置排气组件。
I.21 4.2.1.11 条规定注氮管路上应设置信号反馈装置,用以确认注氮是否启动。
I.22 4.2.1.14 条规定了排油阀动作时间。排油注氮系统的一个重要功能是防爆泄压,排油阀应在接到信号后1s内完全开启。
I.23 4.2.1.15 条规定排油阀或排油管路上应设置信号反馈装置,用以确认排油是否启动。
I.24 4.2.1.16 条要求在排油管路上设置漏油观测装置,同时应具备漏油报警功能。漏油观测装置主要用来观测变压器漏油及排油情况,消防柜一般设置于室外,单纯依靠人工检查难以及时发现问题,因此有必要同时设置漏油报警装置,当有漏油迹象时应能及时发出漏油报警信号,防止事态扩大。
I.25 4.2.5.12 条的规定是考虑到排油注氮消防系统的重要性,有必要存储或打印相关信息,以利于维护管理和事故调查。
I.26 4.3.4.1 条的规定要求采用两个独立回路的火灾探测动作信号作为火警确认信号。
排油注氮消防系统对火警信号的准确性要求很高,误动将导致非常严重的后果,火灾探测装置应分成两个以上独立回路布置,在自动状态下,消防控制柜要求接到两个独立回路的火灾探测装置动作信号后才确认为火灾信号,以增加可靠性。
I.27 4.3.5.1 条规定变压器油箱超压信号应作为防爆自动启动的条件之一。具备防爆功能的排油注氮消防系统在消防柜中设有压力控制器,压力控制器的动作压力一般为变压器油箱安全压力的0.6〜0.8倍,且应大于变压器压力释放阀的动作压力(扣除高度差)。
当油浸式变压器的内部发生严重故障时,高温和电弧使变压器油以及变压器内部的绝缘材料分解出大量气体,变压器内部压力迅速增加,如变压器压力释放阀没有有效动作,压力将继续升高,达到压力控制器的动作压力时,压力控制器发出变压器油箱超压信号。
I.28 4.3.5.2 条的规定是为了确保防爆自动启动的可靠性,增加变压器油箱超压确认信号。
I.29 4.3.8 条的规定是因为检修阀或排油阀关闭时,排油无法进行,此时应禁止系统启动。
为方便安装调试,排油阀一般设置有将排油阀锁定在关闭状态的机械锁定装置,当排油阀处于机械锁定状态时,排油阀无法开启,这时应禁止系统启动。
I.30 5.1.3 条的规定是考虑到施工人员对设计图纸的理解与设计人员可能有所不同,为了使施工人员更好地理解施工图设计意图,在排油注氮消防系统施工前,设计单位应向施工单位说明情况。
I.31 5.2.5 条的规定主要是为了防止管道中的残留气体进入变压器。
I.32 5.2.6 条的规定是考虑到排油管、注氮管内部清洁度要求很高,当中断安装时,其敞口处应封闭,以防杂物进入。
I.33 6.5 条对变压器模拟试验进行了要求,由于变压器情况特殊,不能进行排油和注氮试验,因此可以用模拟试验代替。

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