變壓器油通常用于變壓器的冷卻和絕緣，其閃點(diǎn)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(shí)，變壓器油可能會(huì)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(huì)形成噴射火；變壓器油箱開裂時(shí)，還可能會(huì)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(duì)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(duì)于大多數(shù)液體燃料，初始溫度對(duì)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(duì)其燃燒特性的影響，對(duì)于正確、全面地認(rèn)識(shí)變壓器油地火災(zāi)危險(xiǎn)性，提高電力系統(tǒng)的整體安全性都具有重要意義。
1 試驗(yàn)裝置與工況設(shè)計(jì)
初始油溫對(duì)變壓器油燃燒特性影響的試驗(yàn)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(guò)輻射錐上方的集煙罩收集用于火災(zāi)參數(shù)的測(cè)量與分析。
試驗(yàn)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(yàn)在體積較大且安裝空調(diào)的室內(nèi)試驗(yàn)場(chǎng)中開展，環(huán)境溫度和環(huán)境濕度較為穩(wěn)定。試驗(yàn)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(shí)，變壓器油初始油溫對(duì)其引燃時(shí)間的影響相對(duì)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(duì)變壓器油燃燒時(shí)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(shí)，燃燒時(shí)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(shí)，初始油溫對(duì)燃燒時(shí)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(shí)間變化曲線，如圖 2、圖 3 所示。
外加輻射熱通量對(duì)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(shí)間的總體變化趨勢(shì)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(gè)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(gè)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(duì)其熱釋放速率第一個(gè)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(shí)燃料初溫對(duì)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(duì)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(duì)試驗(yàn)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(zhǎng)，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(duì)流傳熱，液面上方高溫氣體向燃料的對(duì)流傳熱速率，見式（3）。
式中：A 為油池面積，m2；h 為對(duì)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(duì)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）。總熱量一部分用于使液體溫度升高，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(shí)，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(huì)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(shí)間變化曲線也存在兩個(gè)峰值，第二個(gè)峰值為最大值。外加輻射熱通量對(duì)變壓器油的 CO 生成率存在明顯影響，初始油溫為 80 ℃時(shí)，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(duì) CO 生成率的第一個(gè)峰值影響不大；對(duì)于 CO 的第二個(gè)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(shí)，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(shí)，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(shí)間變化曲線,如圖 6、圖 7 所示。
可以看出，外加輻射熱通量對(duì)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(shí)的煙氣生成率明顯低于較高外加輻射熱通量時(shí)。變壓器油煙氣生成率隨時(shí)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(gè)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(shuō)明初始油溫對(duì)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(shí)間隨初始油溫的升高而縮短。外加輻射熱通量為 20 kW/m2 時(shí)，變壓器油燃燒時(shí)間隨初始溫度的升高而縮短；50 kW/m2 時(shí)，初始油溫對(duì)燃燒時(shí)間的影響不明顯。
（2）外加輻射熱通量為 20 kW/m2 時(shí)，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(shí)，初始溫度對(duì)熱釋放速率影響較小。
（3）外加輻射熱通量為 20 kW/m2 時(shí)，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(shí)，初始油溫對(duì)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(xiǎn)性更大，在進(jìn)行變壓器油火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)時(shí)，需考慮變壓器油初始溫度所帶來(lái)的影響。