換流變壓器（簡稱換流變）是直流輸電系統中的核心設備，換流變壓器和換流閥共同作為交流和直流系統的接口設備，在交流電網與直流線路之間起連接和協調作用。

換流變本體被布置在閥廳外，網側套管在閥廳外與交流系統連接；閥側套管穿過閥廳的防火封堵墻后與閥廳內的閥組連接，換流變閥側套管升高座一般插入閥廳內。閥廳防火墻進換流變閥側套管位置預留有孔洞，便于換流變就位，換流變就位后對孔洞進行封堵。

本文針對換流變閥側套管含油升高座穿入閥廳的結構特點，闡述了閥側套管含油升高座穿入閥廳的換流變火災隱患源和火災發展特點，分析了閥側套管含油升高座穿入閥廳的火災風險，最后提出了閥側套管含油升高座穿入閥廳結構的優化措施和建議。

1 換流變閥側套管含油升高座穿入閥廳的結構特點

國內外換流變壓器閥側套管及含油升高座安裝結構常見有兩種，即油氣組合絕緣套管結構和SF6氣體絕緣套管結構。

1）油氣組合絕緣套管結構

油氣組合絕緣套管結構采用油紙電容式（芯體外部采用SF6氣體填充），套管下部電容芯體浸在換流變壓器油中，上部油紙電容芯體通過剛性環氧樹脂筒與SF6氣體隔開，油膨脹閥系統用于換流變壓器油與套管電容芯體油的相互交換。

換流變閥側升高座伸入閥廳，套管末屏、SF6密度繼電器均在閥廳側靠近升高座處的套管法蘭上布置。典型的特點是，閥側套管升高座與換流變油箱連通，閥側套管升高座充滿絕緣油，因此閥側套管含油升高座穿入閥廳，其結構如圖1所示。

該結構閥側套管內的絕緣油分為兩部分，一部分是升高座中的絕緣油，此部分油和換流變本體的油相通；另一部分是套管的油，此部分的油和換流變本體油隔開，當套管內部的油壓高于變壓器油壓時，通過套管上的單向逆止閥油流向變壓器，反之，當套管內部的油壓低于變壓器油壓時，通過套管上的另一個單向逆止閥油流向套管。

圖1 閥側套管含油升高座穿入閥廳的結構

2）SF6氣體絕緣套管結構

SF6氣體絕緣套管的特點是采用膠浸紙電容芯子，換流變閥側升高座由防火封堵隔絕在戶外，套管法蘭穿墻，套管末屏、SF6取氣口均在戶外側靠近升高座處的套管法蘭上布置。SF6氣體絕緣套管及升高座的布置方式如圖2所示。

圖2 SF6氣體絕緣套管及升高座的布置方式

2 換流變火災隱患源和火災發展特點

2.1 換流變火災隱患源

根據火災原理，可燃物、助燃物和著火源這“燃燒三要素”是形成火災的3個必不可少的條件。換流變各部件常見的可燃材料有絕緣油、紙板、絕緣成型件、層壓木、環氧樹脂、尼龍拉帶等。助燃物包括氧氣等，換流變本體為密封結構，油箱內部不含氧化物，也不會分解氧化物，因此，為換流變火災提供助燃物的是空氣中的氧氣。著火源包括高溫、電弧、火花或明火。

根據“燃燒三要素”原理及換流變內部結構，產生換流變火災條件可總結為如下兩種情況：

• 1）換流變絕緣油溫度高于自燃點，外殼破損，絕緣油外泄發生自燃，產生火災。
• 2）換流變絕緣油溫度高于閃點，外殼破損，絕緣油外泄，同時在電弧火花的作用下，發生引燃，產生火災。

