高壓細水霧滅火技術在變電站油浸變壓器消防中的應用

長沙電力設計院有限公司 黃 罡 劉小花

在社會經濟高速發展的背景下，人們對能源的需求量日益增加，電力能源則是不可或缺的能源之一，所以電力行業的發展也越來越受關注。目前油浸式變壓器已得到了較為廣泛的應用，在各類型的建筑中發揮了良好的作用，已成為核心結構之一。

從油浸式變壓器構成來看，由于大量的絕緣油、絕緣材料屬于可燃性物質，而在變壓器長期工作時不可避免地會產生電弧或者高溫現象，變壓器的絕緣油在客觀條件影響下發生反應并分解出可燃性氣體，一旦箱體內部壓力過高、造成箱體開裂而導致油品噴出，隨即出現流淌火或爆炸事故。因此，對油浸式便器的防火滅火系統的要求也就越來越嚴格。目前細水霧滅火技術已經趨于成熟，并在固體、液體、氣體火災事故中表現出良好滅火特性，并具備較強的電絕緣線，所以較為適用于電力系統的消防保護[1-2]。

1 油浸式變壓器火災發生原因

電力系統有著較為復雜的結構，系統運行過程中電力設備、線路、變壓器等均有發生故障的可能，這就會引起絕緣油的擊穿，進而產生低分子烴類和可燃氣體，這些氣體在變壓器內部會降低絕緣油的燃點、閃點，進而增大火災發生的概率[2-3]。

油浸式電力變壓器有著持續性的工作特點，高能放電或持續工作都會提升箱體內部的溫度，當變壓器的溫度高于400℃這一臨界點時，箱體中可燃物就會分解出大量氣體。油浸式變壓器內部氣體的生成與溫度條件密切相關，高溫條件下油浸式變壓器內部分解出的一部分氣體會逐漸涌上變壓器油上部空間，也有一部分會被變壓器油溶解后再少部分釋放出來，溶解反應的過程使變壓器油的絕緣強度降低。通過以上兩種氣體流動形式，會導致變壓器上部空間氣體大量堆積，并且變壓器油的燃點和閃點明顯下降，在持續的高溫條件下火災發生概率顯著提升。

繼電保護裝置在電力系統中發揮著切斷電源的作用，能將電力系統中的元器件故障及時控制，避免對電力系統整體造成影響。而一旦繼電保護功能未能及時發揮，就會導致變壓器油在短時間內迅速升高溫度，大量的可燃氣體產生，少部分溶解在變壓器油中、大部分都堆積在變壓器內部，體積迅速膨脹，一旦超過變壓器器身的承載能力或在薄弱部分形成裂口，變壓器油和可燃性氣體會迅速噴出，與空氣接觸后發生反應形成火災，甚至會出現爆炸事故。

2 細水霧滅火系統的分析及油浸式變壓器消防保護現狀

油浸式變壓器已在電力系統中得到廣泛應用，而相對應的消防保護系統也隨之完善，包含水噴霧系統、排油充氮系統及二氧化碳系統等滅火系統。細水霧滅火系統是新興的水消防滅火技術，結合了氣體滅火系統和水噴霧系統的優勢，我國也加強了其研究，并逐漸應用于油浸式變壓器的消防保護系統中。

細水霧滅火技術能實現滅火、抑制火、控制火、降溫和降塵等方面的作用，具體機理包括：高效吸熱原理。細水霧滅火技術的細水霧霧滴直徑較小，相對表面積是一般水滴的1700倍，所以能在火場中徹底蒸發，起到良好的吸熱冷卻效果；窒息原理。細水霧進入火場后水霧蒸發形成水蒸氣，體積增長極為迅速，有效將空氣排擠出去，在火場內形成一道空氣屏障，有效地降低了空氣中氧氣的含量，進而起到減小火場火勢的作用；阻隔輻射熱原理。細水霧被噴入火場后，水霧蒸發所形成的蒸汽能夠將火場迅速籠罩，能夠有效地阻隔火焰的輻射熱，抑制了輻射熱的傳播，將周圍物質隔離開來，這就阻礙了火焰的繼續蔓延，對周圍物品起到了有效的保護作用。

