摘要 本文针对换流变阀侧套管含油升高座穿入阀厅的结构特点，阐述了阀侧套管含油升高座穿入阀厅的换流变火灾隐患源和火灾发展特点，分析了阀侧套管含油升高座穿入阀厅的火灾风险，最后提出了阀侧套管含油升高座穿入阀厅结构的优化措施和建议。
关键词：换流变压器；阀侧套管；含油升高座；火灾分析；优化措施；防火能力
换流变压器（简称换流变）是直流输电系统中的核心设备[1]，换流变压器和换流阀共同作为交流和直流系统的接口设备[2]，在交流电网与直流线路之间起连接和协调作用。
换流变本体被布置在阀厅外，网侧套管在阀厅外与交流系统连接；阀侧套管穿过阀厅的防火封堵墙后与阀厅内的阀组连接，换流变阀侧套管升高座一般插入阀厅内。阀厅防火墙进换流变阀侧套管位置预留有孔洞，便于换流变就位，换流变就位后对孔洞进行封堵。
本文针对换流变阀侧套管含油升高座穿入阀厅的结构特点，阐述了阀侧套管含油升高座穿入阀厅的换流变火灾隐患源和火灾发展特点，分析了阀侧套管含油升高座穿入阀厅的火灾风险，最后提出了阀侧套管含油升高座穿入阀厅结构的优化措施和 建议。
1 换流变阀侧套管含油升高座穿入阀厅的结构特点
国内外换流变压器阀侧套管及含油升高座安装结构常见有两种，即油气组合绝缘套管结构和SF6气体绝缘套管结构[3]。
1）油气组合绝缘套管结构
油气组合绝缘套管结构采用油纸电容式（芯体外部采用SF6气体填充），套管下部电容芯体浸在换流变压器油中，上部油纸电容芯体通过刚性环氧树脂筒与SF6气体隔开，油膨胀阀系统用于换流变压器油与套管电容芯体油的相互交换。换流变阀侧升高座伸入阀厅，套管末屏、SF6密度继电器均在阀厅侧靠近升高座处的套管法兰上布置。典型的特点是，阀侧套管升高座与换流变油箱连通，阀侧套管升高座充满绝缘油，因此阀侧套管含油升高座穿入阀厅，其结构如图1所示。该结构阀侧套管内的绝缘油分为两部分，一部分是升高座中的绝缘油，此部分油和换流变本体的油相通；另一部分是套管的油，此部分的油和换流变本体油隔开，当套管内部的油压高于变压器油压时，通过套管上的单向逆止阀油流向变压器，反之，当套管内部的油压低于变压器油压时，通过套管上的另一个单向逆止阀油流向套管。
图1 阀侧套管含油升高座穿入阀厅的结构
2）SF6气体绝缘套管结构
SF6气体绝缘套管的特点是采用胶浸纸电容芯子，换流变阀侧升高座由防火封堵隔绝在户外，套管法兰穿墙，套管末屏、SF6取气口均在户外侧靠近升高座处的套管法兰上布置。SF6气体绝缘套管及升高座的布置方式如图2所示。
图2 SF6气体绝缘套管及升高座的布置方式
2 换流变火灾隐患源和火灾发展特点
2.1 换流变火灾隐患源
根据火灾原理，可燃物、助燃物和着火源这“燃烧三要素”是形成火灾的3个必不可少的条件。换流变各部件常见的可燃材料有绝缘油、纸板、绝缘成型件、层压木、环氧树脂、尼龙拉带等。助燃物包括氧气等，换流变本体为密封结构，油箱内部不含氧化物，也不会分解氧化物，因此，为换流变火灾提供助燃物的是空气中的氧气。着火源包括高温、电弧、火花或明火[4]。
根据“燃烧三要素”原理及换流变内部结构，产生换流变火灾条件可总结为如下两种情况：
1）换流变绝缘油温度高于自燃点，外壳破损，绝缘油外泄发生自燃，产生火灾。
2）换流变绝缘油温度高于闪点，外壳破损，绝缘油外泄，同时在电弧火花的作用下，发生引燃，产生火灾。
