淺析高壓細(xì)水霧在電力變壓器中的應(yīng)用

王克州

摘要：分析了變壓器的火災(zāi)危險性，建議采用高壓細(xì)水霧進(jìn)行保護(hù)。結(jié)合相應(yīng)的一些試驗(yàn)、工程案例，闡述了該系統(tǒng)的發(fā)展概況、定義、滅火機(jī)理、滅火效能以及技術(shù)優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：變壓器；高壓細(xì)水霧；吸熱窒息；試驗(yàn)

1.電力變壓器火災(zāi)的起因

電力設(shè)備、線路及變壓器內(nèi)部故障時，都將引起運(yùn)行中變壓器絕緣油的擊穿，揮發(fā)出低分子烴類或易燃?xì)怏w，這些氣體溶解在變壓器油中，就會降低變壓器油的燃點(diǎn)及閃點(diǎn)。

無論是電力變壓器鐵芯產(chǎn)生的持續(xù)高溫，還是高能放電引起的突發(fā)性暫短高溫，只要能使變壓器油的溫度大于400℃，就會在密閉的變壓器器身內(nèi)部，產(chǎn)生數(shù)量可觀的可燃?xì)怏w。產(chǎn)生的可燃?xì)怏w數(shù)量及成分與變壓器油的溫度高低有直接的關(guān)系。變壓器在高溫作用下所生成的可燃?xì)怏w，有的直接進(jìn)入變壓器油枕上部的空間；有的直接被變壓器油溶解（使變壓器油的絕緣強(qiáng)度降低）后再部分的釋放出來；這樣在變壓器油枕上部空間內(nèi)就積聚了大量的可燃?xì)怏w，使變壓器油的閃點(diǎn)降低。

在電力系統(tǒng)的設(shè)備、線路或變壓器內(nèi)部故障時，如果變壓器的繼電保護(hù)拒絕動作或動作不及時，將使變壓器油的溫度在極短的時間內(nèi)以極快的速度上升，產(chǎn)生的過量可燃?xì)怏w已經(jīng)來不及被變壓器油所溶解，而迅速增加的被氣化的變壓器油體積急劇膨脹，一旦變壓器的器身有薄弱部位（如變壓器瓷套管、器身焊縫、防爆口等處）將破成裂口，使變壓器油及產(chǎn)生的可燃?xì)怏w一起從裂口中噴出，噴出的變壓器油及可燃?xì)怏w的溫合物在與空氣摩擦接觸后，就產(chǎn)生火災(zāi)或爆炸。

2. 電力變壓器的消防保護(hù)系統(tǒng)

電力變壓器的消防保護(hù)按已經(jīng)廣泛采用的滅火裝置，可分為排油充氮、水噴霧、鹵代烷、二氧化碳或其它氣體滅火系統(tǒng)。

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作為成熟的水消防滅火技術(shù)，兼具氣體滅火系統(tǒng)和水噴霧系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。在國內(nèi)，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)已經(jīng)大范圍的應(yīng)用于電力變壓器的消防保護(hù)。

3. 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)簡述

3.1 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的發(fā)展概況

上世紀(jì)八十年代末細(xì)水霧作為最具潛力的哈龍氣體替代獲得廣泛關(guān)注；

上世紀(jì)九十年代初國際海事協(xié)會IMO 要求增強(qiáng)船舶火災(zāi)防護(hù)能力，有力促進(jìn)了細(xì)水霧替代噴淋滅火技術(shù)發(fā)展；

1993年美國消防聯(lián)合會細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)委員會開始編制用于規(guī)范細(xì)水霧技術(shù)的NFPA標(biāo)準(zhǔn)。

1996年，細(xì)水霧規(guī)范（NFPA 750，Standard on Water mist Fire Protection Systems），獲準(zhǔn)為美國國家規(guī)范。

目前北京、浙江省、江蘇、湖北、山西、河南、廣東、福建、安徽等地方已制定出相應(yīng)的細(xì)水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范，國家細(xì)水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范也已經(jīng)出臺。

3.2 細(xì)水霧基本定義和概念

細(xì)水霧：在最小設(shè)計(jì)工作壓力下產(chǎn)生的，距噴嘴1m處的平面上，霧滴累積體積分布參數(shù)Dv0.99<1000μm的水霧（NFPA750標(biāo)準(zhǔn)）

Dv0.50小于200μm，Dv0.99小于400μm的水霧滴（高壓細(xì)水霧國家規(guī)范）

Dv0.9< 200μm，P>10MPa（高壓細(xì)水霧）。

3.3 細(xì)水霧滅火機(jī)理

（1）高效吸熱。

由于細(xì)水霧的粒徑在40～200μm范圍內(nèi)，比表面積較一般水滴大1700倍，在火場中能完全蒸發(fā)。按100℃水的蒸發(fā)潛熱為2257kJ/kg計(jì)，每只噴嘴噴出的水霧吸熱功率約為300kW，可見其吸熱效率之高、冷卻效果之強(qiáng)。

（2）窒息。

細(xì)水霧噴入火場后，迅速蒸發(fā)形成蒸汽，體積急劇膨脹，排除空氣，在燃燒物周圍的形成一道屏障阻擋新鮮空氣的吸入。當(dāng)燃燒物周圍的氧氣濃度降低到一定水平時，火焰將被窒息、熄滅。

