高压细水雾灭火技术在变电站油浸变压器消防中的应用

长沙电力设计院有限公司 黄 罡 刘小花

在社会经济高速发展的背景下，人们对能源的需求量日益增加，电力能源则是不可或缺的能源之一，所以电力行业的发展也越来越受关注。目前油浸式变压器已得到了较为广泛的应用，在各类型的建筑中发挥了良好的作用，已成为核心结构之一。

从油浸式变压器构成来看，由于大量的绝缘油、绝缘材料属于可燃性物质，而在变压器长期工作时不可避免地会产生电弧或者高温现象，变压器的绝缘油在客观条件影响下发生反应并分解出可燃性气体，一旦箱体内部压力过高、造成箱体开裂而导致油品喷出，随即出现流淌火或爆炸事故。因此，对油浸式便器的防火灭火系统的要求也就越来越严格。目前细水雾灭火技术已经趋于成熟，并在固体、液体、气体火灾事故中表现出良好灭火特性，并具备较强的电绝缘线，所以较为适用于电力系统的消防保护[1-2]。

1 油浸式变压器火灾发生原因

电力系统有着较为复杂的结构，系统运行过程中电力设备、线路、变压器等均有发生故障的可能，这就会引起绝缘油的击穿，进而产生低分子烃类和可燃气体，这些气体在变压器内部会降低绝缘油的燃点、闪点，进而增大火灾发生的概率[2-3]。

油浸式电力变压器有着持续性的工作特点，高能放电或持续工作都会提升箱体内部的温度，当变压器的温度高于400℃这一临界点时，箱体中可燃物就会分解出大量气体。油浸式变压器内部气体的生成与温度条件密切相关，高温条件下油浸式变压器内部分解出的一部分气体会逐渐涌上变压器油上部空间，也有一部分会被变压器油溶解后再少部分释放出来，溶解反应的过程使变压器油的绝缘强度降低。通过以上两种气体流动形式，会导致变压器上部空间气体大量堆积，并且变压器油的燃点和闪点明显下降，在持续的高温条件下火灾发生概率显著提升。

继电保护装置在电力系统中发挥着切断电源的作用，能将电力系统中的元器件故障及时控制，避免对电力系统整体造成影响。而一旦继电保护功能未能及时发挥，就会导致变压器油在短时间内迅速升高温度，大量的可燃气体产生，少部分溶解在变压器油中、大部分都堆积在变压器内部，体积迅速膨胀，一旦超过变压器器身的承载能力或在薄弱部分形成裂口，变压器油和可燃性气体会迅速喷出，与空气接触后发生反应形成火灾，甚至会出现爆炸事故。

2 细水雾灭火系统的分析及油浸式变压器消防保护现状

油浸式变压器已在电力系统中得到广泛应用，而相对应的消防保护系统也随之完善，包含水喷雾系统、排油充氮系统及二氧化碳系统等灭火系统。细水雾灭火系统是新兴的水消防灭火技术，结合了气体灭火系统和水喷雾系统的优势，我国也加强了其研究，并逐渐应用于油浸式变压器的消防保护系统中。

细水雾灭火技术能实现灭火、抑制火、控制火、降温和降尘等方面的作用，具体机理包括：高效吸热原理。细水雾灭火技术的细水雾雾滴直径较小，相对表面积是一般水滴的1700倍，所以能在火场中彻底蒸发，起到良好的吸热冷却效果；窒息原理。细水雾进入火场后水雾蒸发形成水蒸气，体积增长极为迅速，有效将空气排挤出去，在火场内形成一道空气屏障，有效地降低了空气中氧气的含量，进而起到减小火场火势的作用；阻隔辐射热原理。细水雾被喷入火场后，水雾蒸发所形成的蒸汽能够将火场迅速笼罩，能够有效地阻隔火焰的辐射热，抑制了辐射热的传播，将周围物质隔离开来，这就阻碍了火焰的继续蔓延，对周围物品起到了有效的保护作用。

