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1、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2X800MW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
2、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50C70C左右，最高油表面温度不会超过95C,因此，在故障时 间里特别是当温度达到4O0C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
3、物;若过热温度大于400C，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80OC时，变 压器油的分解能力最强；当过热温度超过800C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800C以上;而变压器的高能放电可使局部温度高达3O00C；这样的温度远高 于国标GB261规定的变压器油的闭杯闪点1 35C。由附表
4、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4 0 0。，就会在密闭的变压器器身内
5、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
6、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
7、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。198 9年8月8日安徽洛河电厂升压站的25 0 MVA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
8、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。19 8 7年6月5日山东淄博魏家庄2 2 0 KV变电所的一台1 20MVA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2 2 0 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
9、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
10、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它反应于变压器绕组、套管及引出线上的故障而动作。系统设计时根据规程的要求与变压器容量的不同，或装设纵差动保护，或装设电流速断保护。纵差动保护适用的场合，对于并列运行的变压器，容量为630 0 KVA以上时；单 独运行的变压器容量为1 00 0 0 KVA以上时;发电厂厂用变压器和工业企业中重要变压器， 容量为6 3 00 KVA以上时。电流速断保护用于10 0 00 KVA以下的变压器，且其过电流保护时限0.5 s。对于200 0 KVA以上的变压器，当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时，也应装
11、设 纵差动保护。4.2.3外部相间短路保护对于外部相间短路引起的变压器过电流，采取的措施有过电流保护、复合电压起动 的过电流保护、负序电流及单相式低电压起动的过电流保护、阻抗保护等。此外还有外部接地保护、过负荷保护、过励磁保护及其它保护等。4.3变压器事故的预防措施4.3.1防止变压器油绝缘老化的措施不定期的用欧姆表对变压器进行绝缘吸收比的摇测，通过直流电阻检测，根据变压器 相间电阻值参数的平衡系数来及早发现问题，必要时还应对变压器进行直流泄漏电流值与往 年或出厂值的比较，施加交流工频电压来进行绝缘强度检查，同时通过变压器上层油温情况， 掌握变压器负荷变异，避免变压器长期处于负荷高峰运行。4.
12、3.2防止变压器油绝缘劣化措施通过对变压器介质损耗进行检测，利用气相色谱来分析变压器潜伏性故障。气相色 谱法具有灵敏度高、不需要设备停止运行，可以作为监测充油设备运行的重要手段。4.3.3 预防变压器过电压故障的措施发电厂和变电所使用的电力变压器，一般采用一、二次侧装设避雷器来预防变压器 过电压，为保证系统的可靠运行还加设电压二次监控装置。4. 3.4瓷套管破损预防措施变压器的瓷套管采用气密性强、弹性好的耐油件，以防止空气湿度、气温变化对瓷 套管的影响。对于受潮的瓷套管及时进行干燥;对损坏的瓷套管及时进行更换。4.3.5变压器引线绝缘故障的预防措施变压器投运前对高低压接线柱进行复检，并将各部位
13、的螺丝拧紧。运行过程中严格 监视变压器油的油位，以确保变压器不在少油或缺油状态下运行。4.3.6变压器磁路故障的预防措施变压器磁路故障主要表现在变压器器芯内部的绕组和铁芯之间。为保证变压器可靠 工作，应确保穿心螺丝、夹板与铁芯硅钢片组合之间的空隙小。此外，变压器铁芯与大地可靠 连接。4.3.7变压器分接开关故障的预防措施对变压器进行各电压档位电压比、相间直流电阻的比较测试，同时对变压器进行短 路、空载损耗测试,以确保变压器安全可靠运行。2000年8月绥中发电有限责任公司的俄供一台220 KV 63MVA三相有载调压变压器， 试运过程中突然爆炸起火，油箱开裂浓烟滚滚，火舌喷出高达十几米。消防队和
14、运行人员立 即启动水雾系统和消防车,10分钟内将大火扑灭。事故的起因是有载调压装置故障所致。此 次事故造成该变压器箱体鼓肚，被烧的面目全非，有载调压控制箱全部损坏，低压侧线圈严重 烧损,变压器箱体豁口长达4 0cm。5电力变压器火灾的预防（探测与报警）电力变压器在系统的设计上与实际应用中，根据不同的需要采取了不同形式的保护 措施。如瓦斯保护可以使变压器的继电保护动作于油箱内所产生的气体或油流;纵差动保护 或电流速断保护可以使变压器的继电保护动作于变压器绕阻、套管及引出线的故障等等这 些保护措施对预防变压器的火灾具有一定的积极作用。电力系统继电保护的作用是迅速而有 选择性的切除故障元件。在有选择
15、性的切除故障元件的同时，并不排除诸如断路器等电气设 备拒动的可能性，故而在电力系统中又有采取后备保护。电力系统继电保护的选择性、速动 性、灵敏性及可靠性是互相制约的，也就是说电力系统的继电保护并不是针对消防而设置， 所以不能从根本上保证电力变压器杜绝火灾的发生。因为当瓦斯保护动作时（就算动作于信 号），变压器内部的可燃气体已累计到相当的浓度即已处在火灾的边缘，因此必须采取实际 上更有意义的火灾探测报警与灭火系统，并使之与变压器的各种继电保护（主要是瓦斯保护） 相互配合，这样才能从根本上解决电力变压器发生火灾的问题。电力变压器使用的火灾探测器材有以下几种:5. 1点型电子定温探测器采用特制的半导
16、体热敏电阻（CTR）作为传感元件，这种探测器的CTR电阻在室温或 正常温度下具有极高的阻值（可高达100MQ以上），随着环境温度的升高，阻值会缓慢下降； 当达到设定温度时，临界电阻的阻值会雪崩般的下降到几十Q,使得信号电流迅速增大，探 测器给出报警信号。点型定温探测器，是安装在变压器的四周的，并使探头成4 5方向朝着变压器的器 身。这种类型的探测器动作于变压器火灾的发生,它通过对已发生火灾变压器四周温度急剧 上升数率的探测发出报警信号，并依此为依据控制变压器灭火系统的工作。因这种探测器存 在抗电磁干扰等问题，必须安装在远离电力变压器处而安装距离又与电力变压器的电压等 级有关。同时这种探测器受气候、温度和变压器周围风速的影响比较大。因此应用于电力变 压器火灾探测的点型定温探测器定温温度的选择就显得十分重要。如果探测器的定温温度选