換流變絕緣油要接觸到空氣需泄漏至換流變充油殼體外，充油殼體需出現破損口；同時，絕緣油在其溫度高于自燃點時泄漏至換流變充油殼體外，方可產生火災。

形成換流變火災隱患源為絕緣油的受熱自燃形成的火災，其中“燃燒三要素”分別為絕緣油、空氣、故障溫升（電弧放電）。故障溫升后的絕緣油需要通過充油殼體的破損口外泄，方可接觸到空氣，因此，根據絕緣油故障溫升膨脹后導致充油殼體出現破損口的位置不同，換流變火災隱患源可總結為5種，即網側高壓套管火災、網側高壓套管與升高座連接處火災、油箱本體火災、閥側套管火災、閥側套管與升高座連接處火災。

國內外相關的標準雖然對建筑構件燃燒試驗、耐火試驗以及燃燒性能作出了規定，但暫時沒有針對換流變材料、絕緣材料燃燒試驗和阻燃等級的相關標準。換流變絕緣材料主要是非金屬固體材料，國內外有相關標準對固體非金屬材料的燃燒性能作出規定。

2.2 換流變火災發展特點

下面，按照上述5個火災隱患源，分別詳述換流變主動火災行為過程，分析火災各階段的發展特點。

1）網側高壓套管火災

第一階段。由網側套管內部絕緣故障導致套管絕緣油在高溫下分解產生氣體，同時產生很大的膨脹力，使網側套管受膨脹力出現破損口，絕緣油從破損口外泄接觸空氣，當絕緣油溫度達到自燃點時，網側套管起火。電弧發熱應力導致套管破裂的同時，通常還伴隨物理爆炸。換流變內部的電弧產生氣體為可燃氣體，也會隨同絕緣油從破裂口外泄，在空氣中的濃度達到爆炸極限后，便會發生化學燃爆。由于套管體積較小，因此物理爆炸能量遠遠小于化學燃爆能量。

第二階段。網側套管火災蔓延至套管與升高座連接處，該連接處受火災影響導致升高座孔口破損，絕緣油在重力作用下在升高座孔口破損處開始外溢燃燒，并通過油箱本體外壁流淌至油坑，最終使升高座孔口破損處以上部分的絕緣油全部外溢。

第三階段。油箱內的絕緣油進一步燃燒損耗，油位下降至本體頂蓋內壁以下，油面和油箱本體頂部形成一定的空間，空氣進入，火勢迅速蔓延至整個油箱油面及露出油面的紙板等可燃材料，紙板被浸入大量的絕緣油，可燃性等同于絕緣油，但已不屬于液體火災，而等同于固體火災，油箱本體內火災為液體和固體的混合火災。

而油面以下的可燃材料未接觸空氣，不滿足“燃燒三要素”條件而未發生火災；高于油箱本體頂面的中性點和閥側套管升高座孔口位置接觸空氣，且受換流變油箱本體內的火災破壞出現破損口。油箱本體內絕緣油由于火災受熱大量汽化，通過網側高壓套管、中性點套管、閥側套管升高座孔口位置向油箱本體外側飄散，并在孔口位置形成噴射火。

第四階段。油箱內液態流動絕緣油燃燒耗盡，僅剩紙板等固體可燃物火災，所有套管升高座孔口均受火災破壞而出現破損口，孔口位置均形成噴射火。

圖3 網側高壓套管火災的四個階段

第五階段。油箱本體內可燃物全部燃燒耗盡，“燃燒三要素”中的可燃物不復存在，火災結束。根據現有火災案例，換流變主動火災從第一階段到最后火災結束歷時10h以上。

2）網側高壓套管與升高座連接處火災

網側高壓套管內部發生絕緣故障，導致絕緣油在高溫下分解產生氣體，同時產生很大的膨脹力，網側套管受膨脹力出現破損口，絕緣油從破損口外泄接觸空氣，當絕緣油溫度達到自燃點時，網側高壓套管與升高座連接處破損口位置起火。該位置火災即網側高壓套管火災的第二階段，因此網側高壓套管與升高座連接處火災從網側高壓套管火災的第二階段向后發展，直至火災結束，不再詳細論述。

