淺析高壓細水霧在電力變壓器中的應用

王克州

摘要：分析了變壓器的火災危險性，建議采用高壓細水霧進行保護。結合相應的一些試驗、工程案例，闡述了該系統的發展概況、定義、滅火機理、滅火效能以及技術優勢。

關鍵詞：變壓器；高壓細水霧；吸熱窒息；試驗

1.電力變壓器火災的起因

電力設備、線路及變壓器內部故障時，都將引起運行中變壓器絕緣油的擊穿，揮發出低分子烴類或易燃氣體，這些氣體溶解在變壓器油中，就會降低變壓器油的燃點及閃點。

無論是電力變壓器鐵芯產生的持續高溫，還是高能放電引起的突發性暫短高溫，只要能使變壓器油的溫度大于400℃，就會在密閉的變壓器器身內部，產生數量可觀的可燃氣體。產生的可燃氣體數量及成分與變壓器油的溫度高低有直接的關系。變壓器在高溫作用下所生成的可燃氣體，有的直接進入變壓器油枕上部的空間；有的直接被變壓器油溶解（使變壓器油的絕緣強度降低）后再部分的釋放出來；這樣在變壓器油枕上部空間內就積聚了大量的可燃氣體，使變壓器油的閃點降低。

在電力系統的設備、線路或變壓器內部故障時，如果變壓器的繼電保護拒絕動作或動作不及時，將使變壓器油的溫度在極短的時間內以極快的速度上升，產生的過量可燃氣體已經來不及被變壓器油所溶解，而迅速增加的被氣化的變壓器油體積急劇膨脹，一旦變壓器的器身有薄弱部位（如變壓器瓷套管、器身焊縫、防爆口等處）將破成裂口，使變壓器油及產生的可燃氣體一起從裂口中噴出，噴出的變壓器油及可燃氣體的溫合物在與空氣摩擦接觸后，就產生火災或爆炸。

2. 電力變壓器的消防保護系統

電力變壓器的消防保護按已經廣泛采用的滅火裝置，可分為排油充氮、水噴霧、鹵代烷、二氧化碳或其它氣體滅火系統。

細水霧滅火系統作為成熟的水消防滅火技術，兼具氣體滅火系統和水噴霧系統的優點。在國內，細水霧滅火系統已經大范圍的應用于電力變壓器的消防保護。

3. 細水霧滅火系統簡述

3.1 細水霧滅火系統的發展概況

上世紀八十年代末細水霧作為最具潛力的哈龍氣體替代獲得廣泛關注；

上世紀九十年代初國際海事協會IMO 要求增強船舶火災防護能力，有力促進了細水霧替代噴淋滅火技術發展；

1993年美國消防聯合會細水霧滅火系統技術委員會開始編制用于規范細水霧技術的NFPA標準。

1996年，細水霧規范（NFPA 750，Standard on Water mist Fire Protection Systems），獲準為美國國家規范。

目前北京、浙江省、江蘇、湖北、山西、河南、廣東、福建、安徽等地方已制定出相應的細水霧滅火系統設計、施工及驗收規范，國家細水霧滅火系統設計、施工和驗收標準和規范也已經出臺。

3.2 細水霧基本定義和概念

細水霧：在最小設計工作壓力下產生的，距噴嘴1m處的平面上，霧滴累積體積分布參數Dv0.99<1000μm的水霧（NFPA750標準）

Dv0.50小于200μm，Dv0.99小于400μm的水霧滴（高壓細水霧國家規范）

Dv0.9< 200μm，P>10MPa（高壓細水霧）。

3.3 細水霧滅火機理

（1）高效吸熱。

由于細水霧的粒徑在40～200μm范圍內，比表面積較一般水滴大1700倍，在火場中能完全蒸發。按100℃水的蒸發潛熱為2257kJ/kg計，每只噴嘴噴出的水霧吸熱功率約為300kW，可見其吸熱效率之高、冷卻效果之強。

（2）窒息。

細水霧噴入火場后，迅速蒸發形成蒸汽，體積急劇膨脹，排除空氣，在燃燒物周圍的形成一道屏障阻擋新鮮空氣的吸入。當燃燒物周圍的氧氣濃度降低到一定水平時，火焰將被窒息、熄滅。