細水霧滅火技術的優勢：細水霧滅火技術的主要滅火材料是水，所以滅火過程無任何環境污染，且細水霧滅火技術相較于水噴霧技術來說用水量更少，較為節省水資源；細水霧霧滴直徑小且不連續，所以有著良好的絕緣性能，帶電火災的撲滅效果較好；細水霧進入火場后能夠起到良好的降塵作用，有利于人群疏散；水作為主要的滅火劑，有著物美價廉、來源廣泛的特點；細水霧滅火技術的滅火原理適用于多種類型的火場，適用性較強且滅火效率較高。細水霧滅火技術的優勢較為顯著，所以部分發達國家已利用細水霧滅火系統取代自動噴水滅火系統和水噴霧滅火系統[4-5]。

細水霧滅火技術的適用范圍：細水霧滅火技術的原理是借助高壓、氣流的方式將水分散成粒徑較小的霧滴，所以既能滿足局部的應用形式，也能以全淹沒的形式進行應用。具體來說，細水霧滅火技術適用于A、B、C及電氣火災，能夠用于保護有人場所。細水霧滅火技術對A類物質的深位火災和有遮擋的火災均能起到良好的控火效果。但值得注意的是，細水霧滅火技術不適用于遇水就爆炸或發生有害物質化學反應的火災，如鈉、鎂、鉀等金屬和化合物存在的場合，也不能直接用于低溫液化氣體場合，如液化天然氣。

水噴霧滅火系統應用現狀：目前油浸式電力變壓器防火系統中較為常見的是水噴霧滅火系統。針對水噴霧滅火系統的滅火效果國內外研究機構進行了深入的研究。結合常見的三種變壓器火災形式，進行了最常見的初期絕緣子根部爆裂起火的實驗，通過實驗可以發現，為了避免變壓器內外形成良好的通風效果，在變壓器開口部位較少且有專用噴頭覆蓋時滅火效果最好。因此，水噴霧滅火系統較為適用于保護絕緣子根部。但水噴霧滅火系統有著用水量較大、熱輻射阻隔效果差的劣勢，所以室外未設置防護結構的變壓器油火選擇水噴霧滅火系統最為合適。

CO2等氣體滅火系統應用現狀：就部分缺水地區而言，CO2等氣體滅火系統較為有效。在變壓器室利用二氧化碳滅火系統能夠起到迅速降低溫度、隔絕氧氣的效果，能夠很好地阻止火勢蔓延。二氧化碳由于其惰性氣體的特性，所以能夠迅速蔓延并起到整體覆蓋的效果，滅火的效率快、損害少，適用于變壓器室等電氣設備用房的火災。但由于二氧化氮對人體有著一定的損害，所以不適用于有人停留的場所。

排油注氮滅火系統應用現狀：排油注氮滅火系統是與油浸式變壓器相互連通的，一旦發生火災能夠迅速排出熱油并上涌氮氣，進而起到降低絕緣油溫度并滅火的效果。氮氣能夠有效隔絕絕緣油和空氣的接觸，能夠減少復燃現象、避免爆炸現象。相對來說，排油注氮滅火系統成本較低且維修便利，但滅火效果卻不夠顯著，僅針對于油浸式變壓器內部火災較為有效，對外部火災的抑制效果不強，并且這一系統的應用也需要改造油浸式變壓器結構，影響了變壓器的完整性。

3 細水霧滅火技術在油浸式變壓器火災中的具體應用研究

相較于傳統的消防保護形式細水霧滅火技術有著良好的適用性和效率性，能撲滅環境相對復雜的火災，并且用水量明顯低于水噴霧系統。在油類火災發生的初期應用細水霧滅火技術能夠起到迅速抑制的效果，并且也能降低熱輻射，既有效提高了火場內人員的安全系數，也良好的保護了油浸式變壓器設備。

3.1 細水霧滅火技術在液體油火中的應用

液體油火是常見的火災類型之一，主要發生在油品儲運的環節，但出現泄露問題時，液體油就會朝四周流淌，但受到空間壁面的限制，油體通常會匯聚在限定區域內、進而形成油池，一旦遇到火源就會產生池火，池火的危害效果較強，一旦處理不當既會損壞機械設備，也會造成人身傷亡。油池火具有著火焰增長快、熱釋放速率穩定、燃燒速率可控的特點，所以也經常被用于火焰實驗中。從人工油池火細水霧滅火實驗來看，雖然細水霧起初應用時會出現火勢瞬間增強的現象，但隨后仍然能有效撲滅火災。結合油池火災的各個階段來說，細水霧滅火技術的前期原理是氣相冷卻和熱輻射衰減、后期原理是表面冷卻。因此，細水霧滅火技術在油浸式變壓器油品泄漏火災中有著較強的適用性。

