CN110389045A - 用于大型实体火试验的变压器油加热装置及加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于大型实体火试验的变压器油加热装置及加热方法，包括变压器油箱、供油管道、防火隔离墙、回油管道、电动阀、手动阀、加热罐、电控系统、热油泵、电加热管，变压器油箱内部充有变压器油，顶部敞口或开设燃烧口，变压器油箱与加热罐之间设防火隔离墙，防止变压器油箱燃烧时加热罐燃烧爆炸，调节供油‑回油循环平衡。采用电加热分档分阶段使变压器油达到预定温度后，停止加热系统并使变压器油箱内达到预定油位，有益效果是，加热温度高、速度快，安全可靠，具有可重复性，为大型油浸变压器实体火试验提供了有力技术支撑，既可用于大型油浸变压器火灾特性研究，也可用于大型油浸变压器灭火技术评估。

Description

用于大型实体火试验的变压器油加热装置及加热方法

技术领域

本发明涉及大型油浸变压器实体火试验领域，尤其涉及一种用于大型实体火试验的变压器油加热装置及加热方法。

背景技术

近些年，伴随着我国经济社会快速发展，涌现出一批高压、特高特输电工程以及数万台220kV以上大型油浸变压器。在大量大型油浸变压器投入使用的同时，其火灾防控技术却远远落后于实际需要。大型油浸变压器体量规模大、储油量多、运行温度高，220kV以上大型油浸变压器储油量达50t～130t，尤其特高压换流变压器的油箱长度达12m，其规模和储油量远超常规油浸变压器，并且运行温度高、热量大，一旦发生火灾易形成高温热油火及大面积流淌火，扑救十分困难，现有常规灭火技术及装备无法完全满足其灭火需求，因此当前迫切需要开展新型有效灭火技术及装备研发。

实体火试验是验证变压器灭火系统有效性和确定灭火应用参数的重要方法，实体火试验的变压器油温是影响灭火的关键因素。由于大型油浸变压器运行温度高，扑救难度大，灭火时间长，导致变压器油温较高，故此为反映真实的火灾情况，考虑不利的灭火条件，大型油浸变压器实体火试验的油温须不低于实际运行可能的最高温度再加上长时间持续燃烧导致的变压器油温升，这就使得大型油浸变压器实体火试验的油温会达到100℃，甚至200℃以上，试验时必须采用加热装置进行预热。但是，现有常规油浸变压器实体火试验通常采用常温变压器油，未考虑变压器油加热问题，并且由于大型油浸变压器实体火试验涉及油量多、油温高、工况复杂，存在较大易燃易爆风险，常规燃气加热装置、滤油机、电力加热等加热装置及方法无法满足需求。具体而言：（1）常规燃气加热装置因涉及明火，当油温超过燃点后易意外引燃变压器油，从而导致无法达到预期油温，或者无法按照预定试验方案进行，存在较大安全隐患。（2）常规滤油机的最高油温有限，并且升温速率慢，无法满足大型油浸变压器实体火试验需求。因此，大型油浸变压器实体火试验急需安全可靠的变压器油加热装置及方法。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明提供一种用于大型实体火试验的变压器油加热装置及加热方法，具有安全、可靠、可重复性为变压器油加热，为大型油浸变压器实体火试验提供有力技术支撑，既可用于大型油浸变压器火灾特性研究，也可用于大型油浸变压器灭火技术评估。具体技术方案是，一种用于大型实体火试验的变压器油加热装置，包括变压器油箱、供油管道、防火隔离墙、回油管道、第一电动阀、第一手动阀、加热罐、电控系统、热油泵、电加热管、第二电动阀、第二手动阀，其特征在于：所述的变压器油箱内部充有变压器油，顶部敞口或开设燃烧口，变压器油箱与加热罐之间设防火隔离墙，防止变压器油箱燃烧时加热罐燃烧爆炸，所述的变压器油箱底部设置若干个油箱出油口和油箱进油口，油箱进油口用供油管道与加热罐的供油口相连，所述供油管道上分别设第一电动阀、第一手动阀、热油泵，用于调节供油流量，油箱出油口用回油管道与加热罐的进油口相连，所述回油管道分别设第二电动阀、第二手动阀、用于调节回油流量，所述的加热罐底部不同位置有若干供油口，加热罐内下部均匀铺设有若干组电加热管和若干个热电偶，每组电加热管包含若干只电加热管，顶端有若干个人孔、溢油口、进油口，加热罐侧面有电控系统，所述的电控系统，包括加热罐控制柜、热油泵控制柜和电动阀控制柜，所述加热罐控制柜与加热罐电连接，用于控制加热罐启停和调节加热功率，进而控制加热速率，所述热油泵控制柜与热油泵电连接，用于控制热油泵启停和调节热油泵转速，进而控制供油速率，所述电动阀控制柜分别与第一电动阀、第二电动阀电连接，用于控制此两个电动阀启闭和调节阀门开度，进而控制供油和回油速率。