细水雾灭火技术的优势：细水雾灭火技术的主要灭火材料是水，所以灭火过程无任何环境污染，且细水雾灭火技术相较于水喷雾技术来说用水量更少，较为节省水资源；细水雾雾滴直径小且不连续，所以有着良好的绝缘性能，带电火灾的扑灭效果较好；细水雾进入火场后能够起到良好的降尘作用，有利于人群疏散；水作为主要的灭火剂，有着物美价廉、来源广泛的特点；细水雾灭火技术的灭火原理适用于多种类型的火场，适用性较强且灭火效率较高。细水雾灭火技术的优势较为显著，所以部分发达国家已利用细水雾灭火系统取代自动喷水灭火系统和水喷雾灭火系统[4-5]。

细水雾灭火技术的适用范围：细水雾灭火技术的原理是借助高压、气流的方式将水分散成粒径较小的雾滴，所以既能满足局部的应用形式，也能以全淹没的形式进行应用。具体来说，细水雾灭火技术适用于A、B、C及电气火灾，能够用于保护有人场所。细水雾灭火技术对A类物质的深位火灾和有遮挡的火灾均能起到良好的控火效果。但值得注意的是，细水雾灭火技术不适用于遇水就爆炸或发生有害物质化学反应的火灾，如钠、镁、钾等金属和化合物存在的场合，也不能直接用于低温液化气体场合，如液化天然气。

水喷雾灭火系统应用现状：目前油浸式电力变压器防火系统中较为常见的是水喷雾灭火系统。针对水喷雾灭火系统的灭火效果国内外研究机构进行了深入的研究。结合常见的三种变压器火灾形式，进行了最常见的初期绝缘子根部爆裂起火的实验，通过实验可以发现，为了避免变压器内外形成良好的通风效果，在变压器开口部位较少且有专用喷头覆盖时灭火效果最好。因此，水喷雾灭火系统较为适用于保护绝缘子根部。但水喷雾灭火系统有着用水量较大、热辐射阻隔效果差的劣势，所以室外未设置防护结构的变压器油火选择水喷雾灭火系统最为合适。

CO2等气体灭火系统应用现状：就部分缺水地区而言，CO2等气体灭火系统较为有效。在变压器室利用二氧化碳灭火系统能够起到迅速降低温度、隔绝氧气的效果，能够很好地阻止火势蔓延。二氧化碳由于其惰性气体的特性，所以能够迅速蔓延并起到整体覆盖的效果，灭火的效率快、损害少，适用于变压器室等电气设备用房的火灾。但由于二氧化氮对人体有着一定的损害，所以不适用于有人停留的场所。

排油注氮灭火系统应用现状：排油注氮灭火系统是与油浸式变压器相互连通的，一旦发生火灾能够迅速排出热油并上涌氮气，进而起到降低绝缘油温度并灭火的效果。氮气能够有效隔绝绝缘油和空气的接触，能够减少复燃现象、避免爆炸现象。相对来说，排油注氮灭火系统成本较低且维修便利，但灭火效果却不够显著，仅针对于油浸式变压器内部火灾较为有效，对外部火灾的抑制效果不强，并且这一系统的应用也需要改造油浸式变压器结构，影响了变压器的完整性。

3 细水雾灭火技术在油浸式变压器火灾中的具体应用研究

相较于传统的消防保护形式细水雾灭火技术有着良好的适用性和效率性，能扑灭环境相对复杂的火灾，并且用水量明显低于水喷雾系统。在油类火灾发生的初期应用细水雾灭火技术能够起到迅速抑制的效果，并且也能降低热辐射，既有效提高了火场内人员的安全系数，也良好的保护了油浸式变压器设备。

3.1 细水雾灭火技术在液体油火中的应用

液体油火是常见的火灾类型之一，主要发生在油品储运的环节，但出现泄露问题时，液体油就会朝四周流淌，但受到空间壁面的限制，油体通常会汇聚在限定区域内、进而形成油池，一旦遇到火源就会产生池火，池火的危害效果较强，一旦处理不当既会损坏机械设备，也会造成人身伤亡。油池火具有着火焰增长快、热释放速率稳定、燃烧速率可控的特点，所以也经常被用于火焰实验中。从人工油池火细水雾灭火实验来看，虽然细水雾起初应用时会出现火势瞬间增强的现象，但随后仍然能有效扑灭火灾。结合油池火灾的各个阶段来说，细水雾灭火技术的前期原理是气相冷却和热辐射衰减、后期原理是表面冷却。因此，细水雾灭火技术在油浸式变压器油品泄漏火灾中有着较强的适用性。

