Защита трансформатора от пожара

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Как защитить трансформатор и силовое оборудование от пожара и взрывов

Чрезмерный перегрев, чрезвычайно сильные короткие замыкания, плохое масло и удары молнии могут вызвать пожар в трансформаторах.

Трансформаторные пожары и взрывы редки, но эффект значителен. Несмотря на то, что трансформатор, участвующий в пожаре, скорее всего, будет уничтожен почти сразу, огонь может перекинуться на соседнее оборудование и конструкции. Нелокализованный огонь может нанести значительный урон и привести к длительному и незапланированному отключению, поэтому такие варианты следует учитывать.

Для трансформаторов с высокой номинальной мощностью и напряжениями выше 123 кВ обычно предусмотрена система противопожарной защиты, использующая системы с водяным распылением, как показано на изображении ниже.

Эта система активируется посредством датчиков пламени, если трансформатор установлен вне помещения или детекторами дыма, если трансформатор установлен в помещении.

Система противопожарной защиты трансформатора может быть разделена на:

• Водные и распылительные системы: пожарные насосы; система распыления воды, форсунки; клапаны; компоненты клапанов; трубопроводы.
• Система обнаружения пожара: пожарные извещатели; панель управления; кабели.

Требование к системе пожаротушения может быть смягчено, если трансформатор расположен удаленно от важных конструкций и другого оборудования. В некоторых случаях использование менее огнеопасных изоляционных жидкостей может снизить потребность в системе подавления огня и рассматриваться как альтернатива.

В общепринятой практике отраслевые стандарты предполагают наличие огнеупорных стен, разделяющих трансформаторы, в которых может содержаться более 1900 л горючего масла.

Таким образом, новые установки с крупными трансформаторами, заполненными минеральными маслами, расположенными вблизи структуры завода или другого оборудования, должны включать системы автоматического пожаротушения с активным трансформатором для защиты структуры и смежного оборудования и правильно спроектированных систем защиты от загрязнения для защиты окружающей среды.

Для новых объектов и там, где это оправдано на существующих установках, следует серьезно рассмотреть вопрос о размещении трансформаторов, заполненных масляным топливом в качестве способа снижения пожаров и экологических рисков. В этих случаях активное пожаротушение может не понадобиться, если позволяют другие соображения.

Существующие, функциональные системы пожаротушения должны по-прежнему использоваться для защиты структуры установки и другого оборудования, но должны быть пересмотрены для обеспечения адекватности и соответствия действующим кодам и стандартам.

Неактивные системы пожаротушения должны быть проверены на предмет адекватности и соответствия действующим кодам и стандартам и восстановлены для обслуживания.

Системы пожаротушения должны быть добавлены к существующим объектам (там, где их не существует) и там, где это необходимо для защиты структуры установки или другого оборудования.

Трансформаторы должны периодически проверяться в плане их состояния в дополнение к стандартной ревизии, тестированию и обслуживанию. Системы пожаротушения должны надлежащим образом эксплуатироваться, поддерживаться и проверяться. Доступ к трансформаторам должен быть ограничен и доступен только тем, кто может официально находиться вблизи него для ревизии и наладки.

Источник

Трансформаторы: защита от взрывов и пожаров

Взрывы и пожары силовых масляных трансформаторов приводят к трагическим социальным, экологическим, экономическим последствиям, вплоть до смертельных случаев, тяжелые ранения и травмы, загрязнение окружающей среды, убытки от недостатка производства электроэнергии до его полного прекращения и увеличение затрат на импорт энергоресурсов, потребность в замене трансформатора и оборудования на поврежденной подстанции или электростанции, снижение производительности.

Силовые трансформаторы относятся к наиболее дорогостоящему оборудованию, устанавливаемого на электростанциях и трансформаторных подстанциях.

Они содержат большое количество горючего вещества, при возгорании которого пожар может распространиться на близлежащие здания и строения. Особое внимание в этом случае должно быть уделено их защите.