（3）阻隔輻射熱。

細水霧噴入火場后，蒸發形成的蒸汽迅速將燃燒物、火焰和煙羽籠罩，對火焰的輻射熱具有極佳的阻隔能力，能夠有效抑制輻射熱引燃周圍其它物品，達到防止火災蔓延的效果。

3.4 細水霧滅火系統優點

（1）多重滅火效應共同作用，高效快速滅火

（2）良好的煙氣吸附作用，減少煙氣危害

（3）良好的霧化效果，保持氣體的空間擴散性

（4）綠色、節能、環保、安全

（5）全空間快速均勻降溫

（6）良好的電氣絕緣性

（7）有效防止復燃

（8）高性價比

由于細水霧滅火系統有諸多優點，有的發達國家已開始用該系統取代自動噴水滅火系統。

4變壓器典型實體滅火實驗（引自 天消所消防鑒定用滅火試驗）

4.1 實驗條件與控制

被保護對象為民用315 KVA油浸式電力變壓器，放置在燃燒實驗室（7′7′3.5m）中央，底部放置1.8′1.0′0.15m鋼制油盤，模擬集油坑。在變壓器儲油箱內放入清水，水面距箱頂15cm，再到入30L柴油。在器外表面、散熱片及油枕外表面均勻潑灑9L變壓器油，進行實體燃燒滅火實驗。滅火系統為WMU150型 細水霧系統，儲水量50L，氮氣壓力1.5MPa。噴嘴布置在距地面3.5m高的頂棚下，水平間距為2.2′2.2m。噴嘴為1MC6MB-1.4 型，共4只。

實驗采用浸潤100ml汽油棉紗團4個，分別放置在變壓器底部四個對角處，預燃108s，頂棚最高溫度已達195℃。系統啟動開始噴霧時，頂棚溫度升至220℃，然后迅速下降，經25s達到平均100℃，輻射熱下降56%，此時已無火焰。再經20s頂棚溫度降至60℃，輻射熱下降30%。為防止復燃，連續噴放水霧10min。滅火后，變壓器體內油未燃燒，器表潑灑的油損耗約30%，變壓器和油盤無損壞和變形。

4.2 實驗結果分析

（1）細水霧進入火場后迅速吸收熱量降低被保護對象及環境溫度。產生的大量蒸汽能夠阻擋物質燃燒對新鮮空氣的吸入，切斷氧氣補充，窒息火焰。而且阻隔輻射熱的能力十分顯著。

（2）系統滅火用水量極小，在相同的滅火時間內僅相當于水噴淋系統用水量的5%。

（3）細水霧具有良好的電絕緣性，對撲滅電氣火災十分安全。

4.3 實驗結論

（1）高壓細水霧系統可以保護變壓器。實測細水霧霧滴平均直徑在40～150μm范圍。

（2）該系統以水為滅火劑，能夠迅速有效地撲滅柴油、變壓器油、汽油等B類火災。

（3）該系統可作為鹵代烷替代系統，其經濟性能比優于鹵代烷系統和CO2系統。（4）該系統比較適用于室內油浸式電力變壓器的保護。

（5）該系統滅火后造成的水漬損失極小，對人體、保護對象及環境無任何損害與污染。

5. 結論

由試驗我們可以看出，細水霧滅火系統可以有效的對室內油浸變壓器進行消防保護。高壓細水霧滅火系統利用水介質撲滅、抑制和控制火災，與氣體滅火系統相比，具有滅火介質價格低廉，對人和環境沒有危害的優點，同時也降低了對保護空間的密閉性要求。相對于水噴霧滅火系統，高壓細水霧滅火系統的優勢仍然顯著，最主要的一點是高壓細水霧系統的用水量僅為水噴霧滅火系統的1/10甚至更少。另外，高壓細水霧的降溫消煙作用也有利于火災現場人員的安全逃生。因此，高壓細水霧是一項值得大力推廣的節能、環保、節水的滅火技術。

參考文獻

[1]NFPA 750，Standard on Water mist Fire Protection systems. 2006

[2]《細水霧滅火系統技術規范》GB50898-2013

[3]《火力發電廠與變電所設計防火規范》GB50229-2006

[4]《細水霧滅火系統設計、施工及驗收規程》DGJ32/J09-2005

（作者單位：上海同泰火安科技有限公司）