浅析油浸式变压器事故油池的设计

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摘要： 阐述了在变电所工程设计中，为保证油浸式变压器的运行安全，防止对环境造成污染，对油浸式变压器事故油池的设计，依照规范GB50060-2008《3～110kV 高压配电装置设计规范》 ，遵循“安全、经济”的原则，对事故油池的设计要求、工作过程、计算原理、设计特点进行论述。

Abstract： In the substation engineering design， in order to ensure the safe operation of oil-immersed transformer and to prevent environmental pollution. The design of accident sump for oil-immersed transformer， in accordance with the standard GB50060-2008 Code for Design of High Voltage Electrical Installation（3～110kV）， follow the principle "safety， economy"， the design requirements， work processes， calculating principles， design features are discussed.

关键词： 油浸式变压器;事故油池;环境污染

Key words： oil-immersed transformer;accident sump;environmental pollution

1 概述

油浸式变压器依靠油作冷却介质，冷却方式包括油浸自冷，油浸风冷，油浸水冷机强迫油循环等。油浸式变压器采用全油的密封性。波纹油箱壳体以自身弹性适应油的膨胀式永久性密封的油箱，油浸式变压器已被广泛地应用在各配电设备中。

①油浸式变压器低压绕组除小容量采用铜导线以外，一般都采用铜箔绕轴的圆筒式结构;高压绕组采用多层圆筒式结构，使之绕组的安匝分布平衡，漏磁小，机械强度高，抗短路能力强。

②铁心和绕组各自采用了紧固措施，器身高、低压引线等紧固部分都带自锁防松螺母，采用了不吊心结构，能承受运输的颠震。

③线圈和铁心采用真空干燥，变压器油采用真空滤油和注油的工艺，使变压器内部的潮气降至低点。

④油箱采用波纹片，它具有呼吸功能来补偿因温度变化而引起有的体积变化，所以该产品没有储油柜，显然降低了变压器的高度。

⑤由于波纹片取代了储油柜，使变压器油与外界隔离，这样就有效地防止了氧气、水份的进入而导致绝缘性能的下降。

根据以上几点性能，保证了油浸式变压器在正常运行内不需要换油，大大降低了变压器的维护成本，同时延长了变压器的使用寿命。基于以上优点，目前，在变电所的主要电气设备中，油浸电力变压器得到广泛的使用。当前，在许多变电所的设计中，油浸式电力变压器仍是建设方设备采购的首选。

正常时期检修变压器时，可用专门设备，将变压器的矿物油，安全、清洁地抽取到专用容器中。而当遇到变压器事故时，短时间内，大量的矿物油从变压器内喷溅出来，落到四周。如不采取专门的防护措施，一是对变电所内及周边环境造成污染;二是事故喷油后极易引起大火，大量外泄的喷油，无疑会使事故扩大化。因此，无论是从环境保护，还是从消防安全各方面考虑，都必须将这部分油安全地排到专门的设施中去，使其与外界易燃物品隔离，降温存储起来，有待日后分离回收，加以处理再次利用。

2 变电所油池设计

2.1 根据《3～110kV高压配电装置设计规范》GB50060-2008规定：屋外单台电气设备的油量在1000kg以上时，应设置储油或挡油设施。当设置有容纳20%油量的储油或挡油设施时，应设置将油排到安全处所的设施，且不引起污染危害。

当不能满足上述要求时，应设置能容纳100%油量的储油或挡油设施。储油或挡油设施应大于设备外廓每边各1000mm，四周应高出地面100mm。储油设施内应铺设卵石层，卵石层厚度不应小于250mm，卵石直径为50～80mm。

当设置有油水分离措施的总事故储油池时，储油池容量宜按最大一个油箱容量的60%确定。

加卵石层的作用：

①当运行中的变压器突然发生爆炸起火时，喷出的油或从事故排油阀中排出的油，经鹅卵石流入储油或挡油设施内，然后流向主事故油池，这时鹅卵石起到隔离作用，减小火势，利于灭火;另外高温变压器油经过鹅卵石的冷却后，可减小火势。

