高壓細(xì)水霧滅火技術(shù)在變電站油浸變壓器消防中的應(yīng)用

長(zhǎng)沙電力設(shè)計(jì)院有限公司 黃 罡 劉小花

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的背景下，人們對(duì)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(yè)的發(fā)展也越來(lái)越受關(guān)注。目前油浸式變壓器已得到了較為廣泛的應(yīng)用，在各類型的建筑中發(fā)揮了良好的作用，已成為核心結(jié)構(gòu)之一。

從油浸式變壓器構(gòu)成來(lái)看，由于大量的絕緣油、絕緣材料屬于可燃性物質(zhì)，而在變壓器長(zhǎng)期工作時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生電弧或者高溫現(xiàn)象，變壓器的絕緣油在客觀條件影響下發(fā)生反應(yīng)并分解出可燃性氣體，一旦箱體內(nèi)部壓力過(guò)高、造成箱體開裂而導(dǎo)致油品噴出，隨即出現(xiàn)流淌火或爆炸事故。因此，對(duì)油浸式便器的防火滅火系統(tǒng)的要求也就越來(lái)越嚴(yán)格。目前細(xì)水霧滅火技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，并在固體、液體、氣體火災(zāi)事故中表現(xiàn)出良好滅火特性，并具備較強(qiáng)的電絕緣線，所以較為適用于電力系統(tǒng)的消防保護(hù)[1-2]。

1 油浸式變壓器火災(zāi)發(fā)生原因

電力系統(tǒng)有著較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中電力設(shè)備、線路、變壓器等均有發(fā)生故障的可能，這就會(huì)引起絕緣油的擊穿，進(jìn)而產(chǎn)生低分子烴類和可燃?xì)怏w，這些氣體在變壓器內(nèi)部會(huì)降低絕緣油的燃點(diǎn)、閃點(diǎn)，進(jìn)而增大火災(zāi)發(fā)生的概率[2-3]。

油浸式電力變壓器有著持續(xù)性的工作特點(diǎn)，高能放電或持續(xù)工作都會(huì)提升箱體內(nèi)部的溫度，當(dāng)變壓器的溫度高于400℃這一臨界點(diǎn)時(shí)，箱體中可燃物就會(huì)分解出大量氣體。油浸式變壓器內(nèi)部氣體的生成與溫度條件密切相關(guān)，高溫條件下油浸式變壓器內(nèi)部分解出的一部分氣體會(huì)逐漸涌上變壓器油上部空間，也有一部分會(huì)被變壓器油溶解后再少部分釋放出來(lái)，溶解反應(yīng)的過(guò)程使變壓器油的絕緣強(qiáng)度降低。通過(guò)以上兩種氣體流動(dòng)形式，會(huì)導(dǎo)致變壓器上部空間氣體大量堆積，并且變壓器油的燃點(diǎn)和閃點(diǎn)明顯下降，在持續(xù)的高溫條件下火災(zāi)發(fā)生概率顯著提升。

繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著切斷電源的作用，能將電力系統(tǒng)中的元器件故障及時(shí)控制，避免對(duì)電力系統(tǒng)整體造成影響。而一旦繼電保護(hù)功能未能及時(shí)發(fā)揮，就會(huì)導(dǎo)致變壓器油在短時(shí)間內(nèi)迅速升高溫度，大量的可燃?xì)怏w產(chǎn)生，少部分溶解在變壓器油中、大部分都堆積在變壓器內(nèi)部，體積迅速膨脹，一旦超過(guò)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(huì)迅速噴出，與空氣接觸后發(fā)生反應(yīng)形成火災(zāi)，甚至?xí)霈F(xiàn)爆炸事故。

2 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的分析及油浸式變壓器消防保護(hù)現(xiàn)狀

油浸式變壓器已在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，而相對(duì)應(yīng)的消防保護(hù)系統(tǒng)也隨之完善，包含水噴霧系統(tǒng)、排油充氮系統(tǒng)及二氧化碳系統(tǒng)等滅火系統(tǒng)。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)是新興的水消防滅火技術(shù)，結(jié)合了氣體滅火系統(tǒng)和水噴霧系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，我國(guó)也加強(qiáng)了其研究，并逐漸應(yīng)用于油浸式變壓器的消防保護(hù)系統(tǒng)中。

