细水雾增强型灭火系统与变压器灭火试验

1细水雾增强型灭火系统的设计细水雾增强型灭火系统由高压水泵、稳压泵、安全阀、

灭火剂混合装置、管道和阀门、细水雾喷头等组成(见图

强型灭火系统的灭火能力，搭建了 10 kV变压器模拟灭火试验平 台，利用7个位于不同位置的变压器油盘火模拟变压器火灾，对比 了添加灭火剂前后细水雾的灭火效果：试验结果表明，在添加

1)。该系统是在传统细水雾灭火系统基础上，增加灭火剂

混合装置和灭火剂储存罐。首先将水通过高压水泵增压，

使水和灭火剂在高压端混合，通过设置单向阀，有效防止 灭火剂污染储水箱和水泵，实现灭火剂的安全应用。系统

0.1 %,的复合表面活性剂灭火剂后，增强型细水雾灭火系统扑灭变

压器油火的能力可提升近2.5倍，且可有效扑灭纯水细水雾不能

扑灭的小型残余火采用压力为1.2〜16.0 MPa的髙压水泵，并配置满足在该

压力下运行的灭火剂混合装置。灭火时，高压水泵首先开 启，系统自动启动灭火剂混合装置进行灭火剂和水的混 合，混合比可设计为0.1%〜6.0%。灭火后，手动关闭灭火 剂混合装置，对整个系统进行清水冲洗，有效避免灭火剂

关键词：细水雾；增强型灭火系统；灭火剂；变压器；灭火试验中图分类号：X924.4,TU892文献标志码：A文章编号：1009-0029(2019)01-0107-()3残留在高压管道和灭火喷头处，腐蚀和堵塞设备。随着我国特高压电网的加快建设，大型电力变压器数

［喷头)量逐年增加。截至2017年，仅国家电网公司运行的110

kV及以上变电站已仃20 000余座，110 kV及以上变压器 近40 000台。电力变压器内部含有上百吨怪类矿物绝缘

油，发生故障时极易发生火灾。火灾会引发大面积长时间

停电事故，造成极为恶劣的社会影响。细水雾具有灭火效率高、占地面积小、环保性好等优

点。近年来，研究人员通过在细水雾中添加表面活性剂和

2变压器模拟灭火试验平台搭建碱金属盐类等添加剂来进一步增强细水雾的灭火效果。 例如,Paul Joseph等研究碱金属盐类对庚烷火灾的灭火效 果，发现添加10% KHCO：＜细水雾的灭火效果可达纯水细

2.1变压器火灾模拟现有文献总结了变压器火灾的特性，并认为变压器火 灾易发点主要为两处。水雾的近1()倍；中国科学技术大学廖光煩等在细水雾中 添加由表面活性剂和碱金属盐组成的MC复合添加剂，使

(1) 变压器上方高压套管等薄弱处，因变压器内部压

力短时间急剧上升、气体携带变压器油喷涌而出的火灾， 该火灾位于变压器顶部。细水雾扑灭A类和B类火灾的灭火时间降低了 3倍。但

是，在细水雾中添加灭火剂的灭火技术一直都只处于实验

(2) 变压器散热器处，源于其连接薄弱处破裂，该类火

灾位于变压器的四侧。笔者采用1台10 kV变压器搭建变压器模拟灭火试

室研究。其原因在于，细水雾灭火技术对水质要求高，将

由盐类或表面活性剂组成的灭火剂直接加入到水箱将导 致泵组系统腐蚀、结垢等不良影响，影响整个系统的安全

验平台。变压器尺寸为180 cm (长)X190 cm(宽)X250

和稳定，最终阻碍了该技术的应用。笔者设计了一套可自动混合灭火剂的细水雾增强型

灭火系统，并利用该系统搭建了一套变压器油火灾模拟灭 火试验平台，开展了细水雾添加灭火剂前后的变压器油火

灾灭火性能对比试验。研究结果对添加灭火剂的细水雾

增强型灭火技术的应用以及电力变压器火灾的高效防治

提供指导。cm(高)。试验设备包括细水雾增强型灭火系统、变压器、 变压器油、油盘、摄像机等。采用7个圆形油盘模拟变压 器油火灾。其中，1个油盘直径为150 cm,l个油盘直径为 60 cm、3个油盘直径为40 cm、2个油盘直径为30 cm。油 盘的高度均为15 cm。试验同时模拟变压器上方高压套管 和换热器破裂后的火灾。其中变压器顶部采用1个直径 为60 cm的油盘和1个直径为40 cm的油盘，分布在套管基金项目：湖南省重点研发计划项目(2017SK2371)；博上后科学基金资助项目(2016M592424)；湖南省自然科学基金项目(2018JJ3004)；国家电网

