CN114155760A - 一种变压器火灾实验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变压器火灾实验平台，属于消防技术领域。它包括变压器高压放电起火研究模块，由配电线路、变频电源、变压器本体油箱和接地铁芯组成；还包括变压器套管喷射火燃烧行为研究模块，由套管模拟装置、气瓶、注油管路和注油泵组成；还包括变压器流淌火燃烧行为研究模块，由变压器本体油箱、油枕、散热器和注油泵组成；还包括阀侧壁面流淌火燃烧行为研究模块，由变压器套管、阀侧防火墙、气瓶和注油泵组成；上述所有模块先后启动，共同形成变压器组合燃烧场景。本发明用于研究变电站火灾场景，结合变电站用灭火装置，设计灭火实验方法，验证各消防系统灭火有效性。
Description
技术领域
本发明属于消防技术领域，更具体地说，涉及一种变压器火灾实验平台。
背景技术
大型变电站作为我国特高压输电的核心构成，是电力传输的重要载体，一旦发生火灾事故，不仅仅会造成变电站电力传输与使用的中断，影响电力供应能力，同时会造成巨大的经济损失。变电站建筑由于自身结构的特殊性，以及相关设备的运行特点，使得变电站对防火工作有着严格的要求。在变压器设计与建设的过程中,大量使用绝缘材料和变压器油等可燃物，同时在高电压、高电流、高负荷的工作环境中，一旦出现电力问题，无形之中增加了变电站火灾发生的机率。因此，大型变压器火灾的研究刻不容缓。
发明内容
针对现有大型变电站一旦发生火灾事故，不仅仅会造成变电站电力传输与使用的中断，影响电力供应能力，同时会造成巨大的经济损失的问题，本发明提供一种变压器火灾实验平台，针对变电站现有不同消防系统，基于实验平台，设计变电站合理火灾场景及灭火实验方法，验证各消防系统灭火有效性。
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种变压器火灾实验平台，包括防火墙和变压器本体油箱，所述变压器本体油箱设置在防火墙内；在变压器本体油箱的上方安装有油枕，所述油枕通过油管与变压器本体油箱连通；在变压器本体油箱的上方设有浅油池，且变压器本体油箱的顶部开设有通孔，变压器本体油箱与浅部油池通过通孔连通；还包括用于点燃本体油箱内油的火灾模拟装置。
进一步的技术方案，所述火灾模拟装置包括变压器高压放电起火研究模块、变压器套管喷射火燃烧行为研究模块、变压器流淌火燃烧行为研究模块和阀侧流淌火燃烧行为研究模块。
进一步的技术方案，所述变压器高压放电起火研究模块包括配电线路、变频电源、变压器本体油箱和接地铁芯，从配电线路引出线路接变频电源，升高电压后，变频电源的一端连接变压器本体油箱外壳，一端连接变压器本体油箱内的接地铁芯，试验时通电，通过短路的方式引燃变压器本体油箱内部的油。
进一步的技术方案，所述变压器套管喷射火燃烧行为研究模块包括注油泵Ⅰ、甲烷气瓶Ⅰ和套管模拟装置，甲烷气瓶Ⅰ的喷射管路套设在套管模拟装置内，注油泵Ⅰ的喷油管路连接至套管模拟装置，套管模拟装置位于变压器本体油箱的上方，甲烷气瓶Ⅰ的喷射管路出口处设有点火电极。
进一步的技术方案，所述变压器流淌火燃烧行为研究模块包括散热器、注油泵Ⅱ和顶部油池；散热器位于变压器本体油箱的前方，注油泵Ⅱ通过注油管路与顶部油池连通，且顶部油池位于散热器的上方；油枕卸油后，油品从变压器本体油箱顶部通孔溢出，注油泵Ⅱ向顶部油池注油溢出形成流淌。
