浅析高压细水雾在电力变压器中的应用

王克州

摘要：分析了变压器的火灾危险性，建议采用高压细水雾进行保护。结合相应的一些试验、工程案例，阐述了该系统的发展概况、定义、灭火机理、灭火效能以及技术优势。

关键词：变压器；高压细水雾；吸热窒息；试验

1.电力变压器火灾的起因

电力设备、线路及变压器内部故障时，都将引起运行中变压器绝缘油的击穿，挥发出低分子烃类或易燃气体，这些气体溶解在变压器油中，就会降低变压器油的燃点及闪点。

无论是电力变压器铁芯产生的持续高温，还是高能放电引起的突发性暂短高温，只要能使变压器油的温度大于400℃，就会在密闭的变压器器身内部，产生数量可观的可燃气体。产生的可燃气体数量及成分与变压器油的温度高低有直接的关系。变压器在高温作用下所生成的可燃气体，有的直接进入变压器油枕上部的空间；有的直接被变压器油溶解（使变压器油的绝缘强度降低）后再部分的释放出来；这样在变压器油枕上部空间内就积聚了大量的可燃气体，使变压器油的闪点降低。

在电力系统的设备、线路或变压器内部故障时，如果变压器的继电保护拒绝动作或动作不及时，将使变压器油的温度在极短的时间内以极快的速度上升，产生的过量可燃气体已经来不及被变压器油所溶解，而迅速增加的被气化的变压器油体积急剧膨胀，一旦变压器的器身有薄弱部位（如变压器瓷套管、器身焊缝、防爆口等处）将破成裂口，使变压器油及产生的可燃气体一起从裂口中喷出，噴出的变压器油及可燃气体的温合物在与空气摩擦接触后，就产生火灾或爆炸。

2. 电力变压器的消防保护系统

电力变压器的消防保护按已经广泛采用的灭火装置，可分为排油充氮、水喷雾、卤代烷、二氧化碳或其它气体灭火系统。

细水雾灭火系统作为成熟的水消防灭火技术，兼具气体灭火系统和水喷雾系统的优点。在国内，细水雾灭火系统已经大范围的应用于电力变压器的消防保护。

3. 细水雾灭火系统简述

3.1 细水雾灭火系统的发展概况

上世纪八十年代末细水雾作为最具潜力的哈龙气体替代获得广泛关注；

上世纪九十年代初国际海事协会IMO 要求增强船舶火灾防护能力，有力促进了细水雾替代喷淋灭火技术发展；

1993年美国消防联合会细水雾灭火系统技术委员会开始编制用于规范细水雾技术的NFPA标准。

1996年，细水雾规范（NFPA 750，Standard on Water mist Fire Protection Systems），获准为美国国家规范。

目前北京、浙江省、江苏、湖北、山西、河南、广东、福建、安徽等地方已制定出相应的细水雾灭火系统设计、施工及验收规范，国家细水雾灭火系统设计、施工和验收标准和规范也已经出台。

3.2 细水雾基本定义和概念

细水雾：在最小设计工作压力下产生的，距喷嘴1m处的平面上，雾滴累积体积分布参数Dv0.99<1000μm的水雾（NFPA750标准）

Dv0.50小于200μm，Dv0.99小于400μm的水雾滴（高压细水雾国家规范）

Dv0.9< 200μm，P>10MPa（高压细水雾）。

3.3 细水雾灭火机理

（1）高效吸热。

由于细水雾的粒径在40～200μm范围内，比表面积较一般水滴大1700倍，在火场中能完全蒸发。按100℃水的蒸发潜热为2257kJ/kg计，每只喷嘴喷出的水雾吸热功率约为300kW，可见其吸热效率之高、冷却效果之强。

（2）窒息。

细水雾喷入火场后，迅速蒸发形成蒸汽，体积急剧膨胀，排除空气，在燃烧物周围的形成一道屏障阻挡新鲜空气的吸入。当燃烧物周围的氧气浓度降低到一定水平时，火焰将被窒息、熄灭。

