變壓器油通常用于變壓器的冷卻和絕緣，其閃點約為140 ℃，燃燒熱為 46.4 MJ/kg。當(dāng)變壓器故障導(dǎo)致套管破裂時，變壓器油可能會噴出，油氣與空氣混合形成爆炸性氣體，若遇到引火源，如電火花、高溫壁面等，則會形成噴射火；變壓器油箱開裂時，還可能會形成變壓器油池火災(zāi)，造成巨大損失。
變壓器油的火災(zāi)特性及滅火措施受到了火災(zāi)研究人員的高度關(guān)注，而在當(dāng)前已開展的研究中，變壓器油初始溫度對其燃燒特性影響的研究仍不充分。由于變壓器油的作用除絕緣外，還用于設(shè)備冷卻，其工作溫度通常遠(yuǎn)高于室溫，而對于大多數(shù)液體燃料，初始溫度對其燃燒特性都具有顯著影響。因此，揭示變壓器油初始油溫對其燃燒特性的影響，對于正確、全面地認(rèn)識變壓器油地火災(zāi)危險性，提高電力系統(tǒng)的整體安全性都具有重要意義。
1 試驗裝置與工況設(shè)計
初始油溫對變壓器油燃燒特性影響的試驗利用錐形量熱儀開展，利用位于其上方的電火花引燃，樣品被成功引燃后立刻將電火花移除，燃燒所產(chǎn)生的煙氣通過輻射錐上方的集煙罩收集用于火災(zāi)參數(shù)的測量與分析。
試驗采用 25#變壓器油，樣品盛裝在直徑為 7.5 cm 的金屬油盤中，燃料初始厚度為 1.0 cm。錐形量熱儀試驗在體積較大且安裝空調(diào)的室內(nèi)試驗場中開展，環(huán)境溫度和環(huán)境濕度較為穩(wěn)定。試驗工況 1~工況 4：外加熱輻射通量為20 kW/m2，初始油溫依次為：16、45、60、80 ℃；工況 5~工況 8：外加熱輻射通量為 50 kW/m2，初始油溫依次為 16、45、60、80 ℃。
加輻射熱通量為 50 kW/m2 時，變壓器油初始油溫對其引燃時間的影響相對較小，這是由于在高輻射熱通量條件下，變壓器油蒸發(fā)速度快，即便在較低的燃料溫度條件下，燃料上方的蒸氣濃度也能較快達(dá)到爆炸極限。
初始油溫對變壓器油燃燒時間影響，如圖 1 所示。由圖 1 可以看出，外加輻射熱通量為 20 kW/m2時，燃燒時間隨著初始油溫的升高而縮短；外加輻射熱通量為 50 kW/m2時，初始油溫對燃燒時間的影響不大。
2.2 熱釋放速率
不同初始油溫變壓器油熱釋放速率隨時間變化曲線，如圖 2、圖 3 所示。
外加輻射熱通量對變壓器油熱釋放速率具有明顯影響，在相同初始油溫條件下，熱釋放速率隨外加輻射熱通量的增大而明顯升高。不同熱輻射通量下變壓器油熱釋放速率隨時間的總體變化趨勢一致。變壓器油被引燃后，熱釋放速率迅速升高并達(dá)到第一個峰值，隨后出現(xiàn)小幅度下降，進(jìn)而繼續(xù)升高，出現(xiàn)第二個峰值（最大值）。在衰減階段，變壓器油熱釋放速率下降。在相同外加輻射熱通量條件下，變壓器油初溫對其熱釋放速率第一個峰值的影響不大。在低輻射熱通量條件下，變壓器油熱釋放速率的最大值隨初始油溫的升高而明顯增大，此時燃料初溫對變壓器油的熱釋放速率最大值具有明顯影響。在高輻射熱熱通量條件下，初始油溫對變壓器油熱釋放速率最大值的影響不大。
利用能量守恒方程和傳熱理論，對試驗結(jié)果進(jìn)行理論組成：
（1）油池器壁向燃料的導(dǎo)熱。由于油池壁面靠近火焰根部，假定油池壁面溫度近似等于火焰溫度，根據(jù)傅里葉導(dǎo)熱公式，由油池壁面向燃料傳導(dǎo)的熱通量，見式（2）。