公司重大项目(5216A0180006)询盼科学与枚术2019年1月第38卷第！期107两侧，模拟变压器高压套管破裂后，变压器油从套管处流 出引起的火灾：变压器侧面采用1个直径为50 cm的油 盘，用于模拟换热器破裂后大量油流入集油坑的火灾：变

压器四周采用2个直径为40 cm的油盘和2个直径为30

cm的油盘，模拟变压器换热器破裂和变压器侧边破裂产 生的油火。具体布置情况如图2所示。牛|_ 丄 遂直径40 cm油盘一|_直径40 cm;〕|竈30 5油

B *

直径30 cm^gL_LI 辔直径40 cm油盘.L 丄 I—上W L氏径150 cm油盘丄

.LJ 」!- LL LLL L-_LL_ l-LJ- L-」」图2变压器模拟火灾的油盘分布2.2变压器灭火系统搭建细水雾灭火喷头的布置和喷雾强度应依据标准GB

50898-2013«细水雾灭火系统技术规范》。系统末端压力 为10 MPa。包括集油坑在内的保护区域实际的喷雾强度 为2.37 L/(m2-min)».系统设计连续喷雾时间为20 min。 试验采用10只/<=1.0的高压细水雾喷头，喷头距离变压 器位置为1.4-1.5 mo喷头布置如图3所示。采用2排

管道保护变压器，喷头安装在管道中间位置或对称安装，

布置间距不大于2.5 m。变压器有换热器一侧的下方管道 上安装2只喷头，其他两侧的每侧管道安装1只喷头。丿®头

1.800图3变压器模拟灭火试验平台喷头布置2.3变压器模拟灭火试验试验变压器油采用25#克拉玛依变压器油，密度为 0.82-0.83 kg/m;,闪点为230贮。试验采用复配的表面

活性剂灭火剂。灭火时，灭火剂与水的混合比设定为0.1%。利用增强型细水雾灭火系统进行灭火，灭火剂添加比 例为0.1 % (质量比)。采用纯水细水雾进行灭火，作为对

比试验。试验每次采用60 L变压器油，分放在7个油盘 中。其中，直径150 cm的油盘中依次倒入50 I一水、25 L

变压器油、2 L汽油，直径为60 cm的油盘中依次倒入15

I.水.15 L变压器油、1 L汽油，直径为40 cm的油盘中依 次倒入10 L水、10 L变压器油、1 L汽油，直径为30 cm 的油盘中依次倒入5 L水、2.5 L变压器油、0.5 L汽油。

油盘中添加水用于防止油盘变形。由于变压器油燃点较 高，不能直接点燃，故采用汽油引燃变压器油。试验开始

108时,20 s内点燃所有油盘，油盘预燃烧120 s,确认汽油己 烧净且燃烧趋于稳定后，开启灭火系统进行灭火。3变压器模拟灭火试验结果与讨论3.1纯水细水雾灭火纯水细水雾扑灭变压器油模拟火灾的过程，如图4所 示。细水雾施放120 s后，虽然所有的油盘火都未扑灭，但

是直径为30 cm的小油盘火势开始变小；细水雾施放180

s后，细水雾扑灭了 7个油盘中最小油盘(直径30 cm)的 油火；300 s后，除了变压器侧面的直径为30 cm的油盘， 细水雾扑灭了 7个油盘中的6个油盘火。直到540 s,最 后一个直径为30 cm的油盘火也 直未能被扑灭。这是

由纯水细水雾灭油火的局限性决定的。细水雾雾滴颗粒 小，且用水量少，灭火时的灭火机理来自于大火将细水雾

快速蒸发产生的大量水蒸气；水蒸气是阻燃气体，使火焰 快速窒息、隔绝空气而熄灭；但是，为火灾为小火时，细水

雾蒸发产生的少量水蒸气不能使火焰快速窒息熄灭。因 此，最终残留的小火未能被熄火。(a) 0 s (b) 60 s(c) 120 s (d) 180 s(e) 300 s (f) 360 s(g) 540s

(h) 540s 后(停止灭火)图4纯水细水雾灭火过程3.2含灭火剂的细水雾灭火采用添加0.1%灭火剂的细水雾进行灭火，灭火过程 如图5所示。60 s后，7个油盘中的6个油盘火熄灭； 113 s后所有油盘火熄灭。这是山于添加灭火液的细水雾

不仅有纯水的灭火机理，还有灭火剂的灭火作用，因此，可Fire Science and Technology.January 2019, Vol 38.No.l(a) Os

(b) 60s(c) 113 s

(b) 113 s 后图5含1%灭火剂细水雾的灭火过程

实现快速灭火，且不残留余火。将纯水细水雾和添加0.1%灭火剂细水雾的灭火效果 进行比较，以扑灭7个油盘中的6个油盘火作为火灾被扑 灭的判断标准，添加灭火剂细水雾的灭火时间只为纯水细

