K型氣溶膠在開關(guān)柜中的滅火效果測(cè)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(guān)柜是在電力系統(tǒng)中起到重要控制和保護(hù)作用的綜合性一體化電氣設(shè)備，其安全穩(wěn)定程度會(huì)直接影響電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及電能傳輸過程的連續(xù)性。火災(zāi)對(duì)電力設(shè)備的破壞極其嚴(yán)重，開關(guān)柜內(nèi)一次設(shè)備承載的電流大、散熱條件差，帶電火災(zāi)事故時(shí)有發(fā)生。近年來，熱氣溶膠滅火技術(shù)發(fā)展迅速，為處理開關(guān)柜的帶電火災(zāi)提供了新途徑，但圍繞開關(guān)柜展開的研究相對(duì)匱乏，根據(jù)開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行熱氣溶膠的滅火效果測(cè)試是驗(yàn)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(shù)在公共船舶、新能源汽車以及軍工產(chǎn)品的制造業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，電力行業(yè)工作者對(duì)其研究的起步較晚，文獻(xiàn)[1]通過測(cè)試風(fēng)電機(jī)組在通風(fēng)條件和非通風(fēng)條件下熱氣溶膠的滅火能力，驗(yàn)證了熱氣溶膠對(duì)風(fēng)電機(jī)組的滅火可靠性，并分析得到了空間密閉性對(duì)熱氣溶膠滅火效率的影響規(guī)律。該研究對(duì)開關(guān)柜具有一定的參考價(jià)值，但實(shí)際滅火效果，還應(yīng)結(jié)合開關(guān)柜本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理進(jìn)行測(cè)試和分析。文獻(xiàn)[2]通過多組對(duì)照試驗(yàn)，分析了熱氣溶膠在開關(guān)柜中的滅火能力隨其滅火劑濃度變化的規(guī)律，并在其用量設(shè)計(jì)方面提出了相關(guān)建議。該文獻(xiàn)側(cè)重于熱氣溶膠用量設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，缺乏對(duì)實(shí)際滅火環(huán)節(jié)的具體分析及滅火可靠性驗(yàn)證。

針對(duì)以上問題，采用目前使用最為廣泛的KYN型開關(guān)柜為研究目標(biāo)，結(jié)合KYN型開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過模擬滅火試驗(yàn)驗(yàn)證了K型氣溶膠在開關(guān)柜中滅火的有效性和可靠性。

1 KYN型開關(guān)柜

1.1 柜內(nèi)空間

KYN型開關(guān)柜是根據(jù)GB/T 3906—2020《3.6kV～40.5kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》對(duì)鎧裝式金屬封閉開關(guān)設(shè)備的要求而設(shè)計(jì)的高壓開關(guān)設(shè)備，在我國電力行業(yè)中使用廣泛。KYN型開關(guān)柜主要由柜體及柜內(nèi)固定設(shè)備與中置式操作手車構(gòu)成。一般情況下，整個(gè)柜體高2～2.3 m，長1.5～1.8 m，寬約1 m，但由于柜內(nèi)電氣設(shè)備數(shù)量較多，柜內(nèi)空間緊湊。與傳統(tǒng)控制柜不同，KYN型開關(guān)柜將內(nèi)部主要一次設(shè)備通過隔板分隔成互不連通的獨(dú)立空間。

1.2 柜體結(jié)構(gòu)對(duì)滅火材料的影響

從設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，開關(guān)柜相較于其他電力設(shè)備具有一定的特殊性。開關(guān)柜采用全封閉式的柜身結(jié)構(gòu)，密閉性好，且通常在正常運(yùn)行狀態(tài)下不允許開柜操作。柜內(nèi)一次設(shè)備種類和數(shù)量較多，占用了柜內(nèi)大部分空間。這些結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)可能會(huì)對(duì)滅火材料的性能造成一定影響，但也具有明顯優(yōu)勢(shì)，其優(yōu)勢(shì)主要在于：（1）柜內(nèi)層次分明的隔室，極大程度限制了火勢(shì)蔓延；（2）全封閉式的柜體結(jié)構(gòu)，可有效防止滅火劑擴(kuò)散，有利于滅火材料在防護(hù)空間內(nèi)長時(shí)間保持較高濃度。其劣勢(shì)主要在于：（1）柜內(nèi)設(shè)備繁多，排布復(fù)雜的元件可能阻礙滅火器的噴射路徑，形成“滅火死區(qū)”；（2）全封閉式的結(jié)構(gòu)給防護(hù)工作創(chuàng)造有利條件的同時(shí)，也暴露出一定缺陷，如傳統(tǒng)的柜外滅火手段無法在不開柜的情況下實(shí)施滅火。

2 K型氣溶膠滅火技術(shù)

2.1 K型氣溶膠的主要成分

自20世紀(jì)60年代至今，氣溶膠滅火技術(shù)經(jīng)歷了3個(gè)階段的迅速發(fā)展，衍生出3代熱氣溶膠滅火產(chǎn)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(shù)產(chǎn)品在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[3-5]。K型熱氣溶膠滅火技術(shù)又稱為鉀鹽類滅火技術(shù)，滅火材料的氧化劑以鉀鹽類物質(zhì)為主[6,7]。配方中KClO3、KClO4、KNO3三種材料的占比高達(dá)35%～50%。目前K型熱氣溶膠滅火技術(shù)已進(jìn)入相對(duì)成熟的階段，國家標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)，僅由KNO3作主氧化劑[9,10]。

2.2 K型氣溶膠的主要性質(zhì)

K型氣溶膠的主要性質(zhì)如表1所示。K型氣溶膠以常壓的方式儲(chǔ)存，保質(zhì)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(dá)1 MΩ及以上，且其降塵率相對(duì)較低，對(duì)一次設(shè)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(guān)柜一次設(shè)備所在空間。

表1 K型氣溶膠的主要性質(zhì)

3 模擬滅火試驗(yàn)及分析

3.1 試驗(yàn)

以實(shí)體KYN28A型開關(guān)柜為試驗(yàn)對(duì)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(shí)的滅火過程，重點(diǎn)探究在封閉空間內(nèi)K型氣溶膠的散布情況、懸浮時(shí)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(guī)定的設(shè)計(jì)要求[11]。試驗(yàn)采用K型熱氣溶膠滅火劑，滅火設(shè)計(jì)密度為0.08 kg/m3，試驗(yàn)用高壓開關(guān)柜密閉性良好，容積系數(shù)取1。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

表2為K型氣溶膠的分布情況和滅火時(shí)間數(shù)據(jù)。三次試驗(yàn)均可靠滅火，滅火時(shí)間短，說明K型氣溶膠在封閉的開關(guān)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(nèi)各個(gè)角落，實(shí)現(xiàn)全淹沒式的覆蓋滅火，受空間中設(shè)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(shí)間懸浮在防護(hù)空間內(nèi)，柜內(nèi)設(shè)備復(fù)燃的可能性小。

表2 開關(guān)柜全淹沒式滅火實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

（1）K型氣溶膠在封閉的開關(guān)柜中滅火可靠性高、滅火效果好；

（2）K型氣溶膠受開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備阻礙的作用小，能夠在短時(shí)間內(nèi)快速散布于整個(gè)柜體，實(shí)現(xiàn)全淹沒式滅火；

（3）K型氣溶膠在空間中的懸浮能力強(qiáng)，能夠長時(shí)間持續(xù)滅火，可以有效避免開關(guān)柜內(nèi)部復(fù)燃。