地下变电站变压器室爆炸泄压面积确定方法与流程

1.本发明涉及变电站安全技术领域，具体而言，涉及一种地下变电站变压器室爆炸泄压面积确定方法。


背景技术：

2.大型城市用电量大、土地资源相对稀缺，为此，地下变电站建设数量逐年升高；变电站内的变压器油属于丙类液体，一般环境下不会大量产生可燃气体，但是在异常高温和电弧共同作用下，变压器油会产生大量可燃气体，主要是氢气和烃类，以氢气、乙烯、乙炔等组分最多。这些气体如果不能从变压器的排气阀及时排出，容易在室内聚集发生爆炸事故。
3.传统的规范如建筑设计防火规范将变电站场所划分为丙类场所，不考虑变压器室的爆炸，因此不会计算其泄压面积，但是实际上诸如上述分析，此类场所存在爆炸可能性，且在近年由于变压器室数量越来越多，其爆炸事故偶有发生，而一旦变电站发生爆炸其危害巨大，因此，目前对于变电站爆炸泄压的研究也越来越引起重视，同时，地上变电站的泄压规律并不适用于地下变电站,原因主要在于：
4.(1)地下变电站泄压区域非常有限。其泄压方式主要为由变电室泄漏至周围室内空间。这种泄压效率远低于地上变电站，导致地上变电站的泄压面积确定方法完全不适用于地下变电站；
5.(2)由于地下变电站变压器室往往具有通风通道，这使得爆炸时泄压与地上变电站完全不同；
6.(3)影响范围不同。地上变电站由于可泄压空间较大，如果发生爆炸，压力会迅速衰减；而地下变电站泄压通道周边布满构建物，爆炸从冲击波在消散过程中，这些构建物容易造成阻塞，导致压力在局部区域内升高，因此，一般需要考虑泄压过程中的全程爆炸超压。
7.爆炸超压影响因素主要有爆炸物和环境阻塞引起。阻塞是引发爆炸超压增大的重要因素。目前计算爆炸超压的方式有很多，大致可以分为两类，一类是经验模型计算方法，另一类计算流体力学计算方法。在经验模型中，爆炸阻塞往往视为是均一的，即在计算领域内同一距离处经验模型计算所得爆炸压力相同。同时，如典型的经验模型tno(the netherlands organization)、多能法(multi-energy)和baker-strehlow法，其阻塞强度都是靠经验判定的，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的联系在一起，因此难以选择算法所需求的爆炸超压曲线。从而无法用来确定变压器室的泄压面积；计算流体力学的方式在边界条件设定、模型设定等合理的情况下，计算结果一般相对准确，但这中算法是典型的问题是一事一议，不具备扩展性，而且计算周期长，对计算人员要求高，不具备普遍适用性。


