RU2516307C2

RU2516307C2 - Method for protection of oil-filled transformer from explosion and explosion-proof oil-filled transformer

Info

Publication number: RU2516307C2
Application number: RU2012108653/07A
Authority: RU
Inventors: Владимир Евгеньевич Фортов; Эдуард Евгеньевич Сон; Магомед-Эмин Хасаевич Исакаев; Александр Васильевич Карпухин; Алексей Алексеевич Леонов; Нина Ойзеровна Спектор; Дамир Ильдусович Юсупов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Федеральная Сетевая Компания Единой Энергетической Системы" (Оао "Фск Еэс")
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2014-05-20
Also published as: RU2012108653A; WO2013133734A1

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: method for protection of oil-filled transformer from explosion lies in introduction of SF6 gas to oil filling the transformer tank and pumping of the received mixture of oil and SF6 gas from the upper part of the transformer tank to the lower part through external pipeline at a speed equal or exceeding the speed of free ascent of SF6 gas bubbles diluted in oil.

EFFECT: improving protection.

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высоковольтных силовых трансформаторах.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in high voltage power transformers.

Уровень техникиState of the art

При коротком замыкании в активной части маслонаполненного трансформатора возникает электрическая дуга. Высокая температура дуги разлагает трансформаторное масло с образованием большое количество газов. В основном это ацетилен и водород, который при высокой температуре и контакте с воздухом самовоспламеняется, что приводит к пожарам и тяжелым авариям. Процесс развивается в течение нескольких миллисекунд, при этом давление в баке резко возрастает, превышая критические параметры. Устранение последствий таких аварий требует значительных капиталовложений для восстановления оборудования. Поэтому высоковольтные силовые маслонаполненные трансформаторы снабжают средствами защиты от взрыва.When a short circuit occurs in the active part of the oil-filled transformer, an electric arc arises. The high temperature of the arc decomposes the transformer oil to form a large amount of gas. This is mainly acetylene and hydrogen, which self-ignites at high temperature and contact with air, which leads to fires and serious accidents. The process develops within a few milliseconds, while the pressure in the tank rises sharply, exceeding critical parameters. Dealing with the consequences of such accidents requires a significant investment in equipment recovery. Therefore, high-voltage power oil-filled transformers are equipped with explosion protection.

Известен способ обеспечения взрыво- и пожаробезопасности трансформаторов, путем использования элегаза в качестве охладителя активной части вместо трансформаторного масла. [Статья «Пожаробезопасные трансформаторы с элегазовой изоляцией» http://leg.co.ua/transformatory/praktika/pozharobezopasnye-transformatory-s-elegazovoy-izolyaciey.html].There is a method of ensuring explosion and fire safety of transformers by using SF6 gas as a cooler of the active part instead of transformer oil. [Article "Fireproof Transformers with Gas Insulation" http://leg.co.ua/transformatory/praktika/pozharobezopasnye-transformatory-s-elegazovoy-izolyaciey.html].

Возникновение взрыва в элегазовых трансформаторах не приводит к их полному разрушению, а выброс в атмосферу элегаза, в отличие от масла, не приводит к возникновению пожара - в этом их основное преимущество по сравнению с масляными трансформаторами. Однако, масляные трансформаторы стоят дешевле, причем эта разница в цене с повышением напряжения становится существенной. Недостатком элегазовых трансформаторов также является меньшее значение тепловой постоянной времени по сравнению с маслонаполненными трансформаторами, следствием этого является меньшая допустимая длительность перегрузок элегазовых трансформаторов.The occurrence of an explosion in SF6 transformers does not lead to their complete destruction, and the release of SF6 into the atmosphere, unlike oil, does not cause a fire - this is their main advantage compared to oil transformers. However, oil transformers are cheaper, and this difference in price with increasing voltage becomes significant. The disadvantage of SF6 transformers is also a lower value of the thermal time constant compared to oil-filled transformers, which results in a shorter duration of overloading of SF6 transformers.

Известны, выбранные в качестве прототипов, способ защиты от взрыва и конструкция защищенного от взрыва маслонаполненного трансформатора, использующие демпферный принцип гашения гидродинамической волны, возникающей в его баке при КЗ. [Мишуев А.В. и др. Демпферная система защиты трансформаторов и высоковольтного маслонаполненного электрооборудования от взрыва и пожара при коротком замыкании, журнал "Электро 2009 г. №2 стр.23-26; патент RU 2334332]. Согласно прототипам защита от взрыва обеспечивается тем, что на внутренней поверхности стенки трансформаторного бака равномерно размещается демпферный слой в виде пакетов из маслостойкой пленки, заполненных упругим материалом типа поролона или пенополиуретана.Known, selected as prototypes, a method of protection against explosion and the design of the explosion-protected oil-filled transformer, using the damper principle of damping the hydrodynamic wave that occurs in its tank during short circuit. [Mishuev A.V. et al. Damper system for protecting transformers and high-voltage oil-filled electrical equipment from explosion and fire during short circuits, journal Electro 2009 No. 2, pp. 23-26; patent RU 2334332]. According to prototypes, explosion protection is provided by the fact that on the inner surface the wall of the transformer tank is evenly placed damper layer in the form of packages of oil-resistant film, filled with an elastic material such as foam or polyurethane foam.