式中：L 為油池周長，m；k 為導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）；TF 為火焰溫度，K；Tl為燃料溫度，K。
（2）液面上方高溫氣體向燃料的對流傳熱，液面上方高溫氣體向燃料的對流傳熱速率，見式（3）。
式中：A 為油池面積，m2；h 為對流換熱系數(shù)，W/m2；Tl 為燃料溫度，K。
（3）液面上方火焰向燃料的輻射傳熱，輻射熱通量見式（4）
式中：σ 為斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)；?F 為火焰對燃料的輻射角系數(shù)；εF為火焰的輻射率。
（4）燃料上方輻射錐向燃料液面的輻射傳熱，傳入燃料的總熱量,見式（5）?？偀崃恳徊糠钟糜谑挂后w溫度升高，見式（6）。 式中：cp 為燃料的比熱容，J/（m2 · K1）；ρl 為燃料密度，kg/m3；T0為燃料初始溫度，K。
另一熱量部分用于使液體蒸發(fā)，這部分熱量等于總熱量與加熱燃料所需熱量的差值，見式（7）。
由式（8）可以看出，其他參數(shù)條件一定時，燃料初始溫度 T0 越高，燃料的質(zhì)量損失速率越大。因此，燃料初始溫度升高，會使熱釋放速率增大。
3.3 毒性氣體與煙生成速率
不同初始溫度的變壓器油 CO 生成率,如圖 4、圖 5所示。
CO 隨時間變化曲線也存在兩個峰值，第二個峰值為最大值。外加輻射熱通量對變壓器油的 CO 生成率存在明顯影響，初始油溫為 80 ℃時，低輻射熱通量條件下，變壓器油 CO 生成率峰值為 0.013 g/s，而在高輻射熱通量條件下，變壓器油的 CO 生成率峰值升高至 0.037 g/s。變壓器油初始油溫對 CO 生成率的第一個峰值影響不大；對于 CO 的第二個峰值，在低外加輻射熱通量條件下，其隨著初始油溫的升高而增大 ；而外加輻射熱通量為 50kW/m2 時，在各初始油溫工況中，CO 生成率最大值基本一致。由此可見，在變壓器油火災(zāi)毒性分析時，特別是在外加輻射熱通量較低的條件下，應(yīng)考慮初始油溫這一參數(shù)的影響。
不同初始油溫變壓器油煙氣生成率隨時間變化曲線,如圖 6、圖 7 所示。
可以看出，外加輻射熱通量對變壓器油煙生成率具有明顯影響，相同初始油溫下，較低外加輻射熱通量時的煙氣生成率明顯低于較高外加輻射熱通量時。變壓器油煙氣生成率隨時間的變化規(guī)律與熱釋放速率即 CO 生成率基本一致，煙氣生成率變化曲線也存在兩個峰值。在相同外加熱輻射條件下，不同初始油溫變壓器油的煙氣生成速率較為接近，說明初始油溫對變壓器油的煙氣生成率影響不明顯。
3 結(jié) 論
（1）變壓器油引燃時間隨初始油溫的升高而縮短。外加輻射熱通量為 20 kW/m2 時，變壓器油燃燒時間隨初始溫度的升高而縮短；50 kW/m2 時，初始油溫對燃燒時間的影響不明顯。
（2）外加輻射熱通量為 20 kW/m2 時，變壓器油熱釋放速率峰值隨初始油溫的升高而增大；50 kW/m2 時，初始溫度對熱釋放速率影響較小。
（3）外加輻射熱通量為 20 kW/m2 時，變壓器油 CO 生成速率隨著初始油溫的升高而增大；50 kW/m2 時，初始油溫對變壓器油 CO 生成率影響較小。

因此，相比于變壓器冷油火，變壓器熱油火的火災(zāi)危險性更大，在進(jìn)行變壓器油火災(zāi)危險性評價時，需考慮變壓器油初始溫度所帶來的影響。