进一步的技术方案，所述阀侧流淌火燃烧行为研究模块包括甲烷气瓶Ⅱ和升高座，升高座固定在防火墙上，甲烷气瓶Ⅱ的喷射管路套设在升高座内，且甲烷气瓶Ⅱ的喷射管路出口处设有点火电极。
进一步的技术方案，所述变压器高压放电起火研究模块、变压器套管喷射火燃烧行为研究模块和变压器流淌火燃烧行为研究模块按时间顺序先后启动，形成变压器组合燃烧场景。
进一步的技术方案，还包括灭火装置，所述灭火装置为固定式泡沫喷雾灭火装置、压缩空气泡沫灭火装置和泡沫细水雾涡扇炮灭火装置中的一种或几种。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明一种变压器火灾实验平台，针对变电站现有不同消防系统，基于实验平台，设计多种变电站合理火灾场景研究变压器点燃过程，并通过多种灭火系统及灭火实验方法，验证各消防系统灭火有效性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的侧视图。
图中标号表示为：1、防火墙；2、变压器本体油箱；3、浅油池；4、油枕；5、油管；6、接地铁芯；7、变频电源；8、套管模拟装置；9、甲烷气瓶Ⅰ；10、注油泵Ⅰ；11、散热器；12、顶部油池；13、注油泵Ⅱ；14、升高座；15、甲烷气瓶Ⅱ。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。
实施例
一种变压器火灾实验平台，如图1和图2所示，包括防火墙1和变压器本体油箱2，变压器本体油箱2设置在防火墙1内。防火墙1形状为U型，三面围挡，一面敞开，且防火墙1两侧围墙平行设置，间距可调。变压器本体油箱2为长方形，其内部包含接地铁芯6。在变压器本体油箱2的上方设有浅油池3，变压器本体油箱2顶部开三个圆形孔，便于变压器油流出，三个圆形孔可通过法兰盘封闭，变压器本体油箱2与浅油池3通过通孔连通。变压器本体油箱2上部另安装有一个泄压阀。在变压器本体油箱2的上方安装有油枕4，油枕4形状为圆柱形，直径1300mm，长5000mm，距变压器本体油箱2顶高度约3000mm，最大储油量为5.9吨。油枕4通过油管5与变压器本体油箱2连通，油管5上设有电动阀和球阀，油枕4底部与变压器本体油箱2顶部垂直落差约3.3m。
还包括用于点燃变压器本体油箱2内的油的高压放电起火模块、变压器套管喷射火燃烧行为研究模块、变压器流淌火燃烧行为研究模块、阀侧流淌火燃烧行为研究模块和灭火装置。灭火装置为固定式泡沫喷雾灭火装置、压缩空气泡沫灭火装置和泡沫细水雾涡扇炮灭火装置中的一种或几种。
试验前时，变压器本体油箱2内部注入汽油和变压器油的混合物。另外变压器本体油箱2内部加入一定量的水，水在沸腾后可引起内部变压器油的溅溢现象。
实际变压器火灾发生过程中，变压器本体油箱2破裂后，有油溢出燃烧形成流淌火，模拟实际运行工况，设置有油枕4，油枕4卸油后变压器油从油枕4流入变压器本体油箱，顶部设置浅油池3，在顶部中心线上设置开口，连通本体油箱内部，油枕4卸油后，大量变压器油将从开口涌出，浅油池3燃烧的油也将外溢，模型顶部粘贴金属丝横纵交错布置，形成网格，减缓变压器油流动，以确保流淌变压器油稳定燃烧后流淌，变压器顶部和侧壁形成流淌火。实验平台通过油枕4、油管5和变压器本体油箱2模拟以上现象。
实验一、利用实验平台研究变压器点燃过程：