（3）阻隔辐射热。

细水雾喷入火场后，蒸发形成的蒸汽迅速将燃烧物、火焰和烟羽笼罩，对火焰的辐射热具有极佳的阻隔能力，能够有效抑制辐射热引燃周围其它物品，达到防止火灾蔓延的效果。

3.4 细水雾灭火系统优点

（1）多重灭火效应共同作用，高效快速灭火

（2）良好的烟气吸附作用，减少烟气危害

（3）良好的雾化效果，保持气体的空间扩散性

（4）绿色、节能、环保、安全

（5）全空间快速均匀降温

（6）良好的电气绝缘性

（7）有效防止复燃

（8）高性价比

由于细水雾灭火系统有诸多优点，有的发达国家已开始用该系统取代自动喷水灭火系统。

4变压器典型实体灭火实验（引自 天消所消防鉴定用灭火试验）

4.1 实验条件与控制

被保护对象为民用315 KVA油浸式电力变压器，放置在燃烧实验室（7′7′3.5m）中央，底部放置1.8′1.0′0.15m钢制油盘，模拟集油坑。在变压器储油箱内放入清水，水面距箱顶15cm，再到入30L柴油。在器外表面、散热片及油枕外表面均匀泼洒9L变压器油，进行实体燃烧灭火实验。灭火系统为WMU150型 细水雾系统，储水量50L，氮气压力1.5MPa。喷嘴布置在距地面3.5m高的顶棚下，水平间距为2.2′2.2m。喷嘴为1MC6MB-1.4 型，共4只。

实验采用浸润100ml汽油棉纱团4个，分别放置在变压器底部四个对角处，预燃108s，顶棚最高温度已达195℃。系统启动开始喷雾时，顶棚温度升至220℃，然后迅速下降，经25s达到平均100℃，辐射热下降56%，此时已无火焰。再经20s顶棚温度降至60℃，辐射热下降30%。为防止复燃，连续喷放水雾10min。灭火后，变压器体内油未燃烧，器表泼洒的油损耗约30%，变压器和油盘无损坏和变形。

4.2 实验结果分析

（1）细水雾进入火场后迅速吸收热量降低被保护对象及环境温度。产生的大量蒸汽能够阻挡物质燃烧对新鲜空气的吸入，切断氧气补充，窒息火焰。而且阻隔辐射热的能力十分显著。

（2）系统灭火用水量极小，在相同的灭火时间内仅相当于水喷淋系统用水量的5%。

（3）细水雾具有良好的电绝缘性，对扑灭电气火灾十分安全。

4.3 实验结论

（1）高压细水雾系统可以保护变压器。实测细水雾雾滴平均直径在40～150μm范围。

（2）该系统以水为灭火剂，能够迅速有效地扑灭柴油、变压器油、汽油等B类火灾。

（3）该系统可作为卤代烷替代系统，其经济性能比优于卤代烷系统和CO2系统。（4）该系统比较适用于室内油浸式电力变压器的保护。

（5）该系统灭火后造成的水渍损失极小，对人体、保护对象及环境无任何损害与污染。

5. 结论

由试验我们可以看出，细水雾灭火系统可以有效的对室内油浸变压器进行消防保护。高压细水雾灭火系统利用水介质扑灭、抑制和控制火灾，与气体灭火系统相比，具有灭火介质价格低廉，对人和环境没有危害的优点，同时也降低了对保护空间的密闭性要求。相对于水喷雾灭火系统，高压细水雾灭火系统的优势仍然显著，最主要的一点是高压细水雾系统的用水量仅为水喷雾灭火系统的1/10甚至更少。另外，高压细水雾的降温消烟作用也有利于火灾现场人员的安全逃生。因此，高压细水雾是一项值得大力推广的节能、环保、节水的灭火技术。

参考文献

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

[2]《细水雾灭火系统技术规范》GB50898-2013

[3]《火力发电厂与变电所设计防火规范》GB50229-2006

[4]《细水雾灭火系统设计、施工及验收规程》DGJ32/J09-2005

（作者单位：上海同泰火安科技有限公司）