换流变绝缘油要接触到空气需泄漏至换流变充油壳体外，充油壳体需出现破损口；同时，绝缘油在其温度高于自燃点时泄漏至换流变充油壳体外，方可产生火灾。
形成换流变火灾隐患源为绝缘油的受热自燃形成的火灾，其中“燃烧三要素”分别为绝缘油、空气、故障温升（电弧放电）。故障温升后的绝缘油需要通过充油壳体的破损口外泄，方可接触到空气，因此，根据绝缘油故障温升膨胀后导致充油壳体出现破损口的位置不同，换流变火灾隐患源可总结为5种，即网侧高压套管火灾、网侧高压套管与升高座连接处火灾、油箱本体火灾、阀侧套管火灾、阀侧套管与升高座连接处火灾。
国内外相关的标准虽然对建筑构件燃烧试验、耐火试验以及燃烧性能作出了规定，但暂时没有针对换流变材料、绝缘材料燃烧试验和阻燃等级的相关标准。换流变绝缘材料主要是非金属固体材料，国内外有相关标准对固体非金属材料的燃烧性能作出规定。
2.2 换流变火灾发展特点
下面，按照上述5个火灾隐患源，分别详述换流变主动火灾行为过程，分析火灾各阶段的发展特点。
1）网侧高压套管火灾
第一阶段。由网侧套管内部绝缘故障导致套管绝缘油在高温下分解产生气体[5]，同时产生很大的膨胀力，使网侧套管受膨胀力出现破损口，绝缘油从破损口外泄接触空气，当绝缘油温度达到自燃点时，网侧套管起火。电弧发热应力导致套管破裂的同时，通常还伴随物理爆炸。换流变内部的电弧产生气体为可燃气体，也会随同绝缘油从破裂口外泄，在空气中的浓度达到爆炸极限后，便会发生化学燃爆。由于套管体积较小，因此物理爆炸能量远远小于化学燃爆能量。
第二阶段。网侧套管火灾蔓延至套管与升高座连接处，该连接处受火灾影响导致升高座孔口破损，绝缘油在重力作用下在升高座孔口破损处开始外溢燃烧，并通过油箱本体外壁流淌至油坑，最终使升高座孔口破损处以上部分的绝缘油全部外溢。
第三阶段。油箱内的绝缘油进一步燃烧损耗，油位下降至本体顶盖内壁以下，油面和油箱本体顶部形成一定的空间，空气进入，火势迅速蔓延至整个油箱油面及露出油面的纸板等可燃材料，纸板被浸入大量的绝缘油，可燃性等同于绝缘油，但已不属于液体火灾，而等同于固体火灾，油箱本体内火灾为液体和固体的混合火灾。而油面以下的可燃材料未接触空气，不满足“燃烧三要素”条件而未发生火灾；高于油箱本体顶面的中性点和阀侧套管升高座孔口位置接触空气，且受换流变油箱本体内的火灾破坏出现破损口。油箱本体内绝缘油由于火灾受热大量汽化，通过网侧高压套管、中性点套管、阀侧套管升高座孔口位置向油箱本体外侧飘散，并在孔口位置形成喷射火。
第四阶段。油箱内液态流动绝缘油燃烧耗尽，仅剩纸板等固体可燃物火灾，所有套管升高座孔口均受火灾破坏而出现破损口，孔口位置均形成喷射火。
（a）第一阶段 （b）第二阶段
（c）第三阶段 （d）第四阶段
图3 网侧高压套管火灾的四个阶段
第五阶段。油箱本体内可燃物全部燃烧耗尽，“燃烧三要素”中的可燃物不复存在，火灾结束。根据现有火灾案例，换流变主动火灾从第一阶段到最后火灾结束历时10h以上。
2）网侧高压套管与升高座连接处火灾
网侧高压套管内部发生绝缘故障，导致绝缘油在高温下分解产生气体，同时产生很大的膨胀力，网侧套管受膨胀力出现破损口，绝缘油从破损口外泄接触空气，当绝缘油温度达到自燃点时，网侧高压套管与升高座连接处破损口位置起火。该位置火灾即网侧高压套管火灾的第二阶段，因此网侧高压套管与升高座连接处火灾从网侧高压套管火灾的第二阶段向后发展，直至火灾结束，不再详细论述。