Анализ базы данных показал, что все пострадавшие трансформаторы были оборудованы традиционными системами электрозащиты: дифференциальной, токовой, по земле, реле Бухгольца и реле быстрого возрастания давления. Единственным средством механической защиты был клапан сброса давления. В большинстве случаев системы электрической защиты срабатывали должным образом и посылали сигнал на выключатель трансформатора.

Однако, взрыва не удавалось избежать даже в том случае, если трансформатор был оборудован современными выключателями, обеспечивающими отключение в течение 50 миллисекунд. Механической защиты — клапан сброса давления — не эффективен при коротких замыканиях, так как все уничтоженные трансформаторы были оборудованы именно этим устройством.

Проведенные испытания показали, что быстрота возрастания давления в баке, возникающего из-за короткого замыкания, превышает период реагирования всех систем защиты трансформатора. Это, в особенности, относится к клапану сброса давления, который не рассчитан для быстрой эвакуации необходимого количества масла, что позволило бы избежать взрыва бака трансформатора. При сильных коротких замыканиях клапан сброса давления порой не успевает открыться вообще.

Взрывы и пожары трансформаторов могут являются итогом пробоя изоляции. Основанием этого могут являться перегрузки или скачки в электрической цепи, вызванные молниями, переключениями, постепенным износом изоляции, недостаточным уровнем масла, влажностью, кислотой, содержащейся в масле, а также сбоями в сопутствующем оборудовании, таком, как устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) или электрические вводы.

Энергия электрической дуги, возникающая в результате пробоя изоляции, вызывает резкий скачок локальной температуры. Она также генерирует большое количество взрывчатых и горючих газов, которые провоцируют очень быстрое увеличение давления в баке трансформатора.

В следствии этого, трансформатор взрывается в течении долей секунды, и крышка бака при этом обычно срывается. Большое количество масло-газовой смеси выплескивается в пространство. Контакт взрывчатых и горючих газов с воздухом (кислородом) может привести к мощному взрыву, который в некоторых случаях распространяет огонь по всей электростанции. В то же время температура поверхности масла в бакс быстро достигает точки воспламенения, и трансформатор загорается.

Был проанализирован и формализован механизм преобразования масла под воздействием температуры. Результатом этого анализа стала магнито-термо-гидродинами-ческая модель (МТГ).

МТГ-модель используется для расчета количества генерируемых взрывчатых и горючих газов, что позволяет вычислить возрастание давления в баке с течением времени. При расчетах выделения газов не следует забывать, что их количество зависит от величины тока электрической дуги и места возникновения короткого замыкания в баке трансформатора. В случае, когда электрическая дуга проходит непосредственно через диэлектрическое масло, возрастание давления происходит очень быстро, так как вся энергия дуги расходуется на нагрев масла, и это приводит к выделению большого количества горючих и взрывчатых газов. Если короткое замыкание происходит внутри обмоток, давление в баке будет возрастать медленнее, потому что часть энергии пойдет на расплавление меди или алюминия.

МТГ-модель принимает во внимание все параметры трансформатора:

свойства материалов (толщина и качество меди, изоляционных материалов и т. д.);

количество витков, размеры и геометрия обмоток;

компоненты диэлектрического масла, характеристики потока и охлаждаю щей системы;

геометрические параметры трансформатора, включая устройства РПН и электрические вводы.

В ходе исследований решались следующие задачи:

определить количество взрывчатых и горючих газов, выделяющихся вследствие переноса энергии;

рассчитать возникающее при этом увеличение давления внутри бака;

рассчитать энергию, которая должна быть эвакуирована для предотвращения взрыва и пожара трансформатора;

разработать систему, позволяющую эвакуировать газы и масляную смесь и препятствующую доступу кислорода.

На электростанциях короткие замыкания трансформаторов представляют особенно большой риск, так как инерция генератора продолжает питать электрическую дугу в течение относительно большого промежутка времени, если между генератором и трансформатором нет выключателя. Для предотвращения взрыва бака трансформатора такие условия являются наиболее тяжелыми По этой причине были изучены проблемы предупреждения взрыва блочных трансформаторов на электростанциях во время трехлетней программы исследований, осуществленной при сотрудничестве с одной из американских энергокомпаний.