Наличие демпферного слоя позволяет снизить нагружение стенок бака взрывной волной, сделать его более плавным, предотвратить вибрацию стенок.The presence of the damper layer allows to reduce the loading of the walls of the tank by the blast wave, to make it smoother, to prevent vibration of the walls.

Недостаток прототипа - низкая надежность и малый срок службы средств защиты от взрыва. Это недостаток обусловлен тем, что применение поролона или пенополиуретана - достаточно мягких материалов, может привести к преждевременному сжатию демпферного слоя, а также тем, что при длительной эксплуатации возможны повреждения пакетов демпферного слоя из маслостойкой пленки.The disadvantage of the prototype is low reliability and short service life of explosion protection. This disadvantage is due to the fact that the use of foam rubber or polyurethane foam, which is sufficiently soft, can lead to premature compression of the damper layer, as well as the possibility of damage to the packages of the damper layer from the oil-resistant film during long-term operation.

Задача изобретения - устранение указанного недостатка.The objective of the invention is to remedy this drawback.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Технический результат изобретения состоит в повышении надежности и срока службы защиты от взрыва.The technical result of the invention is to increase the reliability and service life of explosion protection.

Предметом изобретения является способ защиты маслонаполненного трансформатора от взрыва, заключающийся в том, что вводят элегаз в масло, заполняющее бак трансформатора, и перекачивают полученную смесь масла и элегаза из верхней части бака трансформатора в нижнюю через наружный трубопровод со скоростью, равной или превышающей скорость свободного всплытия пузырьков элегаза, растворенных в масле.The subject of the invention is a method of protecting an oil-filled transformer from explosion, which consists in injecting SF6 gas into the oil filling the transformer tank and pumping the resulting mixture of oil and SF6 gas from the upper part of the transformer tank to the lower one through an external pipeline with a speed equal to or faster than the free ascent rate SF6 gas bubbles dissolved in oil.

Предметом изобретения также является маслонаполненный трансформатор с защитой от взрыва, содержащий заполненный охладителем бак, в котором размещена активная часть трансформатора, отличающийся тем, что верхняя часть бака выполнена сужающейся и сообщена с его нижней частью через трубопровод с насосом, расположенный снаружи бака, при этом в качестве охладителя применена смесь масла и элегаза, а насос выполнен с возможностью перекачки указанной смеси из верхней части бака в нижнюю со скоростью, равной или превышающей скорость свободного всплытия растворенных в масле пузырьков элегаза.The subject of the invention is also an explosion-proof oil-filled transformer, containing a tank filled with a cooler, in which the active part of the transformer is located, characterized in that the upper part of the tank is made tapering and communicates with its lower part through a pipeline with a pump located outside the tank, while a mixture of oil and SF6 gas was used as a cooler, and the pump is capable of pumping this mixture from the top of the tank to the bottom with a speed equal to or greater than the free surfacing of SF6 gas bubbles dissolved in oil.

Развития изобретения предусматривают, что трубопровод может быть снабжен раздаточным инжектором, размещенным в нижней части бака, а также олаждающим теплообменником.The development of the invention provides that the pipeline can be equipped with a dispensing injector located in the lower part of the tank, as well as an aging heat exchanger.

Осуществление изобретения с учетом его развитийThe implementation of the invention in view of its developments

На фиг.1 представлен трансформатор с защитой от взрыва, выполненной по предлагаемому способу.Figure 1 presents the transformer with explosion protection, made by the proposed method.

На фиг.1 показаны заполненный охладителем бак 1, в котором размещена активная часть 2 трансформатора. Верхняя часть 3 бака 1 выполнена сужающейся кверху. Она сообщена с нижней частью 4 бака 1 через трубопровод, снабженный насосом 6. Трубопровод 5 расположен снаружи бака 1. В качестве охладителя активной части, заполняющего бак 1, применена смесь масла и элегаза, предварительно введенного в трансформаторное масло, частично заполняющее бак 1. Насос 6 обеспечивает перекачку смеси масла и элегаза из верхней части 3 бака 1 в его нижнюю часть 4 со скоростью, равной или превышающей скорость свободного всплытия растворенных в масле пузырьков элегаза. Трубопровод 5 снабжен раздаточным инжектором 7, размещенным в нижней части 4 бака 1, а также может быть снабжен олаждающим теплообменником, который на фиг.1 не показан.Figure 1 shows a tank 1 filled with a cooler, in which the active part 2 of the transformer is placed. The upper part 3 of the tank 1 is made tapering up. It is in communication with the lower part 4 of tank 1 through a pipeline equipped with a pump 6. Pipeline 5 is located outside the tank 1. As a cooler of the active part filling the tank 1, a mixture of oil and SF6 gas is used, previously introduced into the transformer oil, partially filling the tank 1. Pump 6 provides the transfer of the mixture of oil and gas from the upper part 3 of the tank 1 to its lower part 4 with a speed equal to or greater than the speed of free ascent of the gas bubbles dissolved in the oil. The pipeline 5 is equipped with a dispensing injector 7 located in the lower part 4 of the tank 1, and can also be equipped with a heat exchanger, which is not shown in Fig. 1.