網側高壓套管與升高座連接處火災同樣會伴隨物理爆炸和化學燃爆，物理爆炸能量略大于套管物理爆炸能量，但仍小于化學燃爆能量。

3）油箱本體火災

換流變本體發生絕緣故障，高能量電弧產生的高溫使得絕緣油分解出大量氣體，同時產生較大膨脹力，油箱本體的壁板或管道的焊接或法蘭螺栓連接處受膨脹力出現破損口，或膨脹力直接導致換流變本體油箱破裂，絕緣油在重力作用下從破損口外泄接觸空氣，當絕緣油溫度達到自燃點時，油箱本體破裂口位置起火。油箱內部的電弧發熱能量較強，因此油箱破裂的同時會伴隨較強的物理爆炸；而換流變內部的電弧氣體隨同絕緣油從破裂口外泄，同樣會發生化學燃爆。

圖4 油箱本體火災

油箱本體火災的發展和網側高壓套管火災第三階段、第四階段和第五階段基本一致。

4）閥側套管火災

• 第一階段。與網側套管火災類似，閥側套管內部出現絕緣故障，導致閥側套管位置起火，同樣會伴隨物理爆炸和化學燃爆，物理爆炸能量遠遠小于化學燃爆能量。
• 第二階段。閥側套管火災蔓延至與升高座連接處，該連接處因火災導致升高座孔口破損，絕緣油在重力作用下、在升高座孔口破損處開始外溢燃燒，并流淌至地面，最終升高座孔口破損處以上部分的絕緣油全部外溢。閥側套管火災的前兩個階段如圖5所示。
• 第三階段。油箱內的絕緣油進一步燃燒損耗，油位下降至本體頂蓋內壁以下，油面和油箱本體頂部形成一定的空間，空氣進入，火勢迅速蔓延至整個油箱油面及露出油面的紙板等其他可燃材料。該位置火災即網側套管火災的第三階段，后續階段不再詳細論述。

圖5 閥側套管火災的前兩個階段

5）閥側套管與升高座連接處火災

絕緣油從閥側套管升高座連接處的破裂口外泄，接觸空氣，當絕緣油溫度達到自燃點時，或絕緣油達到閃點并接受電弧火花條件，閥側套管與升高座連接處破裂口位置起火。該位置火災即閥側套管火災的第二階段，后續階段不再詳細論述。

閥側套管與升高座連接處火災同樣會伴隨物理爆炸和化學燃爆，物理爆炸能量略大于套管物理爆炸能量，但仍小于化學燃爆能量。

3 閥側套管含油升高座穿入閥廳的換流變火災風險

3.1 換流變網側高壓套管的火災風險

換流變網側套管多采用油紙電容型套管，油紙電容型套管起火是變壓器火災的常見情況。套管中絕緣介質壓力較大，不可避免地存在火災風險。

在套管發生電弧故障時，若電弧故障發生在法蘭和下瓷套，下瓷套碎裂，則電弧首先會發生在油下，但沒有氧氣不會發生點燃。然而，夾緊的應力和瓷套破裂的應力在大多數情況下會導致套管結構向上移動。電弧會延伸發生在導電桿到法蘭或者其他接地金屬上，油從套管法蘭溢出，然后暴露在空氣中被點燃。

如果電弧故障發生在法蘭和上瓷套，并且由于電弧氣體產生的壓力，上瓷套就會發生爆炸，電弧會點燃氫氣和碳氫氣體。由于突然失去對上瓷套的夾緊應力，導致電容芯子在大多數情況下會從法蘭上脫落并向下移動進入變壓器油箱。這樣熱油流過套管法蘭并溢出換流變油箱，引起火災。

根據網側高壓套管的火災發展特點，火災發生在網側高壓套管或套管與升高座的連接處，下一階段火災發展至換流變本體油箱內部，油箱內絕緣油、紙板等固體可燃物燃燒；換流變本體油箱內火災導致閥側套管升高座內絕緣油和出線裝置起火，升高座出現破損口后絕緣油噴射至閥廳，導致閥廳內設備起火；或者火災燃燒時間長后可能導致換流變孔洞防火封堵坍塌，導致火災發展至閥廳，使閥廳內設備起火。

