高燃点植物绝缘油变压器防火安全性探讨

高燃点植物绝缘油变压器防火安全性探讨第46卷第10期2009年10月变珏器Vo1.46No.10October2009高燃点植物绝缘油变压器防火安全性探讨任常兴,李晋,张欣,王婕,张网,吕东(公安部天津消防研究所,天津300381)摘要:介绍了高燃点植物绝缘油变压器的防火安全特性,以及国内外相关的消防标准要求.关键词:变压器;植物绝缘油;火灾中图分类号:TM401.1文献标识码:B文章编号:10018425(2009)10002603DiscussiononSafetyofFirePreventionofHighIgnitionPointVegetableInsulationOilTransformerRENChang-xing,LIJin,ZHANGXin,WANGJie,ZHANGWang,LUDong(TianjinFireResearchInstituteofMPS,Tianjin300381,China)Abstract:Thesafetyoffirepreventionofhighignitionpointvegetableinsulationoiltransformerisintroduced.Therequirementsinfirestandardsathomeandabroadarepresented.Keywords:Transformer;Vegetableinsulationoil;Firehazard1前言高燃点绝缘油是一种新型的安全,防火变压器绝缘冷却剂.通常要求其最低燃点不小于300C,火灾危险程度为美国UL340标准的4级5级,如Ot油,B油,库柏FR3油和RTemp油等.高燃点油的最大特性是燃点高,可将火灾风险降至很低,其油浸式变压器已在美国,英国和日本等防火要求高的场合得到广泛应用,发生火灾和爆炸的风险远低于传统的油浸式变压器,因此其具有良好的应用和发展前景【.高燃点植物绝缘油是一种高燃点,高闪点及可生物降解的环保节能防火型变压器绝缘介质.20世纪60年代,在一些绝缘场合已经开始采用植物油来代替矿物油,90年代出现了植物油绝缘的变压器.近年来,高燃点植物绝缘油变压器由于其优越的防火安全特性得到了迅速发展,如库柏FR3绝缘油变压器和西门子天然酯类绝缘液变压器等,国内也开展了植物类绝缘油的特性研究.植物绝缘油在粘度,闪点,着火点,比热,热传导率和膨胀系数等方面都优越于传统矿物油.填充高燃点环保植物油的变压器在国外已普遍应用于需要特殊及低火概率的场所,国内有望在消防安全较敏感的场所得到应用,如室内或人员密集场所等.2高燃点植物绝缘油的防火安全性2.1高燃点,闪点及自燃点变压器油防火安全最重要的火灾危险性参数是燃点.开口杯燃点高于300C的液体被定义为国际电工委员会IECK一级液体,即可作为高燃点绝缘油.尽管其与不燃卤代烃(如PCBs)耐火性能不同,但仍具有比传统矿物油更优越的耐火性能,试验结果也证实了所有K一级液均能降低变压器事故初始程度并防止油池火发生.RTemp油3O年来极好的防火安全性已经证实,对于户内,建筑顶端或毗邻的敏感场所,300C的燃点足够高.FR3植物油的燃点为360C,大小规模的油火试验也表明其耐火性能比RTemp油好,且没有火灾事故记录.典型变压器绝缘油的基本防火性能参数比较如表l和表2所示.由表1和表2可知,高燃点植物绝缘油的燃点,闪点及自燃点都高于传统绝缘油和硅油等.以库柏FR3绝缘油为例,其燃点为360C,比通常使用的矿物油高出200C,比阻燃液体的最低要求高出第10期任常兴,李晋,张欣等:高燃点植物绝缘油变压器防火安全性探讨27表1变压器绝缘油性能参数Table1Parametersoftransformerinsulatingoil天然酯性能参数矿物油硅油HMWH合成酯试验方法(植物油)新油4240524347D-877击穿电压50次开关,kV41<4433647D-877操作后粘度409.2371212933D一445/mm2?S一l002-3l5.5lD-88闪点,1473oo276270328D-92燃点fCl65343312306357D-92比热容/kJ-(kg?).1.631.511.881.881.88D-2766倾点/C-50-55-21-502lD-97比重/g?cm.O.870.960.870.97O.92D一1298表2变压器绝缘油自燃点Table2Auto-ignitiontemperaturesoftransformerinsulating绝缘油自燃点范围,平均温度fC矿物油225-228226.5R-Temp357-360358.5Enviwtemp200373376374.5DC56l硅油399-40240o.5植物油FR340l一4O4402.560,且高于美国电气规范(NEC)所规定的最低燃点(300C),其闪点(330C)也高于当前使用的难燃油的闪点.2_2抗电故障能力FM环球金属热表面测试模拟电故障引燃了矿物油,而FR3油,Rtemp油在同等条件下未被引燃,测试结果见表3.试验表明,高燃点绝缘油的小型或中型变压器的油金属热表面不太可能引起火灾,电故障和套管故障下变压器发生池火概率极低,从消防安全角度考虑,中型变压器的防火间距可以缩短.2.3抗超铭牌容量运行能力变压器火灾的两个主要因素是变压器已运行年限和运行负载,如果变压器超铭牌容量运行很快就会出现故障,因此,降低火灾事故率需要提高油浸式变压器超铭牌容量运行能力.