电力变压器的火灾起因与消防

电力变压器的火灾起因与消防

1 引言

绥中发电有限责任公司是国家"八五"期间重点项目，成套引进俄罗斯２×800MW燃煤动力机组，是亚洲单机容量最大的火力发电厂，本文以该工程电力变压器火灾预防的工程实践为例。

电力变压器在电力系统中发挥着"心脏"的功能，是电力系统不可缺少的重要部件，一旦发生故障，将导致整个区域内的电力网瘫痪；特别是其器身内充有几十甚至上百吨的绝缘油(作为绝缘、冷却剂和隔热用)，在变压器短时或持续性故障时间里，将分解出甲烷、乙烷、氢等可燃性气体，如果产生的可燃气体数量或压力超过变压器的容许值时，将从变压器器身的薄弱环节喷射出来而造成火灾。

电力系统的变压器系指电力变压器、并联电抗器和消弧线圈等。电力变压器是根据电力的输送、分配和使用需要升高或降低电压的需要，利用电磁感应原理将交流电从一种电压等级转换成另一不同电压等级的电力设备，是电力系统中输配电力的主要设备。

2 变压器绝缘油在高温状态下具有可燃物的所有特征

我们知道，若使可燃物或易燃物质燃烧，必须具备高于燃点或闪点的温度、有点火源和助燃物质。

就电力变压器而言，由于其内部充装具有绝缘和散热双重作用的绝缘油，电力变压器运行时的工作油温一般在50℃～70℃左右，最高油表面温度不会超过95℃，因此，在故障时间里特别是当温度达到400℃时就开始产生轻微的分解，如果长时间保持该温度不变，就会分解出甲烷、乙烷和丙烷等饱含碳氢化合物；若过热温度大于400℃，则变压器油的分解速度加剧，此时主要产生乙烯、丙烯等不饱和碳氢化合物；当温度再升高甚至达到800℃时，变压器油的分解能力最强；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。变压器绝缘油分解产物的活化能、自燃点、最大爆炸力等特性见附表。

变压器的低能火花放电(如局部放电)，在最初(变压器油的温度较低时)将变压器油分解成氢和甲烷。

电力变压器硅钢片的层间绝缘被破坏和铁芯发热，可以使变压器铁芯产生局部过热。其温度可高达800℃以上；而变压器的高能放电可使局部温度高达3000℃；这样的温度远高于国标GB261规定的变压器油的闭杯闪点135℃。

由附表可见，电力变压器绝缘油在高温状态下被气化后，具备燃烧物的所有燃烧条件：可燃物质-绝缘油气化后产生的各种可燃气体；高于燃点的温度-铁芯持续发热或高能放电；助燃物质-变压器周围的空气。

附表变压器油分解物特性一览表

3 电力变压器火灾的起因

电力设备、线路及变压器内部故障时，都将引起运行中变压器绝缘油的击穿，挥发出低分子烃类或易燃气体，这些气体溶解在变压器油中，就会降低变压器油的燃点及闪点。但此时变压器油的温度远远低于国标GB261规定的变压器油的闭杯燃点和闪点。

无论是电力变压器铁芯产生的持续高温，还是高能放电引起的突发性暂短高温，只要能使变压器油的温度大于400℃，就会在密闭的变压器器身内部，产生数量可观的可燃气体。产生的可燃气体数量及成分与变压器油的温度高低有直接的关系(如前述)。变压器在高温作用下所生成的可燃气体，有的直接进入变压器油枕上部的空间；有的直接被变压器油溶解(使变压器油的绝缘强度降低)后再部分的释放出来；这样在变压器油枕上部空间内就积聚了大量的可燃气体，使变压器油的闪点降低。

在电力系统的设备、线路或变压器内部故障时，如果变压器的继电保护(各类保护后述)拒绝动作或动作不及时，将使变压器油的温度在极短的时间内以极快的速度上升，产生的过量可燃气体已经来不及被变压器油所溶解，而迅速增加的被气化的变压器油体积急剧膨胀，一旦变压器的器身有薄弱部位(如变压器瓷套管、器身焊缝、防爆口等处)将破成裂口，使变压器油及产生的可燃气体一起从裂口中喷出，喷出的变压器油及可燃气体的温合物在与空气摩擦接触后，就产生火焰或爆炸。

4 电力变压器的故障种类和保护措施

4.1 电力变压器内部故障的种类

电力变压器内部故障的表现形式、种类很多，但综合一下可归纳为：

4.1.1 变压器油箱内的故障

电力变压器油箱内部的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。这些故障对变压器而言都是十分危险的。因为油箱内故障时产生的电火弧，将引起绝缘物质的剧烈气化，从而引起爆炸。运行中的电力变压器在各种负载热应力的作用下，或由于偶然的极强应力、潮湿、颗粒沉积、接头热逸走等因素都将引起绝缘强度的下降。从而造成不应有的相间短路、匝间短路及接地短路故障。

1989年8月8日安徽洛河电厂升压站的250MVA单相变压器(事故相为B相)突然爆炸起火，油箱开裂，40余吨变压器油全部跑光。事故的起因是高压绕组线圈换位处对变压器铁芯放电，并且还发现许多绝缘纸有不规则的放电痕迹，铁芯柱下部有20余处电弧点痕。此次事故造成该单相变压器线圈严重烧毁，钟罩变形鼓肚，油箱下部进油管拉断，导线绝缘烧损，进油道口纸板熏黑。

1991年12月18日北京通洲变电站一台220 KV、120MVA的电力变压器着火，大火持续3.5小时，将变压器的油及一切可燃物全部烧光。变压器上方的电源引线烧断，变压器的箱体、套管、绕组、铁芯和附件被烧的面目全非，造成北京大面积停电。

4.1.2 变压器油箱外的故障

变压器油箱外的故障有套管和引出线上发生相间短路和接地短路。

1987年6月5日山东淄博魏家庄220 KV变电所的一台120MVA的自耦变压器起火。事故的起因是高压线路短路，事故的当时，变压器的纵联差动保护及零序差动保护均动作，且220 KV、110KV、35KV侧的断路器都跳闸，着火点在变压器套管处，油枕不断向起火点处供油，使火越烧越旺。此次事故虽切断了全部电源，由于变压器本身火焰的温度已经高于变压器油的燃点，且有油枕不断的供油，在变压器周围又有充足的助燃空气，故使大火一直燃烧到油枕内的油全部烧光为止，变压器内部部件全部烧损。1991年江苏谏壁电厂9号主变的火灾事故也属于这一类型。

4.2 电力变压器在系统上所采取的保护措施

变压器在电力系统中所处的位置是十分重要的，它的故障与否直接关系到供电的可靠性与安全性，对系统的正常运行起着决定性的作用。所以电力系统对变压器除采取主保护外，还采取了后备保护，具体可分为：

4.2.1瓦斯保护

针对变压器油箱内部的故障如相间短路、匝间短路及接地短路或油面降低，装设了瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断路器。

规程规定800 KVA及以上的油浸式变压器和400 KVA及以上的车间内油浸式变压器均装设瓦斯保护。

4.2.2 纵差动保护或电流速断保护