Результаты программы исследований показали следующее:

давление внутри бака трансформа тора возрастает от 50 до 1 000 бар в секунду, в зависимости от места короткого замыкания и количества энергии, передаваемой маслу электрической дугой;

клапаны сброса давления, обычно устанавливаемые на баке трансформа тора, не способны понизить внутреннее давление бака и предохранить его от взрыва во время короткого замыкания для всех моделируемых ситуаций;

в большинстве случаев трансформаторы взрываются в течение 5-50 миллисекунд после того, как давление внутри бака начинает возрастать.

Эффективным средством защиты трансформаторов и их устройств регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) является система TRANSFORMER PROTECTOR (ТР), компании SERGI.

Система TP предназначена для применения на всех масляных трансформаторах мощностью свыше 0,1 МВА и выполняет следующие функции:

снижение давления в баке трансформатора (в течение нескольких миллисекунд);

эвакуация взрывчатых газов из бака трансформатора без контакта с воздухом;

отвод взрывчатых газов от трансформатора в отдаленную зону, где они могут сгореть в безопасности, что важно, например, на нефтеперерабатывающих предприятиях;

прекращение выделения взрывчатых газов благодаря использованию подачи азота.

В зависимости от мощности трансформатора и его местоположения находят применение системы ТР трех различных моделей. Каждый тип включает в себя один или несколько модулей сброса давления и один модуль устранения взрывчатых газов. Отличия состоят в особенностях осуществления декомпрессии, разделения масла и взрывчатых газов, хранения отведенного масла.

Система STP предназначена для относительно небольших трансформаторов мощностью от 0,1 до 5 МВА, расположенных вне или внутри помещений. Система МТР предназначена для любых трансформаторов мощностью от 0,1 до 1000 МВА или более, расположенных вне или внутри помещений. Система LTP предназначена для любых трансформаторов мощностью от 5 до 1000 МВА и более, расположенных вне помещений на электростанциях и трансформаторных подстанциях.
Журнал «Техника безопасности». Статью предоставилЗАО «ЭЛТКОМ»

Источник

Противопожарная защита трансформаторов ICAF

Пенные системы, интегрированные со сжатым воздухом для противопожарной защиты стационарного высоковольтного оборудования

Общий вид

Современное общество в повседневной жизни использует все больше и больше технологий. Человечество дошло до точки, когда стало полностью зависеть от электричества, как в личной жизни, так и в промышленной или коммерческой сфере.
Электрические компании устанавливают множество подстанций и электрических станций с рядами высоковольтных трансформаторов в распределительной сети для удовлетворения постоянно растущего спроса. Из-за многочисленных мер предосторожности, предпринимаемых с целью защиты оборудования от повреждения в то время, когда отключается электропитание, клиенты жалуются на неожиданные потери при проведении неотложных восстановительных работ.
Один из рисков, которым подвержены эти большие трансформаторы – склонность к воспламенению. Несмотря на то, что производители трансформаторов заполняют оборудование маслом, а сами трансформаторы имеют большое количество функций защиты, в случае внештатных ситуаций они часто вызывают большие пожары. Их сложно потушить, и они наносят большой материальный ущерб и ущерб окружающей среде, так как утечка и горение масла сопровождается густым черным дымом и выбросом токсичных веществ. Вот почему все больше и больше электрических компаний устанавливают противопожарные системы, способные защитить их инвестиции и предотвратить такие пожары. Таким образом, вокруг трансформаторов строятся защитные дамбы и барьеры, предотвращающие утечку масла в случае возникновения внештатной ситуации.

