CN104598718A - 油浸式变电站主变压器室可燃气体爆炸泄压面积确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油浸式变电站主变压器室可燃气体爆炸泄压面积确定方法，属于变压器安全应用技术领域。本发明首先根据建筑方或设计方要求选择油浸式变电站主变压器室的最大允许爆炸超压，然后根据所选择的超压计算该主变压器室的泄压比，最后根据得到泄压比和主变压器室室内体积计算其爆炸泄压面积，从而实现对油浸式变电站主变压器室可燃气体爆炸泄压面积的确定。本发明根据最大允许爆炸超压计算泄压比，避免了现有技术中通过存储的爆炸物类别选择泄压比所造成的对泄压面积确定不准确的问题，能够简单、准确的确定110kV油浸式变电站主变压器室可燃气体爆炸泄压面积。

Description

油浸式变电站主变压器室可燃气体爆炸泄压面积确定方法

技术领域

本发明涉及一种油浸式变电站主变压器室可燃气体爆炸泄压面积确定方法，属于变压器安全应用技术领域。

背景技术

我国大型变压器多采用油浸式变压器，并在户内布置。其中对安全要求最高的就是主变压器室。因为主变压器室存有变压器油，而变压器油在电弧等条件下可能产生易燃易爆气体，存在爆炸的风险。主变压器室一旦发生爆炸影响范围大，是变电站重点预防的位置。从理论分析和采样分析可得，变压器中绝缘油在高温、电弧等异常环境作用下，产生的气体主要有烃类和氢气。如H₂、CH₄、C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆，还有微量长链有机物。在正常情况下，这些气体会通过变压器的排气阀及时排出。由于每次出来的气体量少，会迅速扩散至爆炸极限以下，并通过百叶窗等通风窗口消散到室外，一般不会发生爆炸。但是如果异常情况下，变压器排气阀失效，变压器内产生的气体积攒形成憋压现象，直到达到一个高压，排气阀瞬时开启，使这些积攒较多的易燃易爆气体瞬时排出，短时间内形成较大的爆炸性气体云团，如遇高温或电火花等点火源，就可能会发生破坏性爆炸。我国曾发生过变压器室的类似爆炸，导致变压器室的墙体被炸裂缝。

一般通过给建筑开启泄压通道的方法降低可能发生的爆炸对建筑及建筑内人员的伤害。建筑设计防火规范(GB50016)规定了一种泄压面积的计算方法：通过存储的爆炸物类别选择泄压比(如表1所示)，然后按照室内体积大小，和公式A＝10·C·V^(2/3)来计算应该开启的泄压面积。

但是，该方法的适用范围为甲乙类厂房及仓库，而变压器室属于丙类建筑，从应用对象上并不合适，因此无法直接选取建筑设计防火规范中相关物质的泄压比直接计算。

表1

传统的经验模型也不能应用于这种应用场合。如TNT当量法、TNO多能法和Baker-Strehlow法等均难以胜任该类场合泄压面积的确定。

TNT当量法来源于工程爆破中TNT炸药爆炸经验，与气体爆炸情况存在较大出入；更重要的是，TNT当量法连爆炸环境的封闭情况都不考虑，无法用于计算泄压面积的大小。

TNO(The Netherlands Organization)多能法(Multi-Energy)和Baker-Strehlow法在发展过程中，粗略的加入了封闭状况带来的影响。TNO多能法以爆源强度等级来确定爆炸环境封闭情况，而Baker-Strehlow法以障碍物密度描述爆炸环境阻塞状况。虽然这两种方法均给出了封闭程度越高、阻塞率越高，爆炸超压越大的规律，但是，这些计算模型难以满足110kV油浸式主变电室可燃气体爆炸泄压面积的确定，原因是这类计算方法所给出的遮挡程度(封闭程度、阻塞率高低)只是定性描述，无法和泄压通道开启面积及主变室内部如变压器、接线桩、各种立柱、管道等对气体爆炸的阻塞定量地联系在一起，难以选择算法所需求的爆炸超压曲线，也无法用来确定主变压器室的泄压面积。