②变压器的工作异常时，无论是过热还是内部短路造成压力升高，都可能从压力释放阀中喷出油来，变压器下面是储油设施，这些变压器油就流到储油设施里，为了以后检修或者巡检方便，防止油都积在表面上，铺一层鹅卵石，油就在鹅卵石的缝隙间流到下面去，保持干净。

本项目有4台6kV油浸变压器（油量880kg），三台35kV油浸变压器（油量10吨），采取如下方式设计：从各个变压器的储油或挡油设施分别接出排油管到主排油管，主排油管采用内径150mm的刚性防水套管，以2%的坡度敷设至总事故油池。

2.2 四台油量为880kg的变压器设置100%的储油设施，设计如图2所示：储油池的上面为250mm厚的鹅卵石，用格栅板架起，下面为能容纳100%油量的空间，在储油空间的一角设置一个小坑，使整个空间以2%的坡度将油排向这个小坑。由于此变压器设置在室外，厂址又在南方，雨水较多，避免储油池长期积水影响储油，设置一排水管将雨水排向主事故油池，主事故油池有油水分离能力，可将雨水排到雨水井。

变压器100%储油池大小计算：

变压器外廓为：宽（b）：1.7m、长（a）：2.7m，高：2.36m，油池大小每边大于变压器外廓0.4m，由于油池上要放置格栅板托起鹅卵石，所以设置宽度为0.2m的台子放置格栅板（如图2所示），所以真正储油的空间每边大于变压器外廓0.2m。

变压器轨距为1.07m，顺着变压器宽度方向，轨道长度为1.7m，宽0.3m，设置变压器基础墩为间距1.07m，宽0.4m，长1.8m，高出地面0.5m的水泥墩。

油池深度计算公式：h？叟■

S1=（a+0.4）（b+0.4）

h――储油池的深度（m）;

G――设备油重（吨）;

0.9――油的平均比重;

S1――储油池面积（m2）;

S2――储油池中设备基础面积（m2）;

a――设备外廊长度（m）;

b――设备外廊宽度（m）。

将数据带入上式得：

S1=（2.7+0.4）（1.7+0.4）=3.1×2.1=6.51;

S2=0.4×1.8×2=1.44;

h？叟■=0.193

油池收集了100%事故油时，要与鹅卵石有50mm的距离，所以我们设置油池高为0.25m。

2.3 三台油量为10吨的变压器，设置20%的储油设施（如图3所示），储油池中填满鹅卵石，用卵石的缝隙来储存这20%的油量，在储油池一角设置一个小坑，用格栅板将其架空，使储油池其它地方以2%的坡度坡向这个小坑，从小坑处通过排油管将油排到主事故油池。

根据《电力工程电气设计手册》中介绍，20%储油池设计如下：

储油池和挡油设施的长、宽尺寸，一般应比设备外形尺寸每边相应大1m。

储油池内一般铺设厚度不小于250mm的卵石层（卵石直径为50～80mm）

储油池的深度h可按下式计算：

h？叟■=■

S1=（a+2）（b+2）

h――储油池的深度（m）;

0.2――卵石层间隙所吸收20%的设备充油量;

G――设备油重（kg）;

0.25――卵石层间隙率;

0.9――油的平均比重;

S1――储油池面积（m2）;

S2――储油池中设备基础面积（m2）;

a――设备外廊长度（m）;

b――设备外廊宽度（m）。

为防止下雨时泥水流入储油池内，储油池四壁宜高出地面100mm，并以水泥抹面。

排油管的内径不应小于150mm。

排油管设置一个向下的弯头，起到水封的效果，防止相邻变压器发生事故火灾，带火的油流到本变压器，将事故面积扩大。

本项目变压器具体参数：

变压器外廓为：宽（b）：4.6m、长（a）：5.2m，高：4.055m，油池大小每边大于变压器外廓1m。

变压器轨距为2.04m，顺着变压器宽度方向，轨道长度为4.6m，宽0.7m，设置变压器基础墩为间距为2.04m，宽0.8m，长4.7m，高出地面0.5m的水泥墩。