Проблемы, связанные с традиционными технологиями пожаротушения

Когда они защищены, то большая часть высоковольтных трансформаторов защищены системой форсунок стандартного образца, которая охлаждает трансформатор и в случае инцидента погасит возгорание.
Типичная концепция основана на сети открытых гребенок с форсунками, размещенных вокруг трансформатора. Типичная система состоит почти из 44 таких форсунок, подающих почти 500 галлонов воды в минуту в течение часа. Это очень большой объем воды.
Типовой проект NFRA-500 для электрических станций идет еще дальше, подразумевая продолжительность распыления воды почти 2 часа. Однако в их минимальных требованиях к дренажу указано только, что он достаточно объемный для размещения на защищенной территории стекающих потоков, содержащих большое количество горючей или легковоспламеняющейся жидкости, и что этого вполне достаточно для системы пожаротушения, на работу которой потребуется минимум 10 минут!
Много подстанций расположено на окраинах городов. Там, где подача воды в больших количествах часто невозможна. Резервуары для воды в этом случае должны иметь особую конструкцию (зачастую подземную), для того чтобы соответствовать высоким требованиям. Уже на первоначальном уровне они требуют от энергетической компании больших инвестиций. Это помимо программы технического обслуживания и без учета тех факторов, которые владельцы зачастую не вносят в планы пожаротушения.
В то время, когда вода доступна в необходимых количествах, мощные пожарные помпы часто бывают крайне необходимы для создания необходимого давления, чтобы удовлетворить потребности объектов пожаротушения. Расходы на наземные инфраструктуры быстро растут до того уровня, когда многие компании предпочитают не защищать трансформаторы вообще, предпочитая использовать пассивные меры защиты, такие как противопожарные стены между трансформаторами.
После того, как произошло внезапное возгорание, столько воды изливается на трансформатор пожарными расчетами с целью быстрее охладить конструкцию, что поток горячего трансформаторного масла, разлившись вокруг, легко обойдет устаревшие дамбы, усложняя проблему. В этом случае появляется возможность повторного воспламенения, которое повлечет за собой экологические проблемы. Это должно быть решено.

Разработки с ICAF

В настоящее время существует решение этих проблем с помощью системы пожаротушения, использующей пену в комплекте со сжатым воздухом. ICAF предлагает стационарную инженерную сеть под названием «Системы ФирФлекс» (FireFlex). Эта новейшая пенная система позволяет на стадии проектирования минимизировать большинство из возникающих потенциальных проблем, обеспечивая лучшую защиту от пожаров.
Пункт 7.15.1 стандарта NFPA-11 требует, чтобы там, где применяются стационарные системы пожаротушения пульверизационного типа для трехмерной защиты трансформаторов, была минимальная плотность и прямоугольное ограждение вокруг оборудования и его аксессуаров. Более того, сток системы должен быть рассчитан как минимум на 5 минут непрерывной работы (пункт 7.16).
В использовании системы ICAF согласно «ФирФлекс» лежит концепция локальной сетки форсунок, расположенных таким образом, чтобы покрывать все поверхности трансформатора. Концепция основана на обеспечении полного локального покрытия оборудования с помощью форсунок TAR-225L, невзирая на высоту их установки. Однако расположение зоны покрытия каждой форсунки и ее возможность «залипать» в процессе работы на вертикальных поверхностях относится к минусам этой системы. Гребенка форсунок, окружающая трансформатор, в этом случае будет неэффективна.
Количество пенообразования также снижается, поскольку его максимальная эффективность достигается только при концентрации 2%, вместо ранее используемых 3%.
Для типичного высоковольтного трансформатора (подобный изображен на рисунке 1 и 2) системы ICAF имеют норму стока значительно ниже, чем 95 галлонов в минуту, которые требуются для работы сети форсунок из 16 штук. За гораздо более короткие сроки работы в течение 5 минут около 475 галлонов воды теперь будут способны полностью погасить огонь, обеспечивая надежную защиту от повторного возгорания. При этом системы не в состоянии «устроить потоп».
Не стразу можно оценить тот факт, что больше не требуются огромные резервуары, мощные пожарные помпы и система дамб. А это в свою очередь дает энергетическим компаниям солидную экономию и они больше заинтересованы вкладывать деньги в современную систему пожаротушения.
Это небольшое количество воды, пены и трансформаторного масла теперь можно легко перекачать и переработать после того, как пожар погашен. Резко снижается вероятность экологического ущерба за счет сокращения рисков переполнения и прорыва защитных дамб.
Сравнительная таблица расхода воды системами пожаротушения

Источник