网侧高压套管与升高座连接处火灾同样会伴随物理爆炸和化学燃爆，物理爆炸能量略大于套管物理爆炸能量，但仍小于化学燃爆能量。
3）油箱本体火灾
换流变本体发生绝缘故障，高能量电弧产生的高温使得绝缘油分解出大量气体，同时产生较大膨胀力，油箱本体的壁板或管道的焊接或法兰螺栓连接处受膨胀力出现破损口，或膨胀力直接导致换流变本体油箱破裂，绝缘油在重力作用下从破损口外泄接触空气，当绝缘油温度达到自燃点时，油箱本体破裂口位置起火。油箱内部的电弧发热能量较强，因此油箱破裂的同时会伴随较强的物理爆炸；而换流变内部的电弧气体随同绝缘油从破裂口外泄，同样会发生化学燃爆。
图4 油箱本体火灾
油箱本体火灾的发展和网侧高压套管火灾第三阶段、第四阶段和第五阶段基本一致。
4）阀侧套管火灾
第一阶段。与网侧套管火灾类似，阀侧套管内部出现绝缘故障，导致阀侧套管位置起火，同样会伴随物理爆炸和化学燃爆，物理爆炸能量远远小于化学燃爆能量。
第二阶段。阀侧套管火灾蔓延至与升高座连接处，该连接处因火灾导致升高座孔口破损，绝缘油在重力作用下、在升高座孔口破损处开始外溢燃烧，并流淌至地面，最终升高座孔口破损处以上部分的绝缘油全部外溢。
阀侧套管火灾的前两个阶段如图5所示。
第三阶段。油箱内的绝缘油进一步燃烧损耗，油位下降至本体顶盖内壁以下，油面和油箱本体顶部形成一定的空间，空气进入，火势迅速蔓延至整个油箱油面及露出油面的纸板等其他可燃材料。该位置火灾即网侧套管火灾的第三阶段，后续阶段不再详细论述。
（a）第一阶段 （b）第二阶段
图5 阀侧套管火灾的前两个阶段
5）阀侧套管与升高座连接处火灾
绝缘油从阀侧套管升高座连接处的破裂口外泄，接触空气，当绝缘油温度达到自燃点时，或绝缘油达到闪点并接受电弧火花条件，阀侧套管与升高座连接处破裂口位置起火。该位置火灾即阀侧套管火灾的第二阶段，后续阶段不再详细论述。
阀侧套管与升高座连接处火灾同样会伴随物理爆炸和化学燃爆，物理爆炸能量略大于套管物理爆炸能量，但仍小于化学燃爆能量。
3 阀侧套管含油升高座穿入阀厅的换流变火灾风险
3.1 换流变网侧高压套管的火灾风险
换流变网侧套管多采用油纸电容型套管，油纸电容型套管起火是变压器火灾的常见情况[6]。套管中绝缘介质压力较大，不可避免地存在火灾风险。
在套管发生电弧故障时，若电弧故障发生在法兰和下瓷套，下瓷套碎裂，则电弧首先会发生在油下，但没有氧气不会发生点燃。然而，夹紧的应力和瓷套破裂的应力在大多数情况下会导致套管结构向上移动。电弧会延伸发生在导电杆到法兰或者其他接地金属上，油从套管法兰溢出，然后暴露在空气中被点燃。
如果电弧故障发生在法兰和上瓷套，并且由于电弧气体产生的压力，上瓷套就会发生爆炸，电弧会点燃氢气和碳氢气体。由于突然失去对上瓷套的夹紧应力，导致电容芯子在大多数情况下会从法兰上脱落并向下移动进入变压器油箱。这样热油流过套管法兰并溢出换流变油箱，引起火灾。
根据网侧高压套管的火灾发展特点，火灾发生在网侧高压套管或套管与升高座的连接处，下一阶段火灾发展至换流变本体油箱内部，油箱内绝缘油、纸板等固体可燃物燃烧；换流变本体油箱内火灾导致阀侧套管升高座内绝缘油和出线装置起火，升高座出现破损口后绝缘油喷射至阀厅，导致阀厅内设备起火；或者火灾燃烧时间长后可能导致换流变孔洞防火封堵坍塌，导致火灾发展至阀厅，使阀厅内设备起火。
