一种避免特高压换流变火灾扩大的架空隔火方法及装置与流程

本发明涉及消防灭火技术领域，更具体涉及一种避免特高压换流变火灾扩大的架空隔火方法及装置。

背景技术：

变压器压器属于大型含油设备，单台变压器含油约200吨。一旦发生火灾，会造成大规模的火蔓延现象。为了降低变压器压器油火灾规模，一般在变压器器正下方设置油坑，油坑通过事故排油管道与远方事故油池相连，通过降低火灾区域可燃物的方式有效抑制火灾发展。为避免流入油坑的变压器油继续燃烧，油坑内部会设置鹅卵石层用于隔火。

现有的鹅卵石层一般采用落地铺设方案。然而，近几年几起事故表明，落地铺设方案有其局限性，无法将大量变压器油在短时间内迅速排出，为了使变压器油迅速排出，于是出现了架空铺设的方案，如中国专利公开号cn209249235u，公开了一种变压器压器现场自动排油装置，包括：与变压器压器本体连通的第一阀门，一端与第一阀门连通的排油管路，排油管路的另一端与所述变压器压器本体下方的贮油池连通；电动阀或电磁阀，设置在排油管路上，所述电动阀或电磁阀用于控制排油管路的通断；抽真空装置，设置在所述第一阀门与所述电动阀或电磁阀之间，与所述排油管路通过第二阀门连通，所述第二阀门用于控制所述抽真空装置与所述排油管路之间的通断。变压器压器本体的下侧与地面之间设置底座，底座四周设置有鹅卵石层，鹅卵石层设置在贮油池的上侧的地面上。同时，变压器压器本体与地面之间，即，与四周的鹅卵石层之间具有一定的高度距离。该实用新型虽然设置了鹅卵石架空装置进行隔火，但是其存在以下问题：1、不同架空条件(鹅卵石厚度、架空高度)导致鹅卵石层下部被点燃的临界条件，尚未明确；2、架空铺设，有利于变压器油排出，但下部空间易发生燃烧，事故管道存在着火风险，未给出如何避免着火。

综上所述，现有换流变架空隔火方法及装置不能实现最佳的隔火效果，不能保证鹅卵石以下的油坑不被点燃，存在火灾隐患。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于现有技术避免特高压换流变火灾扩大的架空隔火方法及装置不能实现最佳的隔火效果，不能保证鹅卵石以下的油坑不被点燃，存在火灾隐患。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种避免特高压换流变火灾扩大的架空隔火方法，应用于避免特高压换流变火灾扩大的架空隔火装置，所述隔火装置包括变压器、油坑、鹅卵石层以及支撑层，所述油坑内设置支撑层，支撑层上方铺设鹅卵石层，鹅卵石层上方放置变压器，所述方法包括：

步骤一：获取变压器油在油坑中的下渗时间；

步骤二：根据变压器油在油坑中的下渗时间，获取变压器油流入油坑后不发生溢出的临界流量；

步骤三：获取鹅卵石层传热临界隔火时间及鹅卵石层临界厚度。

本发明设置鹅卵石层的厚度，使得在该厚度范围内，鹅卵石层不发生穿透着火，在满足排油需求条件下又能实现一定隔火能力，实现最佳的隔火效果，保证鹅卵石以下的油坑不被点燃，不存在火灾隐患。

进一步地，所述步骤一包括：

通过公式获取变压器油在油坑中的下渗时间，其中，t为变压器油经油坑上表面下渗到油坑底部所需的时间，h石为油坑中鹅卵石层铺设厚度，v油为变压器油在鹅卵石层中的下渗速度，h为油坑深度，g重为重力加速度。

进一步地，所述步骤二包括：

根据变压器油在油坑中的下渗时间，通过公式获取变压器油流入油坑后不发生溢出的临界流量，其中，q临为变压器油流入油坑后不发生溢出的临界流量，λ为鹅卵石层渗透率，s1为油坑总表面积，s2为油坑中设备占用面积。

进一步地，所述步骤三包括：

步骤301：获取变压器油的放热量；

步骤302：获取鹅卵石层的吸热量；

步骤303：获取临界鹅卵石层厚度与变压器油溢出流量的关系式以及临界鹅卵石层厚度与变压器油溢出时间的关系式；

步骤304：获取鹅卵石层最低厚度以及最大厚度，在鹅卵石层厚度范围内设置其厚度，以达到最佳灭火效果。

更进一步地，所述步骤301包括：通过公式m油＝v油ρ油t油获取溢出到鹅卵石层的变压器油质量，其中，v油为变压器油单位时间溢出流量，ρ油为变压器油密度，t油为变压器油的溢出时间；

根据溢出到鹅卵石层的变压器油质量，通过公式q油＝m油cp油(t油1-t油2)获取变压器油的放热量，其中，cp油为变压器油的定压比热容，t油1为溢出的变压器油初始油温，t油2为变压器油透过鹅卵石层后的温度。