3.2 細水霧滅火技術在電氣設備火災中的應用

細水霧滅火技術的滅火效率較高且耗水量較少，所以在電氣設備火災中合理應用能減少對電氣設備的損壞。并且細水霧由于其不連續的特性，所以有著良好的絕緣強度，有效提高了滅火的安全性，細水霧在噴入處于燃燒狀態的電氣設備時，是通過水霧蒸汽化的方式逐漸降低溫度，霧滴分散所以溫度降低速度較慢，也有效地保護了電氣設備。因此，細水霧滅火系統在國內外的油浸式電力變壓器、配電室、計算機房等場所得到了有效應用。國外的火災研究機構進行了細水霧滅火技術在電子設備火災的應用實驗，包括計算機房、配電室等，實驗表明多種因素影響著滅火效率和可靠性，如霧滴粒徑、霧通量、遮擋程度等。

對于細水霧滅火技術而言，噴射出的霧滴體積越小在空氣中散播的效果越好，既能避免霧滴凝結現象，也能保障霧滴的絕緣性，所以滿足了電氣火災的應用條件。除此之外，據相關研究表明，在細水霧中添加部分添加劑，能夠一定程度地影響細水霧特性，例如含MC添加劑的超細水霧與電氣設備作用時擊穿強度的變化，當添加劑濃度控制在3%以內時，水霧絕緣性較強、難以擊穿。當添加劑濃度超過3%時，反而會增加細水霧的導電性，增加了擊穿的概率。這一研究證明了添加劑合理添加的重要性，也為超細水霧的應用提供了理論基礎。

3.3 細水霧滅火技術在油浸式變壓器室火災中的應用

相對來說，其他滅火技術在油浸式變壓器火災防護中均有著一定的局限性，難以適應多種因素，所以國內外火災研究機構將目光放在了細水霧滅火技術上，這一技術兼具了水噴霧技術和氣體滅火技術的優勢，所以備受關注。例如，中國科技大學通過小尺寸實驗的方式，對比了細水霧滅火技術和CO2抑制火災技術的應用效果，從實驗分析的角度來說，細水霧滅火技術在油浸式變壓器火災撲滅中有著良好的適用性，壓力越高滅火效果越好，并且相較于CO2滅火來說對煙氣稀釋的效果更好，復燃的可能性更低。

此外，也有研究機構對通風情況與細水霧滅火技術應用效果之間的聯系進行了研究，以數值模擬的方式建立不同通風條件下的滅火模型，從數值分析的角度可以發現，通風情況與細水霧滅火技術的滅火效果并無直接聯系。因此，細水霧滅火技術在油浸式變壓器火災中的應用受環境、地域限制較小，所以有著良好的應用價值。

為研究高壓細水霧滅火技術的實際應用效果，將油浸式電力變壓器作為實驗對象，在變壓器四角引燃汽油棉紗，隨后進行滅火實驗。從實驗結果來看，應用細水霧滅火技術時，25s時可將變壓器頂棚溫度降低至100℃左右，熱輻射強度也下降了58%，基本無任何明火，徹底滅火后通過觀察發現變壓器、油盤等均未發生明顯變形，損壞并不嚴重，由此可見高壓細水霧滅火技術的實用性。但高壓細水霧滅火技術也有一定的局限性，如水壓要求較高、造價相對昂貴等，這也是目前亟待解決的問題。

4 結語

油浸式變壓器作為電力系統的核心構件，有著多樣化的消防保護方式，具體方式的選擇還需視實際情況而定。相對來說，細水霧滅火技術的優勢在于能耗小、損害少、滅火效率高，但也存在系統造價高昂、維修成本貴等方面的劣勢，所以目前的應用場景還不夠多。因此，加強細水霧滅火技術的研究迫在眉睫，應在實踐的過程中持續改進，在兼顧滅火效率的條件下提高安全性、可靠性、經濟性，進而促進細水霧滅火技術的推廣應用。