所述热油泵采用单级或多级高温导热油泵，使用温度≥200℃。

所述电加热管采用防爆增安型侵入式加热棒，使用温度≥500℃。

加热方法包括以下步骤，（一）注油，首先关闭供油管道上的第一电动阀、第一手动阀和回油管道上的第二电动阀、第二手动阀，然后向变压器油箱内加入预定数量的变压器油；（二）供油及回油循环平衡调节。首先打开回油管道上的第二电动阀、第二手动阀，使变压器油箱内的变压器油流入至加热罐，待加热罐内达到预定油位后打开供油管道上的第一电动阀、第一手动阀，启动热油泵，并通过调节回油管道的第二电动阀、第二手动阀、供油管道上的第一电动阀、第一手动阀开度以及热油泵转速，调节供油-回油速率，直达供油-回油循环平衡，加热罐油位不再变化；（三）变压器油加热，开启加热罐控制柜，将加热档设置在高功率，开始快速升温，当加热罐内油温达接近或到100℃时，停止加热；将加热档设置在低功率，开始缓慢加热，油温维持在100℃以下，使水分蒸发，直到加热罐内变压器油不再翻腾为止，停止加热；将加热档设置在高功率，开始快速升温，直到油温达到目标温度时，停止加热；（四）变压器油箱油量标定，关闭回油管道上的第二电动阀、第二手动阀，开启供油管道上的第一电动阀、第一手动阀，开始自加热罐向变压器油箱单向供油，直至变压器油箱内达到预定油位后，依次关闭热油泵和供油管道上的第一电动阀、第一手动阀。

本发明的技术效果是，加热温度高、速度快，安全可靠，具有可重复性，为大型油浸变压器实体火试验提供了有力技术支撑，既可用于大型油浸变压器火灾特性研究，也可用于大型油浸变压器灭火技术评估。

附图说明

图1是本发明加热装置示意图；

图2是本发明加热罐示意图；

图3是本发明加热方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步说明本发明。

如图1、图2所示，一种用于大型实体火试验的变压器油加热装置，包括变压器油箱1、供油管道2、防火隔离墙3、回油管道4、第一电动阀5、第一手动阀6、加热罐7、电控系统8、热油泵9、电加热管10、第二电动阀11、第二手动阀12，变压器油箱1内部充有变压器油，顶部敞口或开设燃烧口，变压器油箱1与加热罐7之间设防火隔离墙3，防止变压器油箱1燃烧时加热罐7燃烧爆炸，变压器油箱1底部设置若干个油箱出油口1-2和油箱进油口1-1，油箱进油口1-1用供油管道2与加热罐7的供油口7-3相连，供油管道2上分别设第一电动阀5、第一手动阀6、热油泵9，用于调节供油流量，油箱出油口1-2用回油管道4与加热罐7的进油口7-4相连，回油管道4分别设第二电动阀11、第二手动阀12、用于调节回油流量，加热罐7底部不同位置有若干供油口7-3，加热罐7内下部均匀铺设有若干组电加热管和若干个热电偶7-5，每组电加热管包含若干只电加热管10，顶端有若干个人孔7-1、溢油口7-2、进油口7-4，加热罐7侧面有电控系统8，电控系统8，包括加热罐控制柜、热油泵控制柜和电动阀控制柜，加热罐控制柜与加热罐7电连接，用于控制加热罐启停和调节加热功率，进而控制加热速率，所述热油泵控制柜与热油泵9电连接，用于控制热油泵9启停和调节热油泵9转速，进而控制供油速率，电动阀控制柜分别与第一电动阀5、第二电动阀11电连接，用于控制此两个电动阀启闭和调节阀门开度，进而控制供油和回油速率。