3.2 換流變本體的火災風險

當換流變絕緣材料（絕緣油或固體材料）的電場強度超過其擊穿場強時，導致絕緣發生擊穿和產生高能電弧放電。電弧與絕緣油之間的熱量快速傳遞，導致電弧附近油的溫度快速升高。電弧能量加熱并汽化周圍的油，將這些蒸汽裂解成小分子和可燃氣體，將氣體裂解成等離子體。電弧周圍氣泡內的壓力迅速增加。氣體和周圍液體之間的壓力差產生壓力波，從電弧位置傳播至整個變壓器油箱。

油箱壁可以承受這些壓力的時間很短，如果超過靜壓極限，油箱就將破裂。油箱破裂的原因，不是油箱在很短時間內承受很高的壓力，而是焊接和螺栓連接受到的壓力超過了彈性應力范圍，使油箱壁和附件變形才導致破裂。如果換流變油箱在有電弧的情況下發生破裂，產生的可燃氣體就會釋放到周圍的大氣中。高溫絕緣油、可燃氣體與周圍空氣中的氧氣接觸，引起火災。

換流變內部發生絕緣擊穿和高能電弧放電，油箱內壓力迅速升高可能使閥側套管升高座法蘭處破裂，絕緣油噴射至閥廳，導致閥廳內設備起火；或者換流變本體油箱內火災使閥側套管升高座內絕緣油和出線裝置起火，升高座出現破損口后絕緣油噴射至閥廳，導致閥廳內設備起火；或者火災燃燒時間長后使換流變孔洞防火封堵坍塌，導致火災發展至閥廳，引發閥廳內設備起火。

3.3 換流變閥側套管孔洞防火封堵的失效風險

閥廳防火墻進換流變套管位置預留有孔洞，便于換流變就位，換流變就位后對孔洞進行封堵?，F有孔洞封堵的方案是國內直流工程通用的方案，即采用防火板封堵，防火板采用鋼構件被固定在孔洞邊緣的砼防火墻上。

根據現有規范規定，目前閥廳防火墻穿入換流變閥側套管預留孔洞防火封堵方案如下：主體大孔封堵材料選用結構巖棉復合防火板（150mm厚Paroc板），小孔封堵材料采用硅酸鋁纖維棉填縫、硅橡膠防水密封套筒封口、不銹鋼管卡固定，如圖6所示。

Paroc板的中間部分是經過壓密的巖棉材料，表面為0.6mm厚的非磁性鋼板。Paroc板封堵由多塊Paroc小板逐塊向上拼接而成，Paroc小板與Paroc小板之間采用單面卡口連接，另一面用自攻螺釘固定，并預先嵌入密封膠。Paroc板整體通過安裝螺釘固定在角鋼邊框上，角鋼邊框通過膨脹螺絲固定在防火墻上，封堵的縫隙通過巖棉填充處理。套管開孔處的小孔采用巖棉填充、外層加高溫硫化硅橡膠包裹的封堵方式。

圖6 閥廳防火墻穿入換流變閥側套管預留孔洞防火封堵

該孔洞封堵方案存在以下兩個隱患：

• 1）換流變閥側套管與升高座連接處存在破損的可能性，一旦破損較為嚴重，閥側套管就有可能完全脫落。在套管跌落過程中，有可能撞擊孔洞封堵防火板，若防火板受撞擊后可能破損，則防火能力失效。
• 2）防火板與孔洞邊緣砼防火墻固定的鋼構件，在火災后20min左右結構強度幾乎減少殆盡，在換流變火災熱輻射等外力的作用下，整個防火板有可能完全倒塌。
• 造成隱患的主要原因是，防火板機械強度不足，防火板與防火墻固定構件的耐火能力不足。

3.4 換流變閥側套管含油升高座穿入閥廳的火災風險

《建筑設計防火規范》GB 50016—2014第6.1.5條規定，可燃氣體和甲、乙、丙類液體的管道嚴禁穿越防火墻，條文解釋可燃氣體和可燃液體管道穿越防火墻，很容易將火災從防火墻的一側引致另一側。穿越閥廳防火墻的換流變充油閥側套管及升高座等同于丙類液體管道，有違反GB 50016—2014第6.1.5條規定的嫌疑。