发明内容

本发明的目的是提供一种油浸式变电站主变压器室可燃气体爆炸泄压面积确定方法，以解决现有油浸式变电站主变压器室爆炸泄压面积确定过程由于采用存储的爆炸物类别选择泄压比所造成泄压面积计算不准确的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种油浸式变电站主变压器室可燃气体爆炸泄压面积确定方法，该方法包括以下步骤：

1)根据建筑方或设计方的要求确定油浸式变电站主变压器室的最大允许爆炸超压P；

2)根据所确定的最大允许爆炸超压P，计算主变压器室的泄压比C；

3)确定主变压器室的室内体积V，并根据室内体积和得到泄压比计算泄压面积A，从而实现对油浸式变电站主变压器室可燃气体爆炸泄压面积的确定。

所述步骤2)中泄压比C的计算式如下：

$C=0.116475\·e^{\left(\frac{-P}{4.75838}\right)}+401.8174\·e^{\left(\frac{-P}{0.66649}\right)}-0.00199$

其中P为最大允许爆炸超压，P≥5kPa。

所述变电室可燃气体爆炸泄压面积A的计算式为：

A＝10·C·V^(2/3)

其中V为主变压器室的室内体积，单位为m³，C为泄压比。

所述若泄压比C的值小于等于0时，说明该变压器室不用开启泄压面积。

所述步骤1)中的最大允许爆炸超压P是根据建筑方或设计方允许的最大爆炸超压选择，或者按照建筑方或设计方所能接受的建筑的破坏后果，依据按照爆炸冲击波对建筑物破坏阈值进行选择得到。

本发明的有益效果是:本发明首先根据建筑方或设计方要求选择油浸式变电站主变压器室的最大允许爆炸超压，然后根据所选择的所能承受的超压按照专利给出的方法计算该主变压器室的泄压比，最后根据得到泄压比和主变压器室室内体积计算其爆炸泄压面积，从而实现对油浸式变电站主变压器室可燃气体爆炸泄压面积的确定。本发明能够简单、准确的确定110kV油浸式变电站主变压器室可燃气体爆炸泄压面积，弥补了建筑设计防火规范(GB50016)规定的爆炸泄压面积确定方法及一些常用传统模型不适用变压器室的缺陷。并且，本发明根据最大允许爆炸超压计算泄压比，可以根据建筑方所能达到的建筑强度灵活选择泄压面积，避免了大小和用途相同的建筑，耐爆炸超压强度好的建筑和耐爆炸超压强度差的建筑泄压面积却相同的缺点。

该方法是在相应事故案例的基础上，通过大量的计算、分析、研究得到，根据该类主变压器室气体发生和泄漏特点，用于确定110kV全户内变电站主变压器室发生可燃气体爆炸时所需的泄压比。在推导过程中，通过多种计算场景，考虑了爆炸气体类别、体量、分布、房间内设施分布、室内排风速度等种种因素。为了满足安全需要，在建模时对多种参数采取保守估计，以保证最后得到的泄压面积算法能够满足泄爆需求。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明的具体实施过程作进一步的说明。

本实施以某110KV变电站油浸式变压器主变电室为例来确定其可燃气体爆炸所需的泄压面积，该变电站整体建筑大小为35m*18m*11m，其中主变压器室房间大小为8m*9m*10m。为减少变压器油在高温和电弧作用下下生成的可燃气体异常排放导致的爆炸带来的危害，需要在主变压器室墙体上开启泄压口，其泄压面积确定方法具体如下：

1.选择主变压器室的最大允许爆炸超压P

最大允许爆炸超压可根据建筑方或设计方要求选择，当没有明确界定时，可以根据建筑方或设计方允许的破坏后果，按照经验的爆炸冲击波对建筑物破坏阈值进行选择，如表2所示。本实施例中110kV变电站油浸式变压器主变电室选择可以承受的爆炸超压P为12kPa。