目前,FR3植物绝缘油变压器可在高达122%负载条件下长期运行而不影响变压器的寿命和性能,其超铭牌容量运行能力高于普通矿物油变压器.2.4抗局部放电能力新南威尔士大学(UniversityofNewSouthWales)试验的结果表明,植物绝缘油局部放电起始电压和击穿电压都比一般矿物油高;汉诺威大学(UniversityofHannover)试验测试也显示低饱和状态下,矿物油和植物油的起始放电电压相似,随着含水量的增加,植物油相比之下有较高的起始放电电压.同时,植物油在局部放电及电弧下分解出气体的组分与矿物油的不同,植物油分解出的CO和C02含量较高.3高燃点植物绝缘油变压器的安全附件要求变压器火灾通常是由内部器身故障引起的,绝大部分是器身内部击穿,引起电弧,油箱不能承受过高的气体压力,破裂后绝缘油逸出被电弧引燃造成火灾.若保护设备能及时动作,切断电源,可避免油箱开裂的火灾事故.高燃点植物绝缘油变压器的主要安全附件有压力释放元件,限流熔丝,过电流保护元件,气体温度继电器及温控温显装置等.美国FM,UL机构以及电气规范NEC等要求高燃点绝缘表3矿物油,R-Temp油和FR3.油金属热表面测试Table3Resultsofmineral,R-tempandFR3oilsinmetalhotsurfacetest金属板附近液面下金属板待测液体试验结果液体温度fC中间温度,FR3l33784未引燃95.5%FR3+4.5%l33770未引燃矿物油矿物油13477922s后引燃,火焰在表面蔓延矿物油13O784未引燃R-Templ3279l在钢板附近局部发生火焰,25s自熄灭RTempl3380o在钢板附近局部发生火焰,20s自熄灭矿物油1267875s后引燃,火焰在表面蔓延矿物油l287974s后引燃,火焰在表面蔓延油变压器应加强油箱的承受压力,安装压力释放装置和合适的熔丝保护,并应给出具体参数要求,以降低油箱破裂绝缘油泄漏而引发火灾的概率.高燃点绝缘油用于45kVA-lOO00kVA三相变压器时有如下规定:(1)油箱应能承受0.082MPa压力而不破裂.(2)油箱应装设压力释放阀,并设有具体限值.(3)应在变压器高压侧装设限流熔丝,其特性另有规定.(4)应在变压器高压侧装设过流保护装置,其特性另有规定.28变珏第46卷同时,FM要求充高燃点液的变压器应遵守以下中的一条:(1)应是经FM认可的或相当的.(2)房间的耐火极限不小于1h.(3)在变压器上方和2O英尺(约6.096m)范围内装有自动喷淋系统,供给强度不小于0.1358L/(s?m).4高燃点植物绝缘油变压器的防火标准要求美国国家电气法规NEC45023已将高燃点绝缘油变压器的户内,户外安装要求编人,且可用于安全,防火要求较高的户内.美国UL和FM机构也对该油的防火安全性进行了认证,并规定了详细的安装要求.如植物油FR3,Rtemp油和硅油等已通过了FM和UL的相关认证.美国材料试验学会也给出了天然酯(植物油)变压器绝缘油的标准(D687103)要求,其燃点不应低于300C,闪点不应低于275oC.国内建筑设计防火规范和高层民用建筑设计防火规范要求油浸式变压器室的耐火等级不低于二级,不应贴邻人员密集场所布置,普通油浸式变压器不得用于防火要求高的室内.由于高燃点绝缘油优越的防火性能和国外良好的运行状况,也有望在国内市场得到发展.目前,上海市工程建设规范10kV预装式变电站应用设计规程规定了高燃点油浸式变压器可以与干式变压器在建筑物耐火等级,防火间距要求方面同等对待,适宜建筑密集的地方.机械行业标准高燃点绝缘油电力变压器也给出了高燃点绝缘油的使用条件和性能参数,一些公司相继试制了高燃点绝缘油变压器.5结束语高燃点植物绝缘油变压器的防火安全特性优越于传统油浸式变压器,其绝缘油燃点高,防火性能好,变压器油箱耐压和密封性强,是我国安全环保型变压器的一个发展方向.参考文献:1NEC45023,LessflammableliguidinsulatedtransformersES.2】JB厂r104312004,高燃点绝缘油电力变压器【S.3】郭宏山,周晓凡.高燃点绝缘油变压器的应用【JJ.变压器,2005,42(11):1012.【4侯盈,鱼振民,彭国平.浅谈BetaFluid高燃点油浸变压器【J】.变压器,2003,40(8):812.5】印华,邱毓昌.油浸式变压器用植物油【Jj.绝缘材料,2003,(2):2325.【6李晓虎.植物绝缘油理化及电气性能的研究【D.重庆:重庆大学,2006.【7党剑亮.典型故障下菜籽绝缘油中溶解气体的研究【D】.重庆:重庆大学,2007.收稿日期:20090716作者简介:任常兴(1979一),男,河北l缶城人,公安部天津消防研究所助理研究员,从事危险品火灾,建筑防火的研究工作李晋(1966一),男,江西鄱阳人,公安部天津消防研究所研究员,从事消防安全工程的研究工作;张欣(1972一),女,内蒙五原人,公安部天津消防研究所助理研究员,从事材料火灾理论的研究工作.武钢硅钢搭上电力快车大型变压器用钢加速国产化武钢再担重大装备国产化重任昨日,国家工业与信息化部在汉召开大型变压器用取向硅钢国产化推进会,以实现我国大型变压器装备,特高压输变电等变电设备的自主化.特高压输变电相当于电力”高速公路”,可以实现大容量,长距离和安全输电.我国已基本掌握500kV以下交流输变电成套设备制造技术,并已建成世界领先的特高压试验示范工程,但相关输变电设备所采用的高磁感取向硅钢,主要依赖进口.在国家钢铁和装备制造业调整和