細(xì)水霧滅火技術(shù)能實(shí)現(xiàn)滅火、抑制火、控制火、降溫和降塵等方面的作用，具體機(jī)理包括：高效吸熱原理。細(xì)水霧滅火技術(shù)的細(xì)水霧霧滴直徑較小，相對(duì)表面積是一般水滴的1700倍，所以能在火場(chǎng)中徹底蒸發(fā)，起到良好的吸熱冷卻效果；窒息原理。細(xì)水霧進(jìn)入火場(chǎng)后水霧蒸發(fā)形成水蒸氣，體積增長(zhǎng)極為迅速，有效將空氣排擠出去，在火場(chǎng)內(nèi)形成一道空氣屏障，有效地降低了空氣中氧氣的含量，進(jìn)而起到減小火場(chǎng)火勢(shì)的作用；阻隔輻射熱原理。細(xì)水霧被噴入火場(chǎng)后，水霧蒸發(fā)所形成的蒸汽能夠?qū)⒒饒?chǎng)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(zhì)隔離開來(lái)，這就阻礙了火焰的繼續(xù)蔓延，對(duì)周圍物品起到了有效的保護(hù)作用。

細(xì)水霧滅火技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：細(xì)水霧滅火技術(shù)的主要滅火材料是水，所以滅火過(guò)程無(wú)任何環(huán)境污染，且細(xì)水霧滅火技術(shù)相較于水噴霧技術(shù)來(lái)說(shuō)用水量更少，較為節(jié)省水資源；細(xì)水霧霧滴直徑小且不連續(xù)，所以有著良好的絕緣性能，帶電火災(zāi)的撲滅效果較好；細(xì)水霧進(jìn)入火場(chǎng)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(jià)廉、來(lái)源廣泛的特點(diǎn)；細(xì)水霧滅火技術(shù)的滅火原理適用于多種類型的火場(chǎng)，適用性較強(qiáng)且滅火效率較高。細(xì)水霧滅火技術(shù)的優(yōu)勢(shì)較為顯著，所以部分發(fā)達(dá)國(guó)家已利用細(xì)水霧滅火系統(tǒng)取代自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)和水噴霧滅火系統(tǒng)[4-5]。

細(xì)水霧滅火技術(shù)的適用范圍：細(xì)水霧滅火技術(shù)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(yīng)用形式，也能以全淹沒的形式進(jìn)行應(yīng)用。具體來(lái)說(shuō)，細(xì)水霧滅火技術(shù)適用于A、B、C及電氣火災(zāi)，能夠用于保護(hù)有人場(chǎng)所。細(xì)水霧滅火技術(shù)對(duì)A類物質(zhì)的深位火災(zāi)和有遮擋的火災(zāi)均能起到良好的控火效果。但值得注意的是，細(xì)水霧滅火技術(shù)不適用于遇水就爆炸或發(fā)生有害物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)的火災(zāi)，如鈉、鎂、鉀等金屬和化合物存在的場(chǎng)合，也不能直接用于低溫液化氣體場(chǎng)合，如液化天然氣。

水噴霧滅火系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀：目前油浸式電力變壓器防火系統(tǒng)中較為常見的是水噴霧滅火系統(tǒng)。針對(duì)水噴霧滅火系統(tǒng)的滅火效果國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究。結(jié)合常見的三種變壓器火災(zāi)形式，進(jìn)行了最常見的初期絕緣子根部爆裂起火的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，為了避免變壓器內(nèi)外形成良好的通風(fēng)效果，在變壓器開口部位較少且有專用噴頭覆蓋時(shí)滅火效果最好。因此，水噴霧滅火系統(tǒng)較為適用于保護(hù)絕緣子根部。但水噴霧滅火系統(tǒng)有著用水量較大、熱輻射阻隔效果差的劣勢(shì)，所以室外未設(shè)置防護(hù)結(jié)構(gòu)的變壓器油火選擇水噴霧滅火系統(tǒng)最為合適。