根據換流變被動火災的研究，換流變充油閥側套管及升高座穿入閥廳是換流變被動火災被引燃的主要通道，充油閥側套管及升高座將換流變主動火災引至閥廳，與條文的解釋一致，因此可以認為，充油閥側套管及升高座插入閥廳違反了GB 50016—2014第6.1.5條規定。

根據前文第2節的分析，換流變的主動火災均會導致換流變閥側套管升高座孔口處破損，并形成噴射火。

換流變穿入閥廳的閥側套管采用充油套管時，閥側套管含油升高座穿入閥廳，升高座孔口位于閥廳內，孔口的噴射火會直接蔓延進閥廳。而干式閥側套管采用干式絕緣充SF6氣體套管，套管升高座未伸入閥廳內部，升高座位于閥廳外，孔口的噴射火被防火封堵隔離在閥廳外，在防火封堵有效防火時間內，并不會蔓延進閥廳，但在防火封堵失效后，孔口的噴射火仍然會通過防火封堵蔓延進閥廳。

穿入閥廳的換流變閥側套管及升高座，等同于油管穿越防火墻，防火墻并不能阻止套管及升高座內部絕緣油火災的蔓延。

閥側套管結構含油升高座伸入閥廳內部，穿入閥廳的套管升高座與換流變本體連通，換流變本體的火災均會導致閥側套管升高座發生燃爆，使漏油進一步蔓延至閥廳。同時，進入閥廳的換流變閥側套管及升高座，含油套管升高座本身就是隱患源，在閥側套管本體發生絕緣故障時，會導致升高座孔口破損發生火災，導致閥廳內設備發生火災。

換流變閥側套管升高座穿入閥廳，不僅把含油設備帶入閥廳，還增加了一個將火災從閥廳外部換流變本體延伸至閥廳內部的途徑，大大增加了換流變火災的危害性。

4 換流變閥側套管含油升高座穿入閥廳結構的優化措施

針對以上闡述的換流變火災風險，特別是閥側套管含油升高座穿入閥廳帶來的風險，本文提出了以下針對性的優化措施和建議。

4.1 換流變網側高壓套管火災的防范措施

1）采用干式套管替代現有瓷絕緣外套的油浸式套管

建議開展500kV干式套管應用于換流變網側套管的技術論證，考慮采用干式套管或復合絕緣外套的套管來替代現有瓷絕緣外套的油浸式電容結構的套管。油紙電容型套管起火是變壓器火災的常見情況。

膠浸紙或合成樹脂粘合紙套管失效引發火災的風險明顯要低。其原因是該類型套管在油側（下端）沒有下瓷套，因此，套管下端的故障不會導致下瓷套破損，在大多數情況下不會導致夾緊壓力的損失或套管上瓷套的損壞，除非在電弧能力非常大的情況下，否則不會導致套管漏油。

現在普遍應用干式套管。干式套管在空氣側使用復合絕緣外套，基本消除了在發生套管故障時瓷套破碎的風險，能夠進一步降低火災風險；而且硅橡膠等復合絕緣材料助燃等級高，在沒有持續熱量輸入的情況下不會持續著火。

油浸式瓷絕緣套管是引發變壓器火災數量最多的部件。普遍認為，膠浸紙（RIP）絕緣套管在電容型高壓套管中火災風險最小。使用RIP絕緣高壓套管是降低換流變火災風險的最經濟有效的方法。

從防范換流變火災風險出發，采用干式套管或復合絕緣外套的套管是較好的選擇，可以減少換流變火災的隱患源，大幅度降低換流變網側高壓套管、網側高壓套管與升高座連接處發生火災的風險。對于換流變網側高壓套管的選擇，還應該考慮套管絕緣、套管運行情況等多方面的因素。