3.2 换流变本体的火灾风险
当换流变绝缘材料（绝缘油或固体材料）的电场强度超过其击穿场强时，导致绝缘发生击穿和产生高能电弧放电。电弧与绝缘油之间的热量快速传递，导致电弧附近油的温度快速升高。电弧能量加热并汽化周围的油，将这些蒸汽裂解成小分子和可燃气体，将气体裂解成等离子体。电弧周围气泡内的压力迅速增加。气体和周围液体之间的压力差产生压力波，从电弧位置传播至整个变压器油箱。油箱壁可以承受这些压力的时间很短，如果超过静压极限，油箱就将破裂。油箱破裂的原因，不是油箱在很短时间内承受很高的压力，而是焊接和螺栓连接受到的压力超过了弹性应力范围，使油箱壁和附件变形才导致破裂。如果换流变油箱在有电弧的情况下发生破裂，产生的可燃气体就会释放到周围的大气中。高温绝缘油、可燃气体与周围空气中的氧气接触，引起火灾。
换流变内部发生绝缘击穿和高能电弧放电，油箱内压力迅速升高可能使阀侧套管升高座法兰处破裂，绝缘油喷射至阀厅，导致阀厅内设备起火；或者换流变本体油箱内火灾使阀侧套管升高座内绝缘油和出线装置起火，升高座出现破损口后绝缘油喷射至阀厅，导致阀厅内设备起火；或者火灾燃烧时间长后使换流变孔洞防火封堵坍塌，导致火灾发展至阀厅，引发阀厅内设备起火。
3.3 换流变阀侧套管孔洞防火封堵的失效风险
阀厅防火墙进换流变套管位置预留有孔洞，便于换流变就位，换流变就位后对孔洞进行封堵。现有孔洞封堵的方案是国内直流工程通用的方案，即采用防火板封堵，防火板采用钢构件被固定在孔洞边缘的砼防火墙上。
根据现有规范规定，目前阀厅防火墙穿入换流变阀侧套管预留孔洞防火封堵方案如下：主体大孔封堵材料选用结构岩棉复合防火板（150mm厚Paroc板），小孔封堵材料采用硅酸铝纤维棉填缝、硅橡胶防水密封套筒封口、不锈钢管卡固定，如图6所示。Paroc板的中间部分是经过压密的岩棉材料，表面为0.6mm厚的非磁性钢板。Paroc板封堵由多块Paroc小板逐块向上拼接而成，Paroc小板与Paroc小板之间采用单面卡口连接，另一面用自攻螺钉固定，并预先嵌入密封胶。Paroc板整体通过安装螺钉固定在角钢边框上，角钢边框通过膨胀螺丝固定在防火墙上，封堵的缝隙通过岩棉填充处理。套管开孔处的小孔采用岩棉填充、外层加高温硫化硅橡胶包裹的封堵方式。
图6 阀厅防火墙穿入换流变阀侧套管预留孔洞防火封堵
该孔洞封堵方案存在以下两个隐患：
1）换流变阀侧套管与升高座连接处存在破损的可能性，一旦破损较为严重，阀侧套管就有可能完全脱落。在套管跌落过程中，有可能撞击孔洞封堵防火板，若防火板受撞击后可能破损，则防火能力失效。
2）防火板与孔洞边缘砼防火墙固定的钢构件，在火灾后20min左右结构强度几乎减少殆尽，在换流变火灾热辐射等外力的作用下，整个防火板有可能完全倒塌。
造成隐患的主要原因是，防火板机械强度不足，防火板与防火墙固定构件的耐火能力不足。
3.4 换流变阀侧套管含油升高座穿入阀厅的火灾风险