CO2等氣體滅火系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀：就部分缺水地區(qū)而言，CO2等氣體滅火系統(tǒng)較為有效。在變壓器室利用二氧化碳滅火系統(tǒng)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(shì)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(shè)備用房的火災(zāi)。但由于二氧化氮對(duì)人體有著一定的損害，所以不適用于有人停留的場(chǎng)所。

排油注氮滅火系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀：排油注氮滅火系統(tǒng)是與油浸式變壓器相互連通的，一旦發(fā)生火災(zāi)能夠迅速排出熱油并上涌氮?dú)?，進(jìn)而起到降低絕緣油溫度并滅火的效果。氮?dú)饽軌蛴行Ц艚^絕緣油和空氣的接觸，能夠減少?gòu)?fù)燃現(xiàn)象、避免爆炸現(xiàn)象。相對(duì)來(lái)說(shuō)，排油注氮滅火系統(tǒng)成本較低且維修便利，但滅火效果卻不夠顯著，僅針對(duì)于油浸式變壓器內(nèi)部火災(zāi)較為有效，對(duì)外部火災(zāi)的抑制效果不強(qiáng)，并且這一系統(tǒng)的應(yīng)用也需要改造油浸式變壓器結(jié)構(gòu)，影響了變壓器的完整性。

3 細(xì)水霧滅火技術(shù)在油浸式變壓器火災(zāi)中的具體應(yīng)用研究

相較于傳統(tǒng)的消防保護(hù)形式細(xì)水霧滅火技術(shù)有著良好的適用性和效率性，能撲滅環(huán)境相對(duì)復(fù)雜的火災(zāi)，并且用水量明顯低于水噴霧系統(tǒng)。在油類火災(zāi)發(fā)生的初期應(yīng)用細(xì)水霧滅火技術(shù)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(chǎng)內(nèi)人員的安全系數(shù)，也良好的保護(hù)了油浸式變壓器設(shè)備。

3.1 細(xì)水霧滅火技術(shù)在液體油火中的應(yīng)用

液體油火是常見的火災(zāi)類型之一，主要發(fā)生在油品儲(chǔ)運(yùn)的環(huán)節(jié)，但出現(xiàn)泄露問(wèn)題時(shí)，液體油就會(huì)朝四周流淌，但受到空間壁面的限制，油體通常會(huì)匯聚在限定區(qū)域內(nèi)、進(jìn)而形成油池，一旦遇到火源就會(huì)產(chǎn)生池火，池火的危害效果較強(qiáng)，一旦處理不當(dāng)既會(huì)損壞機(jī)械設(shè)備，也會(huì)造成人身傷亡。油池火具有著火焰增長(zhǎng)快、熱釋放速率穩(wěn)定、燃燒速率可控的特點(diǎn)，所以也經(jīng)常被用于火焰實(shí)驗(yàn)中。從人工油池火細(xì)水霧滅火實(shí)驗(yàn)來(lái)看，雖然細(xì)水霧起初應(yīng)用時(shí)會(huì)出現(xiàn)火勢(shì)瞬間增強(qiáng)的現(xiàn)象，但隨后仍然能有效撲滅火災(zāi)。結(jié)合油池火災(zāi)的各個(gè)階段來(lái)說(shuō)，細(xì)水霧滅火技術(shù)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(xì)水霧滅火技術(shù)在油浸式變壓器油品泄漏火災(zāi)中有著較強(qiáng)的適用性。