Защита от взрыва в устройстве, осуществляющем предлагаемый способ, обеспечивается следующим образом.Explosion protection in the device implementing the proposed method is provided as follows.

Бак 1 частично заполняют трансформаторным маслом, затем в масло вводят элегаз, полностью заполняя внутреннее пространство бака 1 охлаждающей смесью масла и элегаза. Насос 6 непрерывно перекачивает по трубопроводу 5 охлаждающую смесь из верхней части 3 в нижнюю часть 4 бака 1. Мощность насоса 6 обеспечивает такую скорость движения охлаждающей смеси в трубопроводе 5, которая позволяет обеспечить равномерное распределение элегаза в виде пузырьков в объеме масла и избежать скапливания в верхней части 3 трубопровода 5 элегаза, приносимого растворенными в масле пузырьками, свободно всплывающими из нижней части 4 бака 1 в его верхнюю часть. Сужение верхней части 3 бака 1 также способствует этому. Для ускорения ввода охлаждающей смеси, перекачиваемой по трубопроводу 5, в нижнюю часть 4 бака 1 трубопровод 5 снабжен раздаточным инжектором 7. Инжектор 7 может быть выполнен, например, в виде короба, охватывающего нижнюю часть 4 бака 5 снаружи и сообщающегося с внутренней полостью бака 1 рядом отверстий малого (менее 1 см) диаметра.The tank 1 is partially filled with transformer oil, then SF6 is introduced into the oil, completely filling the interior of the tank 1 with a cooling mixture of oil and SF6. The pump 6 continuously pumps the cooling mixture through the pipe 5 from the upper part 3 to the lower part 4 of the tank 1. The power of the pump 6 provides such a speed of movement of the cooling mixture in the pipe 5, which ensures uniform distribution of SF6 in the form of bubbles in the oil volume and avoids accumulation in the upper part 3 of the pipeline 5 of SF6 gas, brought by bubbles dissolved in oil, freely floating from the lower part 4 of the tank 1 to its upper part. The narrowing of the upper part 3 of tank 1 also contributes to this. To accelerate the introduction of the cooling mixture, pumped through the pipeline 5, into the lower part 4 of the tank 1, the pipeline 5 is equipped with a dispensing injector 7. The injector 7 can be made, for example, in the form of a box covering the lower part 4 of the tank 5 from the outside and communicating with the internal cavity of the tank 1 near holes of small (less than 1 cm) diameter.

Использование в качестве охлаждающей жидкости смеси масла и равномерно распределенных в его объеме пузырьков элегаза придает охладителю демпфирующую способность. Пузырьки элегаза, равномерно распределенные в объеме масла, сжимаясь под действием гидродинамической взрывной волны, поглощают часть энергии взрыва и увеличивают объем, предоставляемый для расширения масла. В результате этого снижается ударное воздействие взрыва на стенки бака и, тем самым, предотвращается его разрыв.The use of a mixture of oil and evenly distributed SF6 gas bubbles as a coolant gives the cooler damping ability. SF6 gas bubbles uniformly distributed in the oil volume, compressed under the action of a hydrodynamic blast wave, absorb part of the explosion energy and increase the volume provided for oil expansion. As a result, the impact of the explosion on the walls of the tank is reduced and, thereby, its rupture is prevented.

Высокая надежность предлагаемой защиты от взрыва обеспечивается за счет использования в качестве демпфера взрывной волны пузырьков элегаза, равномерно распределенных в объеме масла, которые в отличие от демпфирующих пакетов прототипа, не подвержены старению. Указанные свойства охлаждающей смеси обеспечиваются ее перекачиванием, для чего используются надежные и легко доступные для эксплуатационного обслуживания конструктивные элементы.The high reliability of the proposed explosion protection is ensured by the use of SF6 bubbles uniformly distributed in the volume of oil, which, unlike the damping packages of the prototype, are not subject to aging as a blast wave damper. The indicated properties of the cooling mixture are ensured by its pumping, for which purpose reliable and easily accessible structural elements are used.

При необходимости, охлаждающую смесь масла и элегаза при ее перекачке можно дополнительно охлаждать, пропуская трубопровод 5 через систему теплообменников.If necessary, the cooling mixture of oil and SF6 gas during its pumping can be further cooled by passing pipeline 5 through a heat exchanger system.

Claims

A method of protecting an oil-filled transformer from explosion, which consists in injecting SF6 gas into the oil filling the transformer tank and pumping the resulting mixture of oil and SF6 gas from the upper part of the transformer tank to the lower one through an external pipeline with a speed equal to or greater than the speed of free floating of SF6 bubbles, dissolved in oil.