《建筑设计防火规范》GB 50016—2014第6.1.5条规定，可燃气体和甲、乙、丙类液体的管道严禁穿越防火墙，条文解释可燃气体和可燃液体管道穿越防火墙，很容易将火灾从防火墙的一侧引致另一侧。穿越阀厅防火墙的换流变充油阀侧套管及升高座等同于丙类液体管道，有违反GB 50016—2014第6.1.5条规定的嫌疑。根据换流变被动火灾的研究，换流变充油阀侧套管及升高座穿入阀厅是换流变被动火灾被引燃的主要通道，充油阀侧套管及升高座将换流变主动火灾引至阀厅，与条文的解释一致，因此可以认为，充油阀侧套管及升高座插入阀厅违反了GB 50016—2014第6.1.5条规定。
根据前文第2节的分析，换流变的主动火灾均会导致换流变阀侧套管升高座孔口处破损，并形成喷射火。
换流变穿入阀厅的阀侧套管采用充油套管时，阀侧套管含油升高座穿入阀厅，升高座孔口位于阀厅内，孔口的喷射火会直接蔓延进阀厅。而干式阀侧套管采用干式绝缘充SF6气体套管，套管升高座未伸入阀厅内部，升高座位于阀厅外，孔口的喷射火被防火封堵隔离在阀厅外，在防火封堵有效防火时间内，并不会蔓延进阀厅，但在防火封堵失效后，孔口的喷射火仍然会通过防火封堵蔓延进阀厅。
穿入阀厅的换流变阀侧套管及升高座，等同于油管穿越防火墙，防火墙并不能阻止套管及升高座内部绝缘油火灾的蔓延。
阀侧套管结构含油升高座伸入阀厅内部，穿入阀厅的套管升高座与换流变本体连通，换流变本体的火灾均会导致阀侧套管升高座发生燃爆，使漏油进一步蔓延至阀厅。同时，进入阀厅的换流变阀侧套管及升高座，含油套管升高座本身就是隐患源，在阀侧套管本体发生绝缘故障时，会导致升高座孔口破损发生火灾，导致阀厅内设备发生火灾。
换流变阀侧套管升高座穿入阀厅，不仅把含油设备带入阀厅，还增加了一个将火灾从阀厅外部换流变本体延伸至阀厅内部的途径，大大增加了换流变火灾的危害性。
4 换流变阀侧套管含油升高座穿入阀厅结构的优化措施
针对以上阐述的换流变火灾风险，特别是阀侧套管含油升高座穿入阀厅带来的风险，本文提出了以下针对性的优化措施和建议。
4.1 换流变网侧高压套管火灾的防范措施
1）采用干式套管替代现有瓷绝缘外套的油浸式套管
建议开展500kV干式套管应用于换流变网侧套管的技术论证，考虑采用干式套管或复合绝缘外套的套管来替代现有瓷绝缘外套的油浸式电容结构的套管。
油纸电容型套管起火是变压器火灾的常见情况。
胶浸纸或合成树脂粘合纸套管失效引发火灾的风险明显要低。其原因是该类型套管在油侧（下端）没有下瓷套，因此，套管下端的故障不会导致下瓷套破损，在大多数情况下不会导致夹紧压力的损失或套管上瓷套的损坏，除非在电弧能力非常大的情况下，否则不会导致套管漏油。
现在普遍应用干式套管。干式套管在空气侧使用复合绝缘外套，基本消除了在发生套管故障时瓷套破碎的风险，能够进一步降低火灾风险；而且硅橡胶等复合绝缘材料助燃等级高，在没有持续热量输入的情况下不会持续着火。
油浸式瓷绝缘套管是引发变压器火灾数量最多的部件。普遍认为，胶浸纸（RIP）绝缘套管在电容型高压套管中火灾风险最小。使用RIP绝缘高压套管是降低换流变火灾风险的最经济有效的方法。
从防范换流变火灾风险出发，采用干式套管或复合绝缘外套的套管是较好的选择，可以减少换流变火灾的隐患源，大幅度降低换流变网侧高压套管、网侧高压套管与升高座连接处发生火灾的风险。对于换流变网侧高压套管的选择，还应该考虑套管绝缘、套管运行情况等多方面的因素[7]。