热油泵9采用单级或多级高温导热油泵，使用温度≥200℃。

电加热管10采用防爆增安型侵入式加热棒，使用温度≥500℃。

实施例一

热油泵采用LQRY100型单级高温导热油泵。

加热罐下部均匀设有三组电加热管，每组电加热管包含十二只电加热管，电加热管采用EH-15型加热棒，每只加热管功率15kW，则每组电加热管功率180kW，所述加热罐控制柜包含三个启闭开关，采用如表1两档三阶段加热方法加热，每个启闭开关控制一组电加热管，通过开启1组、2组或者3组电加热管，从而实现三种不同的加热功率，也可通过采用单个功率不同的电加热管，从而实现更多种不同的加热功率。

表1 两档三阶段加热方法

阶段	加热功率/kW	目标温度/℃	备注
				第一阶段	540	100	高功率加热，快速升温
第二阶段	180	100	低功率加热，排除水分
				第三阶段	540	160	高功率加热，快速升温

步骤：（一）注油，首先关闭供油管道2上的第一电动阀5、第一手动阀6和回油管道4上的第二电动阀11、第二手动阀12，然后向变压器油箱1内加入预定数量的变压器油；

（二）供油及回油循环平衡调节，首先打开回油管道4上的第二电动阀11、第二手动阀12，使变压器油箱1内的变压器油流入至加热罐7，待加热罐7内达到预定油位后打开供油管道2上的第一电动阀5、第一手动阀6，启动热油泵9，并通过调节回油管道4的第二电动阀11、第二手动阀12、供油管道2上的第一电动阀5、第一手动阀6开度以及热油泵9转速，调节供油-回油速率，直达供油-回油循环平衡，加热罐7油位不再变化；

（三）变压器油加热，开启加热罐控制，将加热档设置在高功率，开始快速升温，当加热罐7内油温达接近或到100℃时，停止加热；将加热档设置在低功率，开始缓慢加热，油温维持在100℃，使水分蒸发，直到加热罐内变压器油不再翻腾为止，停止加热；将加热档设置在高功率，开始快速升温，直到油温达到160℃时，停止加热；

（四）变压器油箱油量标定，关闭回油管道4上的第二电动阀11、第二手动阀12，开启供油管道2上的第一电动阀5、第一手动阀6，开始自加热罐7向变压器油箱1单向供油，直至变压器油箱1内达到预定油位后，依次关闭热油泵9和供油管道2上的第一电动阀5、第一手动阀6。

工作原理：变压器油箱1内的变压器油通过回油管道4自由流入加热罐7，加热罐7内的变压器油通过热油泵9和供油管道2导入变压器油箱1，并通过调节回油管道4、供油管道2上阀门开度以及热油泵9转速，调节供油-回油循环平衡。采用大功率电加热棒分高低两档和三个阶段加热变压器油，达到预定温度后，停止加热系统并使变压器油箱1内达到预定油位，最后关闭热油泵9以及回油管道4、供油管道2上的全部阀门，变压器油箱1注油和加热完毕，准备开始火灾试验。

有益效果是：

1、本发明采用大功率电加热棒加热变压器油，能够将变压器油加热至其燃点以上的高温，并且加热过程中无明火，避免了意外引燃引爆的风险，保证了加热装置及试验过程的安全性、可靠性。

2、本发明采用外循环加热方式，将加热部分与火灾试验变压器油箱分体设计，中间设置防火隔热墙，不仅使得变压器油能够快速均匀达到目标温度，而且使变压器油加热部分免受火灾高温影响，保证了装置具备可重复使用性。

3、本发明采用分档分阶段加热方法，既实现了快速升温，又解决了变压器油水汽沸腾损害人员和设备安全的问题。由于试验变压器油会含有一定水分，当油温高于100℃时，水分蒸发会导致变压器油翻腾喷溅，对试验装置及人员产生损害。本发明通过大量试验研究和理论分析，提出了分档分阶段加热方法，从而实现了变压器油的快速加热升温和保证了试验过程的人员设备安全。

4、本发明加热速度快，安全可靠，具有可重复性，为大型油浸变压器实体火试验提供了有力技术支撑，既可用于大型油浸变压器火灾特性研究，也可用于大型油浸变压器灭火技术评估。