表2

△p/kPa	破坏作用
		5-6	门、窗玻璃部分破碎
6-15	门窗玻璃大部分破碎
		15-20	窗框损坏
20-30	墙裂缝
		40-50	墙裂大缝，屋瓦掉落
60-70	木建筑厂房房柱折断，房价松动
		70-100	砖墙倒塌
100-200	防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌
		200-300	大型钢架结构破坏

2.根据最大允许爆炸超压P计算泄压比C

$C=0.116475\·e^{\left(\frac{-P}{4.75838}\right)}+401.8174\·e^{\left(\frac{-P}{0.66649}\right)}-0.00199$

其中C为所求泄压比，忽略量纲；P为最大允许爆炸超压，单位为kPa。本实施例中将P＝12带入上述公式计算得到的泄压比C为0.00737。

3.确定主变压器室室内体积，根据室内体积和计算的泄压比C计算泄压面积A。

$\begin{array}{c}A=10\·C\·V^{(2/3)}\\ =10\·(0.116475\·e^{\left(\frac{-P}{4.75838}\right)}+401.8174\·e^{\left(\frac{-P}{0.66649}\right)}-0.00199)\·V^{(2/3)}\end{array}$

其中V为主变压器室室内体积，单位为立方米，A为所求泄压通道面积，单位为平方米，本实施例中V＝8×9×10＝720，将V＝720带入泄压面积的计算公式公式，可得A＝5.92m²。即对于110kV油浸式变电站主变压器室，如果变压器室内体积为720m³，如果设计承受12kPa的超压，其应开启的泄压面积为5.92m²。

若计算过程中出现C≤0，即A≤0，则说明该变压器室不用开启泄压面积。

本发明可直接用于确定110kV全户内变电站主变电室发生可燃气体爆炸时所需的泄压比，在根据变压器室能够承受的最大允许爆炸超压计算泄压比的基础上，通过相应的算法，确定其泄压面积，以达到即便发生气体爆炸事故，其爆炸后果也在可接受范围内的结果。本发明能够简单、准确的确定110kV油浸式变电站主变压器室可燃气体爆炸泄压面积，弥补了建筑设计防火规范(GB50016)规定的爆炸泄压面积确定方法及一些常用传统模型不适用110kV油浸式变电站主变压器室的缺陷。

Claims (5)

1.油浸式变电站主变压器室可燃气体爆炸泄压面积确定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)根据建筑方或设计方的要求确定油浸式变电站主变压器室的最大允许爆炸超压P；

2)根据所确定的最大允许爆炸超压P，计算主变压器室的泄压比C；

3)确定主变压器室的室内体积V，并根据室内体积和得到泄压比计算泄压面积A，从而实现对油浸式变电站主变压器室可燃气体爆炸泄压面积的确定。

2.根据权利要求1所述的油浸式变电站主变压器室可燃气体爆炸泄压面积确定方法，其特征在于，所述步骤2)中泄压比C的计算式如下：

$C=0.116475\·e^{\left(\frac{-P}{4.75838}\right)}+401.8174\·e^{\left(\frac{-P}{0.66649}\right)}-0.00199$

其中P为最大允许爆炸超压，P≥5kPa。

3.根据权利要求2所述的油浸式变电站主变压器室可燃气体爆炸泄压面积确定方法，其特征在于，所述变电室可燃气体爆炸泄压面积A的计算式为：

A＝10·C·V^(2/3)

其中V为主变压器室的室内体积，单位为m³，C为泄压比。

4.根据权利要求2所述的油浸式变电站主变压器室可燃气体爆炸泄压面积确定方法，其特征在于，所述若泄压比C的值小于等于0时，说明该变压器室不用开启泄压面积。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的油浸式变电站主变压器室可燃气体爆炸泄压面积确定方法，其特征在于，所述步骤1)中的最大允许爆炸超压P是根据建筑方或设计方允许的最大爆炸超压选择，或者按照建筑方或设计方所能接受的建筑的破坏后果，依据按照爆炸冲击波对建筑物破坏阈值进行选择得到。