水雾的2/5。因此，可认为前者的灭火效率是后者的近

2.5 倍。3.3含灭火剂的细水雾灭火机理分析纯水细水雾的灭火机理主要为细水雾对燃烧核心区

的冷却、对气态燃烧产物的冷却、对热辐射的衰减，以及水

蒸气对火焰的窒息。在纯水细水雾中添加复合表面活性 剂灭火剂，首先，表面活性剂降低水的表面张力，使灭火水

剂形成细水雾时所需的能量小，最终生成更为细小的雾 滴，提升细水雾的灭火效率。其次，灭火剂密度比水小，迅

速在水的表面铺张，阻隔氧气与变压器油接触，窒息火 焰。另外，从试验后的变压器油层可以看出，添加表面活 性剂灭火剂的细水雾灭火时在变压器油层上方形成了浑

浊的乳化不透明层。油水乳化物中含有大量的灭火水剂，

降低表层变压器油的可燃性，加强了细水雾对火焰的隔离 作用，加快了灭火过程。4细水雾增强型灭火系统应用前景分析消防领域一直追求灭火高效、成本经济、安全稳定的

新型灭火技术。细水雾灭火效率高、灭火清洁，自20世纪

90年代以来得到了较快的发展。2011年以来，我国先后 通过了 GB 26785-201H细水雾灭火系统及部件通用技 术条件》和GB 50898-2013《细水雾灭火系统技术规范》

标准，标志着我国细水雾技术应用逐渐走向规范化。目

前，细水雾灭火技术已得到了…定程度的应用，但相对于 传统的水喷淋、泡沫、气体灭火系统其市场份额还较小。

其中，制约细水雾灭火技术推广应用的一个重要原因就是 成本过高。笔者认为，在细水雾灭火系统中添加…定比例

的灭火剂，适当降低细水雾灭火系统的设计喷雾强度标 准，减小设备设计总流量，降低设备成本与建设成本，将有 利于细水雾灭火技术的广泛推广和应用。诡防科学与技术2019年1月第38卷第1期5结论与建议(1) 设计了一套可自动混合灭火剂的细水雾增强型灭

火系统。系统简单稳定，不仅实现了灭火剂的自动混合， 且可有效避免灭火剂在使用过程中污染水泵、水箱、管道

和喷头。(2) 利用细水雾增强型灭火系统搭建了变压器油火灾 试验平台，试验证明，在添加0.1%的极低含量的复合表面

活性剂灭火剂后，细水雾扑灭变压器油火的能力可提升近

2.5倍，是一种值得推广的灭火技术。(3) 添加表面活性剂类灭火剂后的细水雾具有比纯水

细水雾更好的灭火效果，这可归因为表面活性剂有利于降

低细水雾的颗粒尺寸，且在燃烧物表面形成快速扩展的阻

隔氧气膜，以及具有乳化表层变压器油、降低燃油可燃性

等综合灭火效果。参考文献：[1] 李她涛，朱红亚.油浸电力变用器火灾抑制实验研究[J].消防科学与

技术,2012,31(12):1306-1309.[2] Lu Jiazheng, C'hen BaoHui , Wu Chuanping , et al. A multi—addi­

tive suppressant agent— based low— flow and long- distance fire­fight i ng approach for suppressing wildfires near electrical transmis­sion lines [J]. Journal of Fire Sciences, 2016,34(5):398-415.[3] Zhou Xiaomeng. Liao Guangxuan, Cai Bo, Improvement of water

mist * s fire- extinguishing ef fi ciency with MC additive [J]. Fire

Safely Journal, 2006,41:39-45.[4] Paul Joseph. Emma Nichols, Vasily Novozhilov. A comparative

study of the effects of chemical additives on the suppression effi

ciency of water mist [J], Fire Safety Journal, 2013,58:221—225.[5] 智会强，秘义行，筒志成•水喷雾系统灭油浸变压器火灾实验研究[J].

消防科学与技术,2012,31(12):1303-1305.Water mist enhanced extinguishing system and

electrical transformer extinguishing testCHEN Bao-hui12, LU Jia-zheng1, LIANG Ping1,

SUN Yi-cheng1, LI Bo1, FANG Zhen1(1. State Key Laboratory of Disaster Prevention & Reduction

for Power Grid Transmission and Distribution E(juipment(Hunan

Electric Power C'orporation Disaster Prevention and Reduction

C'enter), Hunan C'hangsha 410007, China；2.College of Electrical and Information Engineering. Hunan University, Hunan Changsha