技术实现要素：

8.本发明的主要目的在于提供一种地下变电站变压器室爆炸泄压面积确定方法，以解决现有技术中的此类变压器室的泄压面积计算不精确的问题。
9.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种地下变电站变压器室爆炸泄压面积确定方法，包括：根据建筑方或设计方要求的变压器室承受的最大爆炸超压或容忍的最大破坏后果选择变压器室的耐压阈值p；测量变压器室内部的尺寸长、宽、高以计算变压器室的内表面积s
all
和等效边长d，其中，长、宽、高分别为a、b、c，等效边长d的算法为
10.d＝(a
·b·
c)
1/3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
11.根据变压器室的耐压阈值p和等效边长d得到泄压比f；根据泄压比f和变压器室的内表面积s
all
确定泄压面积s
open
。
12.进一步地，变压器室的内表面积s
all
与泄压面积s
open
之间的关系为：
[0013][0014]
进一步地，泄压比f计算公式如下：
[0015][0016]
或过渡参数。
[0017]
k1的算法为：
[0018][0019]
泄压比f计算公式如下：
[0020][0021]
其中：p0为标准大气压(kpa)，a1、a2、a3、a4、a5、k2、k3均为常数。
[0022]
进一步地，a1＝8.85；a2＝545.39；a3＝3306.26；a4＝4796.26；a5＝15017.43；k2＝0.09；k3＝1.94。
[0023]
应用本发明的技术方案的变压器室爆炸泄压面积确定方法，在大量地下变电站变压器室爆炸泄压研究基础上提出了，经过了模拟、实验等多方面计算和修正。该确定方法通过多种计算场景，充分考虑了爆炸气体类别、体量、分布、地下变电站设施特征、地下变电站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计算公式能够满足地下变电站变压器室的泄爆需求。
具体实施方式
[0024]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
[0025]
为了解决现有技术中的地下变电站变压器室的泄压面积无法计算的问题，本发明提供了一种地下变电站变压器室爆炸泄压面积确定方法。
[0026]
本发明的一种地下变电站变压器室爆炸泄压面积确定方法主要应用于计算地下建设的油浸式在异常电弧作用下产生爆炸性气体的爆炸后泄压面积，特别涉及全地下220kv变电站内发生电弧裂解气体后爆炸泄压面积的确定，该确定方法包括如下步骤：
[0027]
首先根据建筑方或设计方要求的变压器室承受的最大爆炸超压或容忍的最大破坏后果选择变压器室的耐压阈值p以及测量变压器室内部的尺寸长、宽、高以计算变压器室的内表面积s
all
和等效边长d，其中，长、宽、高分别为a、b、c，
[0028]
d＝(a
·b·
c)
1/3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0029]
然后，根据变压器室的耐压阈值和p0等效边长d得到泄压比f；
[0030]
最后根据上述计算得出的泄压比f和变压器室的内表面积s
all
确定泄压面积s
open
。
[0031]
上述的变压器室主要是指安装变压器的主变压器室。
[0032]
确定房间耐压阈值；选择建筑方或设计方要求的主变电室可以承受的最大爆炸超压，当没有明确界定时，可以根据建筑方或设计方容忍的破坏后果，按照经验的爆炸冲击波对建筑物破坏阈值进行选择，可参照下表：
[0033][0034][0035]
本发明的变压器室爆炸泄压面积确定方法在大量地上变电站爆炸泄压研究基础上，提出了区别于地上变电站的泄压规律。该确定方法通过多种计算场景，充分考虑了爆炸气体类别、体量、分布、地下变电站设施特征、地下变电站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计算公式能够满足泄爆需求。
[0036]
综合考量后，通过一个函数泄压比f来描述变压器室的内表面积s
all
与泄压面积s
open
之间的关系，如下：
[0037][0038]
而泄压比f的计算是根据选择的变压器室的耐压阈值p变化的，具体变化参考公式如下：
[0039][0040]
其中：
[0041]
p0为标准大气压(kpa)，可取101.325kpa，a1、a2、a3、a4、a5、k2、k3均为常数。
[0042]
上述常数的选择范围为：a1＝8.85；a2＝545.39；a3＝3306.26；a4＝4796.26；a5＝15017.43；k2＝0.09；k3＝1.94。
[0043]
变压器室的耐压阈值p依据爆炸冲击波对建筑物破坏阈值进行选择得到，如：
[0044]
当容忍的破坏后果为门窗部分或大部分破碎时，爆炸冲击波对建筑物破坏阈值范围可参考上述表格中列出的对应关系数值进行选择，也可根据此变电站的的设计单位提供的数据确定。
[0045]
为了更清楚的理解本发明，结合实施例详细描述本发明：
[0046]
实施例1：以某220kv变电站油浸式变压器主变电室为例，确定其可燃气体爆炸所需的泄压面积。该变电站主变压器室房间内大小a
×b×
c为14m
×
10m
×
13m。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，决定在主变压器室墙体上开启泄压口。以下泄压面积的确定方法。
[0047]
确认内表面积s
all
(m2)为:
[0048]sall
＝(14
×
10+10
×
13+13
×
14)
×
2＝904(m2)；
[0049]
计算当量边长d(m)
[0050][0051]
确认耐压阈值(kpa)，设定允许的最大耐压阈值为15kpa；
[0052]
根据计算式(3)计算爆炸压力，
[0053]
计算式(3)的计算结果为：
[0054]sopen
fp00440.250.0002765493610.00110619529.620.00221238927.340.00442477924.760.00663716822.880.00884955821.1120.01327433618.6160.01769911516.8200.02212389415.4250.02765486714.2
300.03318584113.2360.03982300912.4420.04646017711.8560.06194690310.7900.0995575229.41080.1194690278.9
[0055]
由计算表可得15kpa的f在0.022和0.028之间，使用插值计算可得，f值为0.02378.则根据泄压比f的定义，以及s
all
＝904(m2)，可知开启面积应为：
[0056]sopen
＝s
all
×
f＝904
×
0.02378＝21.5(m2)
[0057]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0058]
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0059]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。