将数据带入公式得：

S1=（4.6+2）（5.2+2）=6.6×7.2=47.52

S2=0.8×4.7×2=7.52

h？叟■=0.23

最后设置变压器20%油池的深度为0.3m。

2.4 主事故油池的设计，排油管采用内径150mm的刚性防水套管，以2%的坡度铺设至主事故油池。主事故油池有油水分离功能，设计原理如下：

①根据以往的设计经验，结合本项目的实际情况，初拟主事故油池的结构图4。左侧为进油管，右侧为排水管，在进油和排水的位置设计人孔，方便人员检修，人孔断面不宜过小，根据以往经验，人孔断面直径不应小于0.7m，在油池的顶部设计排气孔，保证事故油池内外压强相等以及保证人员进池检修安全。

②在事故喷油发生前，事故油池内已经有一定高度的水。进油孔中心标高始终高出排水孔中心标高。（图5）

③在某次发生变压器事故喷油的时段内，有油体积为V的变压器油通过排油管排入到主事故油池内，由于油的密度低于水的密度，并且油水互不相容，所以流入右半室的油浮在水的上面，并压着下面的雨水通过连通器进入左半室，使得左半室水的页面升高。事故油池左右两半室页面变化情形，如图6。

④当事故油池右半室已注满变压器油后，左右两半室液面变化趋于稳定。（图7）

上面定性分析了由于主变压器的一次事故喷油，导致主事故油池液面发生改变的全过程后，下面来定量解析该过程。

首先，为计算方便，做一些假定：

①事故油池内的液体，无论是水，还是油，事故前后，其总体积不变。

②池内壁是光滑的;

以图7为计算解析图。

根据帕斯卡定律，要保持右半室的油压着水流向左半室，直至最后收集所有事故油后保持一种平衡，即：

？籽1gh1+？籽2gh2？叟？籽2gh3？圯0.9h1？叟h3-h2？圯h4？叟0.1h1

？籽1――变压器油的密度;

？籽2――水的密度;

？籽1/？籽2=0.9;

h1，h2，h3，h4――图中油池内各种液面的高度。

h1=■

G――变压器油重;

a――事故油池储油右半室长度;

b――右故油池储油左半室长度。

变压器主事故油池大小计算：

根据本项目实际情况，设置油池内壁宽2m，集油右半室长3m，排水作左半室长1m，左右室连通孔高设0.3m，排油管的底标高为地下0.95m，变压器油中10吨，油密度和水密度的比值为0.9，带入上式整理得：

h1=■=1.9

h2=0.3

0.9×1.9？叟h3-0.3？圯h3？燮2.01

h4？叟0.1h1

所以最后我们设计为：排水管管口中心距油池底为2m，进油口中心距油池底为2.2m，两管口中心垂直距离为0.2m。

从上我们可以得出这样的结论：

无论油池大小为多少，要保证最后的稳定，要保持油池左右室液面高差大于0.1倍收集到的事故油的深度。

3 结语

事故油池是变电所内的重要建筑物之一。在变电所设计中，合理地选择满足规范要求油容量的事故油池，是事故油池的关键：容量选择过大，增加了工程建设的投资，造成资源的浪费，不经济;容量选择过小，不能完全容纳事故喷油，运行安全得不到保障，极易造成环境污染。因此，在今后的工程建设中，我们的任务是，按照相关规范的要求，结合本身工程的特点，科学、安全、经济的做好事故油池的设计。

参考文献：

[1]林国成.变电所电气设计对土建、暖通、给排水专业的要求[J].现代建筑电气，2013（07）.

[2]GB50060-2008，3～110kV高压配电装置设计规范[S].

[3]《电力工程电气设计手册》电气一次部分.