2）對換流變網側套管升高座增設專門的水霧噴頭

對換流變BOX-IN內部網側套管升高座以及網側套管突出BOX-IN外側部分升高座增設專門噴頭保護，管道接入對應換流變水噴霧管道。措施實施后，固定滅火系統完全符合規程GB 50229—2006《火力發電廠與變電站設計防火規范》、GB 50219—2014《水噴霧滅火系統設計規范》的要求，能更有效地撲滅換流變初期的第一、二階段火災，防止火災發展至難以撲滅的第三階段。該方案實施難度和工程量較小，可針對現有水噴霧滅火系統和泡沫噴霧系統進行改造。

4.2 提升換流變本體防火能力的措施

1）選用不可燃或阻燃等級較高的材料

換流變本體、部件采用不可燃或阻燃等級較高的材料，可延緩換流變本體的火災發展，為采用消防設施控制換流變火災爭取更多的時間，從而提高換流變本體防火能力。根據燃燒試驗結果，絕緣紙板材料要求不低于HB級，硅橡膠材料要求不低于V-0級，玻璃鋼材料要求不低于HB級，環氧樹脂材料要求不低于HB級。

2）提高變壓器油的閃點或采用不易燃絕緣介質

變壓器油的閉口閃點是表征電力設備著火危險點的重要指標[8]。變壓器油是石油的一種分餾產物，屬低黏度油品，在換流變等電氣設備中起冷卻、絕緣和散熱作用?？梢杂瞄]口閃點來表征變壓器油的著火危險性，閉口閃點愈低，愈易燃，火災的危險性愈大；反之亦然。

提高變壓器礦物絕緣油的閃點可有效提升換流變的防火能力?？商岣攥F行標準中變壓器油的閃點（閉口）在投運前和運行中均應大于135℃的要求，對于換流變等大型變壓器，將變壓器油的閃點（閉口）要求提高至140℃，甚至是150℃，以降低換流變火災的風險。

隨著技術的發展，未來可考慮采用植物油等高閃點的絕緣油作為換流變的絕緣介質。

使用不易燃的絕緣冷卻介質可以大大降低火災風險。可采用著火點大于300℃的不易燃液體絕緣介質，如合成或天然油脂、液態硅。

隨著技術的發展，未來選擇干式變壓器或氣體絕緣變壓器可消除與變壓器油起火相關的火災危險。絕緣介質的典型特征見表1。

表1 絕緣介質的典型特征

3）提高換流變油箱的性能

避免油箱破裂和保證油的密封性，對于避免換流變故障以及降低換流變由輕微火災升級為重大或災難性火災風險是至關重要的。提高換流變油箱的性能，可有效降低換流變本體的火災風險。

• （1）確保換流變油箱具有所需的機械強度。在油箱設計過程，考慮油箱在不同應力負荷下的受力情況，重點考慮焊接、法蘭和螺栓等變壓器油箱的薄弱部位，提高應力薄弱部位的機械強度，則可以提高油箱的抗斷裂強度。
• （2）提高焊接工藝，增強換流變油箱焊接位置的機械強度。
• （3）選用彈塑性更高的材料用于制作換流變油箱，以提高換流變油箱的抗斷裂強度。
• （4）為降低油箱承受的內部壓力，可采用增加油箱伸縮性的措施。使用大直徑連接管道的儲油柜可以增加膨脹體積，以提高油箱的伸縮性。
• （5）在換流變出廠試驗中，增加換流變油箱機械強度試驗項目，驗證換流變油箱的強度。油箱機械強度試驗是變壓器特殊試驗項目，GB 1094.1—2013《電力變壓器第1部分：總則》第11.10節規定，在液浸式變壓器壓力變形試驗中，油箱的試驗壓力應比正常運行時的壓力高35kPa；若變壓器裝有壓力釋放裝置，則試驗時的壓力應高于壓力釋放裝置動作壓力至少10kPa。液浸式變壓器的壓力變形試驗、真空變形試驗的永久變形量≤5mm（換流變技術規范書要求）。
• （6）合理設置換流變本體壓力釋放閥和分接開關壓力釋放閥的動作值，減小換流變油箱破裂的風險。