Claims (4)

1.一种用于大型实体火试验的变压器油加热装置，包括变压器油箱（1）、供油管道（2）、防火隔离墙（3）、回油管道（4）、第一电动阀（5）、第一手动阀（6）、加热罐（7）、电控系统（8）、热油泵（9）、电加热管（10）、第二电动阀（11）、第二手动阀（12），其特征在于：所述的变压器油箱（1）内部充有变压器油，顶部敞口或开设燃烧口，变压器油箱（1）与加热罐（7）之间设防火隔离墙（3），防止变压器油箱（1）燃烧时加热罐（7）燃烧爆炸，所述的变压器油箱（1）底部设置若干个油箱出油口（1-2）和油箱进油口（1-1），油箱进油口（1-1）用供油管道（2）与加热罐（7）的供油口（7-3）相连，所述供油管道（2）上分别设第一电动阀（5）、第一手动阀（6）、热油泵（9），用于调节供油流量，油箱出油口（1-2）用回油管道（4）与加热罐（7）的进油口（7-4）相连，所述回油管道（4）分别设第二电动阀（11）、第二手动阀（12）、用于调节回油流量，所述的加热罐（7）底部不同位置有若干供油口（7-3），加热罐（7）内下部均匀铺设有若干组电加热管和若干个热电偶（7-5），每组电加热管包含若干只电加热管（10），顶端有若干个人孔（7-1）、溢油口（7-2）、进油口（7-4），加热罐（7）侧面有电控系统（8），所述的电控系统（8），包括加热罐控制柜、热油泵控制柜和电动阀控制柜，所述加热罐控制柜与加热罐（7）电连接，用于控制加热罐启停和调节加热功率，进而控制加热速率，所述热油泵控制柜与热油泵（9）电连接，用于控制热油泵（9）启停和调节热油泵（9）转速，进而控制供油速率，所述电动阀控制柜分别与第一电动阀（5）、第二电动阀（11）电连接，用于控制此两个电动阀启闭和调节阀门开度，进而控制供油和回油速率。

2.如权利要求1所述的用于大型实体火试验的变压器油加热装置，其特征在于：所述热油泵（9）采用单级或多级高温导热油泵，使用温度≥200℃。

3.如权利要求1所述的用于大型实体火试验的变压器油加热装置，其特征在于：所述电加热管（10）采用防爆增安型侵入式加热棒，使用温度≥500℃。

4.采用权利要求1所述的用于大型实体火试验的变压器油加热装置的加热方法，其特征在于：加热方法包括以下步骤，

（一）注油，首先关闭供油管道（2）上的第一电动阀（5）、第一手动阀（6）和回油管道（4）上的第二电动阀（11）、第二手动阀（12），然后向变压器油箱（1）内加入预定数量的变压器油；

（二）供油及回油循环平衡调节，首先打开回油管道（4）上的第二电动阀（11）、第二手动阀（12），使变压器油箱（1）内的变压器油流入至加热罐（7），待加热罐（7）内达到预定油位后打开供油管道（2）上的第一电动阀（5）、第一手动阀（6），启动热油泵（9），并通过调节回油管道（4）的第二电动阀（11）、第二手动阀（12）、供油管道（2）上的第一电动阀（5）、第一手动阀（6）的开度以及热油泵（9）转速，调节供油-回油速率，直达供油-回油循环平衡，加热罐（7）油位不再变化；

（三）变压器油加热，开启加热罐控制柜，将加热档设置在高功率，开始快速升温，当加热罐（7）内油温达接近或到100℃时，停止加热；将加热档设置在低功率，开始缓慢加热，油温维持在100℃以下，使水分蒸发，直到加热罐内变压器油不再翻腾为止，停止加热；将加热档设置在高功率，开始快速升温，直到油温达到目标温度时，停止加热；

（四）变压器油箱油量标定，关闭回油管道（4）上的第二电动阀（11）、第二手动阀（12），开启供油管道（2）上的第一电动阀（5）、第一手动阀（6），开始自加热罐（7）向变压器油箱（1）单向供油，直至变压器油箱（1）内达到预定油位后，依次关闭热油泵（9）和供油管道（2）上的第一电动阀（5）、第一手动阀（6）。