410082, China)Abstract: In order to improve the efficiency of water mist fire extin-

guishing, a kind of water mist enhaneed fire extinguishing system which can automatically mix fire extinguishing agent was designed by adding fire extinguishing agent mixer and fire extinguisher stor

age tank to traditional water mist fire extinguishing system. In or

der to evaluate the extinguishing capability of the enhanced water

mist fire extinguishing system, a 10 kV transformer simulation ex-

109灭火系统设计城市地下综合管廊灭火系统试验陈治君'，张 刚'，石晓龙:，关 通(1.海南省消防总队，海南海口 571100；2.合肥科大立安安全技术股份有限公司，安徽合肥230088；3.海口市地下综合管廊投资管理有限公司，海南海口 571200)摘 要：GB 50838-2015《城市综合管廊工程技术规范》中

则；王恒栋建议根据各城市的地下管廊的建设面积和建设 长度以及容纳的管线类别等方面为综合管廊选取合适的

规定，综合管廊中容纳电力电缆的舱室应设置自动灭火系统，但未 明确要求采用何种自动灭火系统及具体设置参数，对灭火系统选

灭火设施；程洁群总结了管廊的火灾特点，认为管廊中使

取的研究也大多停留在理论对比分析层面.通过综合管廊实体火 灾试验对比，分析了干粉灭火系统和细水雾灭火系统在管廊内的

适用性，认为对于地下综合管廊电力舱，细水雾灭火系统的综合灭

火效果好、性价比高、具有良好的电气绝缘性，相比于超细干粉灭 火系统有明显优势，关键词:综合管廊；灭火系统；细水雾;超细干粉中图分类号：X924.4,TU892,TU990.3文献标志码:B文章编号：1009-0029(2019)01-0110-04城市地下综合管廊内的管线包括供热、通信、电力、燃 气、给排水等类别管线，而其中火灾危险性最大的就是综

合管廊电力舱，管廊电力舱中可燃物密集、环境有利于燃 烧、可导致起火的因素众多、救火进攻路径单一、可能带来 触电危险。电缆火灾事故后往往不仅造成电缆损毁的直 接经济损失，还会造成大面积断电的恶劣后果，给社会生

活带来巨大的经济损失。我国各试点城市对综合管廊采用细水雾、超细干粉或

其他灭火装置尚存有不同意见。目前，综合管廊灭火系统

选取的研究也大多停留在理论对比分析层面。王立东等 从消防安全的角度介绍了综合管廊的内部设计要点，阐述

了相关规范要求，总结了管廊内自动灭火系统的设计原■\"'in”\"\"iitH.n'iiii,................................................................Hi<1|),nil,..........................>iin”........................ lated using seven transformer oil plates at different positions. The

fire extinguishing effect with and without fire extinguisher was

compared. The results showed that, after adding 0.1% extinguish-

ing age nt, extinguishing effect had in creased by 250% , and the

small residual fire was effectively extinguished.Key words: water mist； enhanced extinguishing system；fire extin­

guishing agent； electrical transformer； extinguishing test作者简介：陈宝辉(1987-),男，电网输变电设备防灾

减灾国家重点实验室(国网湖南省电力公司防灾减灾中 心)高级工程师，博士后，主要从事高电压火灾的带电防

治、先进电网防雷材料和防冰材料的研究，湖南省长沙市 榔梨镇龙华路,410007。收稿日期:2018-09-12110用细水雾灭火系统和线性感温探测器符合灭火需求。笔 者利用某地实体综合管廊电力舱作为火灾试验平台，通过 灭火时间、降低火场温度、隔绝热辐射能力等多方面比较

验证细水雾灭火系统、超细干粉灭火系统扑灭电缆火灾的 有效性、适用性。1试验方案设计1.1试验平台布置方案综合管廊电力舱试验段长度约120 m,断面结构宽度

2.8m,高度3.0m。分为2个分区，60 m设置悬挂式干粉

灭火系统作为干粉灭火试验段，另外60 m设置细水雾灭

火系统作为细水雾灭火试验段，进行灭火对比试验。管廊

两侧电缆支架分为5层，顶层设有1个自用桥架；下面4 层设置电缆支架，对侧电缆桥架与之对称。如图1所示。细zfe喷头自用桥架电力电缆仓TTrn(a)细水雾喷头布置图1_______1

揺4 自用桥架_______招细干粉

“一・1 -mE电力电缆仓V y - 2.8 m - ►(b)超细干粉布置图

图1试验平台布置图根据国家标准GB 50898-2013«细水雾灭火系统技 术规范》进行设计，细水雾灭火试验段共设细水雾喷头21 个，各喷头间距3 m,距离顶层桥架约30 cm,系统设计工 作压力为10 MPa,单个喷头流量系数K=1.0,单位面积设 计流量为Q=l.l L/(min - m2)o根据福建省地方标准

DB35T 1153-2011«超细干粉自动灭火装置设计、施工及 验收规范》设计，超细干粉灭火试验段共设4 kg联动型超 细干粉自动灭火装置21个，安装间距为3 m。Fire Science and Technology,January 2019, Vol 3&No.l