点燃方案1：变压器高压放电起火研究模块包括变频电源7，变频电源7的一端连接变压器本体油箱2的外壳，一端连接变压器本体油箱2内的接地铁芯6。从10kV配电线路引出线路接变频电源7，升压至500kV，变频电源7的一端连接变压器本体油箱2外壳，一端连接变压器本体油箱2内接地铁芯6，试验时通电通过短路的方式引燃变压器本体油箱2内部的油。
点燃方案2：变压器油掺杂氧化剂，如过氧化二苯甲酰，氯酸钾、氯酸盐类、硝酸盐类、重铬酸钠、重铬酸钾、高锰酸钾等，将点火电极接入变压器本体油箱2内，电极点火后实现汽油燃烧，然后引燃变压器油，另外加入氧化剂保证本体油箱内满足燃烧条件，可保持油箱本体内部持续燃烧，模拟真实事故燃烧喷射现象。
通过改变配电电压等级、放电电流、持续放电时间、本体贮油量、本体初始油温和泄压点断面积，研究因电弧故障引发变压器引燃的临界条件。
实验二、利用实验平台研究套管破裂后喷射火燃烧行为：
变压器套管喷射火燃烧行为研究模块包括注油泵Ⅰ10、甲烷气瓶Ⅰ9和套管模拟装置8，甲烷气瓶Ⅰ9的喷射管路套设在套管模拟装置8内，注油泵Ⅰ10的喷油管路连接至套管模拟装置8，套管模拟装置8位于变压器本体油箱2的上方，甲烷气瓶Ⅰ9的喷射管路出口处设有点火电极。
实际变压器火灾发生过程中，变压器套管端发生闪络故障，变压器本体油箱2内部的燃油迅速升温汽化，油液喷出易引发BLEVE(沸腾液体蒸汽云爆炸)现象。实验平台通过喷射火，快速模拟喷射火燃烧行为研究。试验时，同时向注油泵Ⅰ10的喷油管路内注油和甲烷气瓶Ⅰ9的喷射管路内注气。并通过改变注油泵Ⅰ10的速率和甲烷气瓶Ⅰ9输气速率，研究喷射火燃烧行为及灭火系统的灭火效能。
实验三、利用实验平台研究变压器流淌火行为：
变压器流淌火燃烧行为研究模块包括散热器11、注油泵Ⅱ13和顶部油池12，注油泵Ⅱ13通过注油管路与顶部油池12连通，且顶部油池12位于散热器11的上方。
同样的，散热器11破裂后，有油溢出燃烧形成流淌火，按照实际变压器的散热器11加工散热器11模型，在散热器11顶部布置有顶部油池12，试验时注油泵Ⅱ13向顶部油池12注油，使油从散热器11顶部油池12流出形成流淌火。
实验四、利用实验平台研究阀侧流淌燃烧行为：
阀侧流淌火燃烧行为研究模块包括甲烷气瓶Ⅱ15和升高座14，升高座14固定在防火墙1上，甲烷气瓶Ⅱ15的喷射管路套设在升高座14的升高座套管内，且甲烷气瓶Ⅱ15的喷射管路出口处设有点火电极。
通常情况下，阀侧套管火灾发生时，阀侧套管内部出现绝缘故障，导致阀侧套管位置起火，伴随物理爆炸和化学燃爆，阀侧套管火灾蔓延至与升高座14连接处，该连接处因火灾导致升高座套管孔口破损，绝缘油在重力作用下，在升高座套管孔口破损处开始外溢燃烧，并流淌至地面。
试验时，甲烷气瓶Ⅱ15通过喷射管路向外喷射甲烷气体，采用点火电极引燃，另开启油枕4卸油阀门，变压器本体油箱2中的油从升高座14处流出，形成燃烧。
实验五、利用实验平台研究变压器实体火灾组合燃烧过程：
参照变压器实际工程布置方式，设置防火墙1，布置变压器本体油箱2，内部充装变压器油和少量汽油，布置套管喷射火研究模块和变压器流淌火燃烧行为研究模块。