4.3 換流變閥側套管孔洞防火封堵的優化措施

在原設計方案的基礎上考慮閥廳封堵防爆、耐火、安裝、包邊密封結構及方便檢修拆卸。

大封堵采用4層結構，由室外向室內依次為防火層、防爆層、隔熱層、防火層。

采用100mm厚結構巖棉復合防火板+9.5mm厚不銹鋼面層防爆板+不銹鋼龍骨+50mm厚結構巖棉復合防火板+1.5mm厚不銹鋼屏蔽平板，不銹鋼龍骨中間填充硅酸鋁纖維防火棉，100mm厚結構巖棉復合防火板與9.5mm厚不銹鋼面層防爆板錯縫固定。

換流變套管與結構巖棉復合防火板之間縫隙（小孔）采用硅酸鋁纖維防火棉填充，陶瓷化硅橡膠防水密封套筒包裹，采用不銹鋼自攻自鉆螺釘和20X4鋁合金壓環，將陶瓷化硅橡膠防水密封套筒與結構巖棉復合防火板固定，用不銹鋼管卡將陶瓷化硅橡膠防水密封套筒與換流變套管固定。

本方案采用防爆板來提高洞口封堵的抗沖擊波能力，同時提高了封堵的耐火極限。

防爆板是由增強纖維水泥板表面加壓鍍鋅鋼材料構成的耐火防爆材料，主要用于防爆隔墻、防爆天花板、防爆排煙風管、電纜管、防爆電纜保護、防爆門和鋼結構防爆保護等多種系統。防爆板具有阻燃性（持續4h的燃燒試驗）、抗爆性、抗沖擊性、防潮和消防、抗震、質量輕、抗腐蝕、幅面較大、耐候性能（不隨著氣溫的變化改變）、高電阻、吸音、抗凍等多種優良特性。

該結構已經在國網某特高壓直流輸電工程應用，并成功將一起換流變火災隔絕在閥廳外，避免了換流變火災蔓延至閥廳。防火封堵的優化措施方案如圖7所示。

4.4 換流變閥側套管升高座穿入閥廳的優化措施

《建筑設計防火規范》GB 50016—2014第6.1.5條規定，可燃氣體和甲、乙、丙類液體的管道嚴禁穿越防火墻。條文解釋可燃氣體和可燃液體管道穿越防火墻，很容易將火災從防火墻的一側引致另一側。穿越閥廳防火墻的換流變充油閥側套管及升高座等同于丙類液體管道，充油閥側套管及升高座穿入閥廳違反了GB 50016—2014第6.1.5條規定。

圖7 防火封堵的優化措施方案

因此，針對新建工程，換流變穿入閥廳的閥側套管應采用純SF6絕緣套管或者干式套管，其升高座不穿入閥廳。

對于現有直流工程，針對換流變閥側套管含油升高座穿入閥廳的結構，是否可將閥側套管更換為非充油純SF6絕緣套管或者干式套管，在更換為非充油的純SF6絕緣套管或者干式套管后，是否可將換流變向閥廳外側移動，以使穿入閥廳的含油升高座移至室外，需針對具體工程進行專門的研究和論證。

針對現有直流工程中閥側套管和含油升高座穿入閥廳的情況，如無法將充油套管更換為非充油的純SF6絕緣套管或者干式套管，則可考慮以下幾個方案來降低換流變火災通過穿入閥廳的閥側套管和含油升高座這個通道蔓延至閥廳的風險。

1）異形防火板

針對閥側套管含油升高座進入閥廳部分設置專門的異形防火板，將升高座隔離在閥廳室外側，如圖8所示。

根據換流變火災過程，換流變充油閥側套管火災能量并不算太大，當蔓延至升高座孔口處時，火災蔓延進換流變內部，火災能量激劇增大；根據換流變被動火災過程，被動火災換流變直接在升高座孔口處被引燃，同時大量絕緣油從升高座孔口位置外泄。