3.2 细水雾灭火技术在电气设备火灾中的应用

细水雾灭火技术的灭火效率较高且耗水量较少，所以在电气设备火灾中合理应用能减少对电气设备的损坏。并且细水雾由于其不连续的特性，所以有着良好的绝缘强度，有效提高了灭火的安全性，细水雾在喷入处于燃烧状态的电气设备时，是通过水雾蒸汽化的方式逐渐降低温度，雾滴分散所以温度降低速度较慢，也有效地保护了电气设备。因此，细水雾灭火系统在国内外的油浸式电力变压器、配电室、计算机房等场所得到了有效应用。国外的火灾研究机构进行了细水雾灭火技术在电子设备火灾的应用实验，包括计算机房、配电室等，实验表明多种因素影响着灭火效率和可靠性，如雾滴粒径、雾通量、遮挡程度等。

对于细水雾灭火技术而言，喷射出的雾滴体积越小在空气中散播的效果越好，既能避免雾滴凝结现象，也能保障雾滴的绝缘性，所以满足了电气火灾的应用条件。除此之外，据相关研究表明，在细水雾中添加部分添加剂，能够一定程度地影响细水雾特性，例如含MC添加剂的超细水雾与电气设备作用时击穿强度的变化，当添加剂浓度控制在3%以内时，水雾绝缘性较强、难以击穿。当添加剂浓度超过3%时，反而会增加细水雾的导电性，增加了击穿的概率。这一研究证明了添加剂合理添加的重要性，也为超细水雾的应用提供了理论基础。

3.3 细水雾灭火技术在油浸式变压器室火灾中的应用

相对来说，其他灭火技术在油浸式变压器火灾防护中均有着一定的局限性，难以适应多种因素，所以国内外火灾研究机构将目光放在了细水雾灭火技术上，这一技术兼具了水喷雾技术和气体灭火技术的优势，所以备受关注。例如，中国科技大学通过小尺寸实验的方式，对比了细水雾灭火技术和CO2抑制火灾技术的应用效果，从实验分析的角度来说，细水雾灭火技术在油浸式变压器火灾扑灭中有着良好的适用性，压力越高灭火效果越好，并且相较于CO2灭火来说对烟气稀释的效果更好，复燃的可能性更低。

此外，也有研究机构对通风情况与细水雾灭火技术应用效果之间的联系进行了研究，以数值模拟的方式建立不同通风条件下的灭火模型，从数值分析的角度可以发现，通风情况与细水雾灭火技术的灭火效果并无直接联系。因此，细水雾灭火技术在油浸式变压器火灾中的应用受环境、地域限制较小，所以有着良好的应用价值。

为研究高压细水雾灭火技术的实际应用效果，将油浸式电力变压器作为实验对象，在变压器四角引燃汽油棉纱，随后进行灭火实验。从实验结果来看，应用细水雾灭火技术时，25s时可将变压器顶棚温度降低至100℃左右，热辐射强度也下降了58%，基本无任何明火，彻底灭火后通过观察发现变压器、油盘等均未发生明显变形，损坏并不严重，由此可见高压细水雾灭火技术的实用性。但高压细水雾灭火技术也有一定的局限性，如水压要求较高、造价相对昂贵等，这也是目前亟待解决的问题。

4 结语

油浸式变压器作为电力系统的核心构件，有着多样化的消防保护方式，具体方式的选择还需视实际情况而定。相对来说，细水雾灭火技术的优势在于能耗小、损害少、灭火效率高，但也存在系统造价高昂、维修成本贵等方面的劣势，所以目前的应用场景还不够多。因此，加强细水雾灭火技术的研究迫在眉睫，应在实践的过程中持续改进，在兼顾灭火效率的条件下提高安全性、可靠性、经济性，进而促进细水雾灭火技术的推广应用。