K型氣溶膠在開關柜中的滅火效果測試及分析

陳紅武

（湖北省電力裝備有限公司，武漢 430000）

引言

開關柜是在電力系統中起到重要控制和保護作用的綜合性一體化電氣設備，其安全穩定程度會直接影響電力系統的經濟運行以及電能傳輸過程的連續性。火災對電力設備的破壞極其嚴重，開關柜內一次設備承載的電流大、散熱條件差，帶電火災事故時有發生。近年來，熱氣溶膠滅火技術發展迅速，為處理開關柜的帶電火災提供了新途徑，但圍繞開關柜展開的研究相對匱乏，根據開關柜的結構特點進行熱氣溶膠的滅火效果測試是驗證其滅火方法有效性和可靠性的必要條件。

熱氣溶膠滅火技術在公共船舶、新能源汽車以及軍工產品的制造業等領域得到了廣泛應用，電力行業工作者對其研究的起步較晚，文獻[1]通過測試風電機組在通風條件和非通風條件下熱氣溶膠的滅火能力，驗證了熱氣溶膠對風電機組的滅火可靠性，并分析得到了空間密閉性對熱氣溶膠滅火效率的影響規律。該研究對開關柜具有一定的參考價值，但實際滅火效果，還應結合開關柜本身結構特點和工作原理進行測試和分析。文獻[2]通過多組對照試驗，分析了熱氣溶膠在開關柜中的滅火能力隨其滅火劑濃度變化的規律，并在其用量設計方面提出了相關建議。該文獻側重于熱氣溶膠用量設計環節，缺乏對實際滅火環節的具體分析及滅火可靠性驗證。

針對以上問題，采用目前使用最為廣泛的KYN型開關柜為研究目標，結合KYN型開關柜的結構特點，通過模擬滅火試驗驗證了K型氣溶膠在開關柜中滅火的有效性和可靠性。

1 KYN型開關柜

1.1 柜內空間

KYN型開關柜是根據GB/T 3906—2020《3.6kV～40.5kV交流金屬封閉開關設備和控制設備》對鎧裝式金屬封閉開關設備的要求而設計的高壓開關設備，在我國電力行業中使用廣泛。KYN型開關柜主要由柜體及柜內固定設備與中置式操作手車構成。一般情況下，整個柜體高2～2.3 m，長1.5～1.8 m，寬約1 m，但由于柜內電氣設備數量較多，柜內空間緊湊。與傳統控制柜不同，KYN型開關柜將內部主要一次設備通過隔板分隔成互不連通的獨立空間。

1.2 柜體結構對滅火材料的影響

從設備的結構特點來看，開關柜相較于其他電力設備具有一定的特殊性。開關柜采用全封閉式的柜身結構，密閉性好，且通常在正常運行狀態下不允許開柜操作。柜內一次設備種類和數量較多，占用了柜內大部分空間。這些結構上的特點可能會對滅火材料的性能造成一定影響，但也具有明顯優勢，其優勢主要在于：（1）柜內層次分明的隔室，極大程度限制了火勢蔓延；（2）全封閉式的柜體結構，可有效防止滅火劑擴散，有利于滅火材料在防護空間內長時間保持較高濃度。其劣勢主要在于：（1）柜內設備繁多，排布復雜的元件可能阻礙滅火器的噴射路徑，形成“滅火死區”；（2）全封閉式的結構給防護工作創造有利條件的同時，也暴露出一定缺陷，如傳統的柜外滅火手段無法在不開柜的情況下實施滅火。

2 K型氣溶膠滅火技術

2.1 K型氣溶膠的主要成分

自20世紀60年代至今，氣溶膠滅火技術經歷了3個階段的迅速發展，衍生出3代熱氣溶膠滅火產品：煙霧型的熱氣溶膠滅火劑、K型熱氣溶膠滅火劑以及S型熱氣溶膠滅火劑。這類技術產品在許多領域得到了廣泛應用[3-5]。K型熱氣溶膠滅火技術又稱為鉀鹽類滅火技術，滅火材料的氧化劑以鉀鹽類物質為主[6,7]。配方中KClO3、KClO4、KNO3三種材料的占比高達35%～50%。目前K型熱氣溶膠滅火技術已進入相對成熟的階段，國家標準也比較完善[8]。如今，為了保證制備工作人員的安全性，一般放棄采用KClO3、KClO4這兩種物質，僅由KNO3作主氧化劑[9,10]。

2.2 K型氣溶膠的主要性質

K型氣溶膠的主要性質如表1所示。K型氣溶膠以常壓的方式儲存，保質期較長；K型氣溶膠滅火劑中所含的固體微粒，其粒徑在0.1 μm左右，電阻達1 MΩ及以上，且其降塵率相對較低，對一次設備的影響不大，所以K型氣溶膠可以在不斷電的條件下用于高壓開關柜一次設備所在空間。

表1 K型氣溶膠的主要性質

3 模擬滅火試驗及分析

3.1 試驗

以實體KYN28A型開關柜為試驗對象，分別在電纜室、斷路器手車室和母排室中采用相同的方法模擬真實的滅火過程，重點探究在封閉空間內K型氣溶膠的散布情況、懸浮時間以及滅火效率。K型氣溶膠滅火劑的具體用量按GB 50370—2005規定的設計要求[11]。試驗采用K型熱氣溶膠滅火劑，滅火設計密度為0.08 kg/m3，試驗用高壓開關柜密閉性良好，容積系數取1。

3.2 試驗數據及結果分析

表2為K型氣溶膠的分布情況和滅火時間數據。三次試驗均可靠滅火，滅火時間短，說明K型氣溶膠在封閉的開關柜中滅火效率高、滅火效果好。在滅火過程中，K型氣溶膠能夠快速分散到柜內各個角落，實現全淹沒式的覆蓋滅火，受空間中設備阻礙的影響小。在滅火過程中K型氣溶膠的沉降速度慢，能夠長時間懸浮在防護空間內，柜內設備復燃的可能性小。

表2 開關柜全淹沒式滅火實驗數據

4 結論

（1）K型氣溶膠在封閉的開關柜中滅火可靠性高、滅火效果好；

（2）K型氣溶膠受開關柜內設備阻礙的作用小，能夠在短時間內快速散布于整個柜體，實現全淹沒式滅火；

（3）K型氣溶膠在空間中的懸浮能力強，能夠長時間持續滅火，可以有效避免開關柜內部復燃。