異形防火板可將升高座孔口位置高能量火災隔離在閥廳室外側，同時也將外泄絕緣油隔離在閥廳室外側，盡量不讓其進入閥廳，僅閥側套管小能量的火災無法隔離。

圖8 進入閥廳套管含油升高座的異形防火板

但異形防火板對閥廳的電氣安全距離和場強均造成影響，需針對具體工程進一步核算。異形防火板的施工難度非常大，目前并沒有實施案例，其實際隔火效能還不確定，并無相關檢測或試驗數據。

2）對閥側套管含油升高座設置專門細水霧消防系統進行隔離

在穿入閥廳的閥側套管升高座處設置細水霧可兼顧保護孔洞防火封堵，同時設置噴頭保護。細水霧的高效冷卻作用、窒息作用及阻隔輻射熱作用可發揮以下防火效果：

• （1）對孔洞封堵進行有效的降溫保護，提高防火封堵的阻火效能。
• （2）在將升高座火災隔離在閥廳室外、阻隔火災對閥廳的輻射熱等方面發揮重要的作用。

另外，細水霧更高的絕緣性，無液態水產生，不會有消防排水至地面，特別適用于閥廳高電壓環境，不會對閥廳電氣設備造成破壞。細水霧外觀和系統管道及水霧噴頭如圖9所示。

圖9 細水霧外觀圖和系統管道及水霧噴頭

每臺換流變插入閥廳的套管升高座及閥廳防火墻孔洞封堵均被設置細水霧噴頭保護隔離，每臺換流變對應的保護隔離區域作為獨立分區，細水霧滅火系統與對應換流變火災自動報警連鎖。在換流變發生火災后，火災自動報警信號連鎖啟動換流變自動滅火系統，同時連鎖啟動對應換流變細水霧滅火系統，將換流變火災隔離在閥廳室外。

3）閥廳排油措施

根據換流變的火災發展特點，閥側套管含油升高座穿入閥廳時，在閥側套管火災過程中，閥側套管升高座孔口外泄的絕緣油均會進入閥廳，并伴隨燃燒。燃燒的絕緣油到達閥廳地面后產生流淌火災，對閥廳更多設備造成破壞。因此，有必要及時將滲漏進閥廳的絕緣油排至安全區域，以減少對閥廳的破壞。

可考慮在閥廳內含油升高座下方設置集油盤，集油盤設置排出管排至對應換流變油坑。為不破壞閥廳的密封性，排出管設置電磁閥，正常情況下電磁閥關閉，在換流變發生火災后，火災自動報警信號連鎖啟動換流變自動滅火系統，同時連鎖開啟該排油電磁閥。

總結

本文針對換流變閥側套管含油升高座穿入閥廳的結構特點，闡述了閥側套管含油升高座穿入閥廳的換流變火災隱患源和火災發展特點，分析了網側高壓套管火災、網側高壓套管與升高座連接處火災、油箱本體火災、閥側套管火災、閥側套管與升高座連接處火災等5種火災發展的特點；研究了閥側套管含油升高座穿入閥廳的火災、網側高壓套管火災、換流變本體火災、閥側套管孔洞防火封堵失效風險等火災風險，并提出了以下優化措施和建議。

• 1）對換流變網側高壓套管火災的防范措施。采用干式套管替代現有瓷絕緣外套的油浸式套管；換流變網側套管升高座增設專門的水霧噴頭。
• 2）對提升換流變本體防火能力的措施。選用不可燃或阻燃等級較高的材料；提高變壓器油的閃點或采用不易燃絕緣介質；提高換流變油箱的性能，避免油箱破裂導致換流變本體火災。
• 3）對換流變閥側套管孔洞防火封堵的優化措施。改進原防火封堵方案，采用新型4層結構設計方案，提高防火封堵的防火、防爆、隔熱性能。
• 4）對換流變閥側套管升高座穿入閥廳的優化措施。針對新建工程，換流變穿入閥廳的閥側套管應采用干式套管，其升高座不穿入閥廳。對于現有直流工程，對于穿入閥廳的閥側套管含油升高座，采用異形防火板、細水噴霧系統以及排油盤等措施，防范和延緩閥側套管升高座的火災。