2）对换流变网侧套管升高座增设专门的水雾喷头
对换流变BOX-IN内部网侧套管升高座以及网侧套管突出BOX-IN外侧部分升高座增设专门喷头保护，管道接入对应换流变水喷雾管道。措施实施后，固定灭火系统完全符合规程GB 50229—2006《火力发电厂与变电站设计防火规范》、GB 50219—2014《水喷雾灭火系统设计规范》的要求，能更有效地扑灭换流变初期的第一、二阶段火灾，防止火灾发展至难以扑灭的第三阶段。该方案实施难度和工程量较小，可针对现有水喷雾灭火系统和泡沫喷雾系统进行改造。
4.2 提升换流变本体防火能力的措施
1）选用不可燃或阻燃等级较高的材料
换流变本体、部件采用不可燃或阻燃等级较高的材料，可延缓换流变本体的火灾发展，为采用消防设施控制换流变火灾争取更多的时间，从而提高换流变本体防火能力。根据燃烧试验结果，绝缘纸板材料要求不低于HB级，硅橡胶材料要求不低于V-0级，玻璃钢材料要求不低于HB级，环氧树脂材料要求不低于HB级。
2）提高变压器油的闪点或采用不易燃绝缘介质
变压器油的闭口闪点是表征电力设备着火危险点的重要指标[8]。变压器油是石油的一种分馏产物，属低黏度油品，在换流变等电气设备中起冷却、绝缘和散热作用[9]。可以用闭口闪点来表征变压器油的着火危险性，闭口闪点愈低，愈易燃，火灾的危险性愈大；反之亦然。
提高变压器矿物绝缘油的闪点可有效提升换流变的防火能力。可提高现行标准中变压器油的闪点（闭口）在投运前和运行中均应大于135℃的要求，对于换流变等大型变压器，将变压器油的闪点（闭口）要求提高至140℃，甚至是150℃，以降低换流变火灾的风险。
随着技术的发展，未来可考虑采用植物油等高闪点的绝缘油作为换流变的绝缘介质。
使用不易燃的绝缘冷却介质可以大大降低火灾风险。可采用着火点大于300℃的不易燃液体绝缘介质，如合成或天然油脂[10]、液态硅。
随着技术的发展，未来选择干式变压器或气体绝缘变压器可消除与变压器油起火相关的火灾危险。绝缘介质的典型特征见表1。
表1 绝缘介质的典型特征
3）提高换流变油箱的性能
避免油箱破裂和保证油的密封性，对于避免换流变故障以及降低换流变由轻微火灾升级为重大或灾难性火灾风险是至关重要的。提高换流变油箱的性能，可有效降低换流变本体的火灾风险。
（1）确保换流变油箱具有所需的机械强度。在油箱设计过程，考虑油箱在不同应力负荷下的受力情况，重点考虑焊接、法兰和螺栓等变压器油箱的薄弱部位，提高应力薄弱部位的机械强度，则可以提高油箱的抗断裂强度。
（2）提高焊接工艺，增强换流变油箱焊接位置的机械强度。
（3）选用弹塑性更高的材料用于制作换流变油箱，以提高换流变油箱的抗断裂强度。
（4）为降低油箱承受的内部压力，可采用增加油箱伸缩性的措施。使用大直径连接管道的储油柜可以增加膨胀体积，以提高油箱的伸缩性。
（5）在换流变出厂试验中，增加换流变油箱机械强度试验项目，验证换流变油箱的强度。油箱机械强度试验是变压器特殊试验项目，GB 1094.1—2013《电力变压器第1部分：总则》第11.10节规定，在液浸式变压器压力变形试验中，油箱的试验压力应比正常运行时的压力高35kPa；若变压器装有压力释放装置，则试验时的压力应高于压力释放装置动作压力至少10kPa。液浸式变压器的压力变形试验、真空变形试验的永久变形量≤5mm（换流变技术规范书要求）。