试验时，启动高压放电起火装置，引燃变压器本体油箱2内部油品，燃烧5分钟后，开启油枕卸油管路5阀门，变压器油从油枕流入本体油箱2，大量变压器油将从浅油池3溢出，浅油池燃烧的油也将外溢，变压器顶部形成表面火和流淌火。开启甲烷气瓶Ⅰ9阀门和注油泵Ⅰ10、注油泵Ⅱ13，实现套管喷射火和散热器流淌火灾，最终形成变压器立体包裹燃烧形态的火灾。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种变压器火灾实验平台，包括防火墙(1)和变压器本体油箱(2)，所述变压器本体油箱(2)设置在防火墙(1)内；在变压器本体油箱(2)的上方安装有油枕(4)，所述油枕(4)通过油管(5)与变压器本体油箱(2)连通；在变压器本体油箱(2)的上方设有浅油池(3)，且变压器本体油箱(2)的顶部开设有通孔，变压器本体油箱(2)与浅油池(3)通过通孔连通；其特征在于：还包括用于点燃变压器本体油箱(2)内油的火灾模拟装置。
2.根据权利要求1所述的一种变压器火灾实验平台，其特征在于：所述火灾模拟装置包括变压器高压放电起火研究模块、变压器套管喷射火燃烧行为研究模块、变压器流淌火燃烧行为研究模块和阀侧流淌火燃烧行为研究模块。
3.根据权利要求2所述的一种变压器火灾实验平台，其特征在于：所述变压器高压放电起火研究模块包括配电线路、变频电源(7)、变压器本体油箱(2)和接地铁芯(6)，从配电线路引出线路接变频电源(7)，升高电压后，变频电源(7)的一端连接本体油箱(2)外壳，一端连接变压器本体油箱(2)内的接地铁芯(6)，试验时通电，通过短路的方式引燃本体油箱(2)内部的油。
4.根据权利要求2所述的一种变压器火灾实验平台，其特征在于：所述变压器套管喷射火燃烧行为研究模块包括注油泵Ⅰ(10)、甲烷气瓶Ⅰ(9)和套管模拟装置(8)，甲烷气瓶Ⅰ(9)的喷射管路套设在套管模拟装置(8)内，注油泵Ⅰ(10)的喷油管路连接至套管模拟装置(8)，套管模拟装置(8)位于变压器本体油箱(2)的上方，甲烷气瓶Ⅰ(9)的喷射管路出口处设有点火电极。
5.根据权利要求2所述的一种变压器火灾实验平台，其特征在于：所述变压器流淌火燃烧行为研究模块包括散热器(11)、注油泵Ⅱ(13)和顶部油池(12)；散热器(11)位于变压器本体油箱(2)的前方，注油泵Ⅱ(13)通过注油管路与顶部油池(12)连通，且顶部油池(12)位于散热器(11)的上方；油枕(4)卸油后，油品从变压器本体油箱(2)顶部通孔溢出，注油泵Ⅱ(13)向顶部油池(12)注油溢出形成流淌。
6.根据权利要求2所述的一种变压器火灾实验平台，其特征在于：所述阀侧流淌火燃烧行为研究模块包括甲烷气瓶Ⅱ(15)和升高座(14)，升高座(14)固定在防火墙(1)上，甲烷气瓶Ⅱ(15)的喷射管路套设在升高座(14)内，且甲烷气瓶Ⅱ(15)的喷射管路出口处设有点火电极。
7.根据权利要求2所述的一种变压器火灾实验平台，其特征在于：所述变压器高压放电起火研究模块、变压器套管喷射火燃烧行为研究模块和变压器流淌火燃烧行为研究模块按时间顺序先后启动，形成变压器组合燃烧场景。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种变压器火灾实验平台，其特征在于：还包括灭火装置，所述灭火装置为固定式泡沫喷雾灭火装置、压缩空气泡沫灭火装置和泡沫细水雾涡扇炮灭火装置中的一种或几种。
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