3.2 細(xì)水霧滅火技術(shù)在電氣設(shè)備火災(zāi)中的應(yīng)用

細(xì)水霧滅火技術(shù)的滅火效率較高且耗水量較少，所以在電氣設(shè)備火災(zāi)中合理應(yīng)用能減少對(duì)電氣設(shè)備的損壞。并且細(xì)水霧由于其不連續(xù)的特性，所以有著良好的絕緣強(qiáng)度，有效提高了滅火的安全性，細(xì)水霧在噴入處于燃燒狀態(tài)的電氣設(shè)備時(shí)，是通過(guò)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(hù)了電氣設(shè)備。因此，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的油浸式電力變壓器、配電室、計(jì)算機(jī)房等場(chǎng)所得到了有效應(yīng)用。國(guó)外的火災(zāi)研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)水霧滅火技術(shù)在電子設(shè)備火災(zāi)的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，包括計(jì)算機(jī)房、配電室等，實(shí)驗(yàn)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(duì)于細(xì)水霧滅火技術(shù)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(jié)現(xiàn)象，也能保障霧滴的絕緣性，所以滿足了電氣火災(zāi)的應(yīng)用條件。除此之外，據(jù)相關(guān)研究表明，在細(xì)水霧中添加部分添加劑，能夠一定程度地影響細(xì)水霧特性，例如含MC添加劑的超細(xì)水霧與電氣設(shè)備作用時(shí)擊穿強(qiáng)度的變化，當(dāng)添加劑濃度控制在3%以內(nèi)時(shí)，水霧絕緣性較強(qiáng)、難以擊穿。當(dāng)添加劑濃度超過(guò)3%時(shí)，反而會(huì)增加細(xì)水霧的導(dǎo)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(xì)水霧的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

3.3 細(xì)水霧滅火技術(shù)在油浸式變壓器室火災(zāi)中的應(yīng)用

相對(duì)來(lái)說(shuō)，其他滅火技術(shù)在油浸式變壓器火災(zāi)防護(hù)中均有著一定的局限性，難以適應(yīng)多種因素，所以國(guó)內(nèi)外火災(zāi)研究機(jī)構(gòu)將目光放在了細(xì)水霧滅火技術(shù)上，這一技術(shù)兼具了水噴霧技術(shù)和氣體滅火技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，所以備受關(guān)注。例如，中國(guó)科技大學(xué)通過(guò)小尺寸實(shí)驗(yàn)的方式，對(duì)比了細(xì)水霧滅火技術(shù)和CO2抑制火災(zāi)技術(shù)的應(yīng)用效果，從實(shí)驗(yàn)分析的角度來(lái)說(shuō)，細(xì)水霧滅火技術(shù)在油浸式變壓器火災(zāi)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(lái)說(shuō)對(duì)煙氣稀釋的效果更好，復(fù)燃的可能性更低。

此外，也有研究機(jī)構(gòu)對(duì)通風(fēng)情況與細(xì)水霧滅火技術(shù)應(yīng)用效果之間的聯(lián)系進(jìn)行了研究，以數(shù)值模擬的方式建立不同通風(fēng)條件下的滅火模型，從數(shù)值分析的角度可以發(fā)現(xiàn)，通風(fēng)情況與細(xì)水霧滅火技術(shù)的滅火效果并無(wú)直接聯(lián)系。因此，細(xì)水霧滅火技術(shù)在油浸式變壓器火災(zāi)中的應(yīng)用受環(huán)境、地域限制較小，所以有著良好的應(yīng)用價(jià)值。

為研究高壓細(xì)水霧滅火技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果，將油浸式電力變壓器作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在變壓器四角引燃汽油棉紗，隨后進(jìn)行滅火實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，應(yīng)用細(xì)水霧滅火技術(shù)時(shí)，25s時(shí)可將變壓器頂棚溫度降低至100℃左右，熱輻射強(qiáng)度也下降了58%，基本無(wú)任何明火，徹底滅火后通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)變壓器、油盤等均未發(fā)生明顯變形，損壞并不嚴(yán)重，由此可見高壓細(xì)水霧滅火技術(shù)的實(shí)用性。但高壓細(xì)水霧滅火技術(shù)也有一定的局限性，如水壓要求較高、造價(jià)相對(duì)昂貴等，這也是目前亟待解決的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

油浸式變壓器作為電力系統(tǒng)的核心構(gòu)件，有著多樣化的消防保護(hù)方式，具體方式的選擇還需視實(shí)際情況而定。相對(duì)來(lái)說(shuō)，細(xì)水霧滅火技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能耗小、損害少、滅火效率高，但也存在系統(tǒng)造價(jià)高昂、維修成本貴等方面的劣勢(shì)，所以目前的應(yīng)用場(chǎng)景還不夠多。因此，加強(qiáng)細(xì)水霧滅火技術(shù)的研究迫在眉睫，應(yīng)在實(shí)踐的過(guò)程中持續(xù)改進(jìn)，在兼顧滅火效率的條件下提高安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)水霧滅火技術(shù)的推廣應(yīng)用。