（6）合理设置换流变本体压力释放阀和分接开关压力释放阀的动作值，减小换流变油箱破裂的风险。
4.3 换流变阀侧套管孔洞防火封堵的优化措施
在原设计方案的基础上考虑阀厅封堵防爆、耐火、安装、包边密封结构及方便检修拆卸。
大封堵采用4层结构，由室外向室内依次为防火层、防爆层、隔热层、防火层。
采用100mm厚结构岩棉复合防火板+9.5mm厚不锈钢面层防爆板+不锈钢龙骨+50mm厚结构岩棉复合防火板+1.5mm厚不锈钢屏蔽平板，不锈钢龙骨中间填充硅酸铝纤维防火棉，100mm厚结构岩棉复合防火板与9.5mm厚不锈钢面层防爆板错缝固定。
换流变套管与结构岩棉复合防火板之间缝隙（小孔）采用硅酸铝纤维防火棉填充，陶瓷化硅橡胶防水密封套筒包裹，采用不锈钢自攻自钻螺钉和20X4铝合金压环，将陶瓷化硅橡胶防水密封套筒与结构岩棉复合防火板固定，用不锈钢管卡将陶瓷化硅橡胶防水密封套筒与换流变套管固定。
本方案采用防爆板来提高洞口封堵的抗冲击波能力，同时提高了封堵的耐火极限。
防爆板是由增强纤维水泥板表面加压镀锌钢材料构成的耐火防爆材料，主要用于防爆隔墙、防爆天花板、防爆排烟风管、电缆管、防爆电缆保护、防爆门和钢结构防爆保护等多种系统。防爆板具有阻燃性（持续4h的燃烧试验）、抗爆性、抗冲击性、防潮和消防、抗震、质量轻、抗腐蚀、幅面较大、耐候性能（不随着气温的变化改变）、高电阻、吸音、抗冻等多种优良特性。
该结构已经在国网某特高压直流输电工程应用，并成功将一起换流变火灾隔绝在阀厅外，避免了换流变火灾蔓延至阀厅。防火封堵的优化措施方案如图7所示。
4.4 换流变阀侧套管升高座穿入阀厅的优化措施
《建筑设计防火规范》GB 50016—2014第6.1.5条规定，可燃气体和甲、乙、丙类液体的管道严禁穿越防火墙。条文解释可燃气体和可燃液体管道穿越防火墙，很容易将火灾从防火墙的一侧引致另一侧。穿越阀厅防火墙的换流变充油阀侧套管及升高座等同于丙类液体管道，充油阀侧套管及升高座穿入阀厅违反了GB 50016—2014第6.1.5条规定。
图7 防火封堵的优化措施方案
因此，针对新建工程，换流变穿入阀厅的阀侧套管应采用纯SF6绝缘套管或者干式套管，其升高座不穿入阀厅。
对于现有直流工程，针对换流变阀侧套管含油升高座穿入阀厅的结构，是否可将阀侧套管更换为非充油纯SF6绝缘套管或者干式套管，在更换为非充油的纯SF6绝缘套管或者干式套管后，是否可将换流变向阀厅外侧移动，以使穿入阀厅的含油升高座移至室外，需针对具体工程进行专门的研究和论证。
针对现有直流工程中阀侧套管和含油升高座穿入阀厅的情况，如无法将充油套管更换为非充油的纯SF6绝缘套管或者干式套管，则可考虑以下几个方案来降低换流变火灾通过穿入阀厅的阀侧套管和含油升高座这个通道蔓延至阀厅的风险。
1）异形防火板
针对阀侧套管含油升高座进入阀厅部分设置专门的异形防火板，将升高座隔离在阀厅室外侧，如图8所示。
根据换流变火灾过程，换流变充油阀侧套管火灾能量并不算太大，当蔓延至升高座孔口处时，火灾蔓延进换流变内部，火灾能量激剧增大；根据换流变被动火灾过程，被动火灾换流变直接在升高座孔口处被引燃，同时大量绝缘油从升高座孔口位置外泄。异形防火板可将升高座孔口位置高能量火灾隔离在阀厅室外侧，同时也将外泄绝缘油隔离在阀厅室外侧，尽量不让其进入阀厅，仅阀侧套管小能量的火灾无法隔离。