（3）阻隔輻射熱。

細(xì)水霧噴入火場后，蒸發(fā)形成的蒸汽迅速將燃燒物、火焰和煙羽籠罩，對火焰的輻射熱具有極佳的阻隔能力，能夠有效抑制輻射熱引燃周圍其它物品，達(dá)到防止火災(zāi)蔓延的效果。

3.4 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

（1）多重滅火效應(yīng)共同作用，高效快速滅火

（2）良好的煙氣吸附作用，減少煙氣危害

（3）良好的霧化效果，保持氣體的空間擴(kuò)散性

（4）綠色、節(jié)能、環(huán)保、安全

（5）全空間快速均勻降溫

（6）良好的電氣絕緣性

（7）有效防止復(fù)燃

（8）高性價比

由于細(xì)水霧滅火系統(tǒng)有諸多優(yōu)點(diǎn)，有的發(fā)達(dá)國家已開始用該系統(tǒng)取代自動噴水滅火系統(tǒng)。

4變壓器典型實(shí)體滅火實(shí)驗(yàn)（引自 天消所消防鑒定用滅火試驗(yàn)）

4.1 實(shí)驗(yàn)條件與控制

被保護(hù)對象為民用315 KVA油浸式電力變壓器，放置在燃燒實(shí)驗(yàn)室（7′7′3.5m）中央，底部放置1.8′1.0′0.15m鋼制油盤，模擬集油坑。在變壓器儲油箱內(nèi)放入清水，水面距箱頂15cm，再到入30L柴油。在器外表面、散熱片及油枕外表面均勻潑灑9L變壓器油，進(jìn)行實(shí)體燃燒滅火實(shí)驗(yàn)。滅火系統(tǒng)為WMU150型 細(xì)水霧系統(tǒng)，儲水量50L，氮?dú)鈮毫?.5MPa。噴嘴布置在距地面3.5m高的頂棚下，水平間距為2.2′2.2m。噴嘴為1MC6MB-1.4 型，共4只。

實(shí)驗(yàn)采用浸潤100ml汽油棉紗團(tuán)4個，分別放置在變壓器底部四個對角處，預(yù)燃108s，頂棚最高溫度已達(dá)195℃。系統(tǒng)啟動開始噴霧時，頂棚溫度升至220℃，然后迅速下降，經(jīng)25s達(dá)到平均100℃，輻射熱下降56%，此時已無火焰。再經(jīng)20s頂棚溫度降至60℃，輻射熱下降30%。為防止復(fù)燃，連續(xù)噴放水霧10min。滅火后，變壓器體內(nèi)油未燃燒，器表潑灑的油損耗約30%，變壓器和油盤無損壞和變形。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

（1）細(xì)水霧進(jìn)入火場后迅速吸收熱量降低被保護(hù)對象及環(huán)境溫度。產(chǎn)生的大量蒸汽能夠阻擋物質(zhì)燃燒對新鮮空氣的吸入，切斷氧氣補(bǔ)充，窒息火焰。而且阻隔輻射熱的能力十分顯著。

（2）系統(tǒng)滅火用水量極小，在相同的滅火時間內(nèi)僅相當(dāng)于水噴淋系統(tǒng)用水量的5%。

（3）細(xì)水霧具有良好的電絕緣性，對撲滅電氣火災(zāi)十分安全。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（1）高壓細(xì)水霧系統(tǒng)可以保護(hù)變壓器。實(shí)測細(xì)水霧霧滴平均直徑在40～150μm范圍。

（2）該系統(tǒng)以水為滅火劑，能夠迅速有效地?fù)錅绮裼汀⒆儔浩饔?、汽油等B類火災(zāi)。

（3）該系統(tǒng)可作為鹵代烷替代系統(tǒng)，其經(jīng)濟(jì)性能比優(yōu)于鹵代烷系統(tǒng)和CO2系統(tǒng)。（4）該系統(tǒng)比較適用于室內(nèi)油浸式電力變壓器的保護(hù)。

（5）該系統(tǒng)滅火后造成的水漬損失極小，對人體、保護(hù)對象及環(huán)境無任何損害與污染。

5. 結(jié)論

由試驗(yàn)我們可以看出，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)可以有效的對室內(nèi)油浸變壓器進(jìn)行消防保護(hù)。高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)利用水介質(zhì)撲滅、抑制和控制火災(zāi)，與氣體滅火系統(tǒng)相比，具有滅火介質(zhì)價格低廉，對人和環(huán)境沒有危害的優(yōu)點(diǎn)，同時也降低了對保護(hù)空間的密閉性要求。相對于水噴霧滅火系統(tǒng)，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的優(yōu)勢仍然顯著，最主要的一點(diǎn)是高壓細(xì)水霧系統(tǒng)的用水量僅為水噴霧滅火系統(tǒng)的1/10甚至更少。另外，高壓細(xì)水霧的降溫消煙作用也有利于火災(zāi)現(xiàn)場人員的安全逃生。因此，高壓細(xì)水霧是一項(xiàng)值得大力推廣的節(jié)能、環(huán)保、節(jié)水的滅火技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]NFPA 750，Standard on Water mist Fire Protection systems. 2006

[2]《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》GB50898-2013

[3]《火力發(fā)電廠與變電所設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50229-2006

[4]《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)程》DGJ32/J09-2005

（作者單位：上海同泰火安科技有限公司）