图8 进入阀厅套管含油升高座的异形防火板
但异形防火板对阀厅的电气安全距离和场强均造成影响，需针对具体工程进一步核算。异形防火板的施工难度非常大，目前并没有实施案例，其实际隔火效能还不确定，并无相关检测或试验数据。
2）对阀侧套管含油升高座设置专门细水雾消防系统进行隔离
在穿入阀厅的阀侧套管升高座处设置细水雾可兼顾保护孔洞防火封堵，同时设置喷头保护。细水雾的高效冷却作用、窒息作用及阻隔辐射热作用可发挥以下防火效果：
（1）对孔洞封堵进行有效的降温保护，提高防火封堵的阻火效能。
（2）在将升高座火灾隔离在阀厅室外、阻隔火灾对阀厅的辐射热等方面发挥重要的作用。
另外，细水雾更高的绝缘性，无液态水产生，不会有消防排水至地面，特别适用于阀厅高电压环境，不会对阀厅电气设备造成破坏。细水雾外观和系统管道及水雾喷头如图9所示。
（a）细水雾外观 （b）系统管道及水雾喷头
图9 细水雾外观图和系统管道及水雾喷头
每台换流变插入阀厅的套管升高座及阀厅防火墙孔洞封堵均被设置细水雾喷头保护隔离，每台换流变对应的保护隔离区域作为独立分区，细水雾灭火系统与对应换流变火灾自动报警连锁。在换流变发生火灾后，火灾自动报警信号连锁启动换流变自动灭火系统，同时连锁启动对应换流变细水雾灭火系统，将换流变火灾隔离在阀厅室外。
3）阀厅排油措施
根据换流变的火灾发展特点，阀侧套管含油升高座穿入阀厅时，在阀侧套管火灾过程中，阀侧套管升高座孔口外泄的绝缘油均会进入阀厅，并伴随燃烧。燃烧的绝缘油到达阀厅地面后产生流淌火灾，对阀厅更多设备造成破坏。因此，有必要及时将渗漏进阀厅的绝缘油排至安全区域，以减少对阀厅的破坏。
可考虑在阀厅内含油升高座下方设置集油盘，集油盘设置排出管排至对应换流变油坑。为不破坏阀厅的密封性，排出管设置电磁阀，正常情况下电磁阀关闭，在换流变发生火灾后，火灾自动报警信号连锁启动换流变自动灭火系统，同时连锁开启该排油电磁阀。
5 结论
本文针对换流变阀侧套管含油升高座穿入阀厅的结构特点，阐述了阀侧套管含油升高座穿入阀厅的换流变火灾隐患源和火灾发展特点，分析了网侧高压套管火灾、网侧高压套管与升高座连接处火灾、油箱本体火灾、阀侧套管火灾、阀侧套管与升高座连接处火灾等5种火灾发展的特点；研究了阀侧套管含油升高座穿入阀厅的火灾、网侧高压套管火灾、换流变本体火灾、阀侧套管孔洞防火封堵失效风险等火灾风险，并提出了以下优化措施和建议。
1）对换流变网侧高压套管火灾的防范措施。采用干式套管替代现有瓷绝缘外套的油浸式套管；换流变网侧套管升高座增设专门的水雾喷头。
2）对提升换流变本体防火能力的措施。选用不可燃或阻燃等级较高的材料；提高变压器油的闪点或采用不易燃绝缘介质；提高换流变油箱的性能，避免油箱破裂导致换流变本体火灾。
3）对换流变阀侧套管孔洞防火封堵的优化措施。改进原防火封堵方案，采用新型4层结构设计方案，提高防火封堵的防火、防爆、隔热性能。
4）对换流变阀侧套管升高座穿入阀厅的优化措施。针对新建工程，换流变穿入阀厅的阀侧套管应采用干式套管，其升高座不穿入阀厅。对于现有直流工程，对于穿入阀厅的阀侧套管含油升高座，采用异形防火板、细水喷雾系统以及排油盘等措施，防范和延缓阀侧套管升高座的火灾。