更进一步地，所述步骤302包括：：

通过公式m石＝((a+l)(b+l)-ab)h石(1-λ)ρ石获取与变压器油接触的鹅卵石层质量，a为变压器的长度，b为变压器的宽度，l为变压器油沿变压器本体溢流到鹅卵石层表面的覆盖宽度，ρ石为鹅卵石层密度；

根据与变压器油接触的鹅卵石层质量通过公式q石＝m石cp石(t石2-t石1)获取鹅卵石层的吸热量，其中，cp石为鹅卵石层的定压比热容，t石2为变压器吸热之后的温度，t石1为鹅卵石的初始温度。

更进一步地，所述步骤303包括：

根据变压器油流入油坑后不发生溢出的临界流量、变压器油的放热量以及鹅卵石层的吸热量，获取临界鹅卵石层厚度与变压器油溢出流量的关系式如下

根据变压器油流入油坑后不发生溢出的临界流量、变压器油的放热量以及鹅卵石层的吸热量，获取临界鹅卵石层厚度与变压器油溢出时间的关系式如下

更进一步地，所述步骤304包括：

鹅卵石层不发生穿透着火的最低厚度的临界条件为t油时间内溢出的总油量等于变压器本体内部全部变压器油，因此，鹅卵石层最低厚度为

为保证变压器顺利从鹅卵石层全部顺利排出，鹅卵石层发生穿透着火的最短时间应大于变压器内的变压器油全部溢出或排出所需的时间，即t实≥t油，其中，t实为变压器油从变压器本体全部溢出的实际所需时间且故鹅卵石层最大厚度为

本发明还提供一种使用上述变压器隔火方法的装置，包括变压器、油坑、鹅卵石层、若干支撑柱以及支撑层，所述油坑内设置支撑层，支撑层上方铺设鹅卵石层，鹅卵石层上方放置变压器，若干支撑柱底部固定在油坑底部，支撑柱的顶部依次穿过支撑层以及鹅卵石层固定在变压器的底部，所述支撑层与油坑底部之间具有间隙，所述油坑底部通过管道与事故油池连通。

进一步地，所述油坑内设有若干水喷雾喷头，若干所述水喷雾喷头的喷射范围覆盖所述油坑底部所有区域。

进一步地，所述鹅卵石层为鹅卵石。

进一步地，所述支撑层为钢丝网。

本发明的优点在于：

(1)本发明设置鹅卵石层的厚度，使得在该厚度范围内，鹅卵石层不发生穿透着火，在满足排油需求条件下又能实现一定隔火能力，实现最佳的隔火效果，保证鹅卵石以下的油坑不被点燃，不存在火灾隐患。

(2)本发明的变压器隔火装置的油坑内还设置水喷雾喷头，鹅卵石下方全局设置水喷雾灭火系统可以实现对下渗到油坑底部的变压器油进行灭火、降温的作用，最大限度的降低油坑着火的风险，保证进入事故排油管道内部的变压器油无明火出现，避免其他相邻换流变着火，同时灭火介质选用流动性较好且流量相对较小的水喷雾，可以实现变压器油和水喷雾快速排出。

附图说明

图1为本发明实施例1所公开的一种避免特高压换流变火灾扩大的架空隔火方法的流程图；

图2为本发明实施例2所公开的一种避免特高压换流变火灾扩大的架空隔火装置的结构示意图；

图3为本发明实施例2所公开的一种避免特高压换流变火灾扩大的架空隔火装置中鹅卵石厚度与变压器下渗时间关系图；

图4为本发明实施例2所公开的一种避免特高压换流变火灾扩大的架空隔火装置中鹅卵石层厚度与临界溢出流量的关系图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1和图2所示，一种避免特高压换流变火灾扩大的架空隔火方法，应用于避免特高压换流变火灾扩大的架空隔火装置，所述隔火装置包括变压器1、油坑2、鹅卵石层3以及支撑层5，所述油坑2内设置支撑层5，支撑层5上方铺设鹅卵石层3，鹅卵石层3上方放置变压器1，所述方法包括：

步骤s1：获取变压器油在油坑2中的下渗时间，根据变压器油在油坑2中的下渗时间，获取变压器油流入油坑2后不发生溢出的临界流量，变压器油指的是变压器1中的油，为了便于描述，本申请将其全部称为变压器油；具体过程为：

通过公式获取变压器油在油坑2中的下渗时间，其中，t为变压器油经油坑2上表面下渗到油坑2底部所需的时间，h石为油坑2中鹅卵石层3铺设厚度，v油为变压器油在鹅卵石层3中的下渗速度，h为油坑2深度，g重为重力加速度；

步骤s2:获取变压器油流入油坑后不发生溢出的临界流量，变压器油流入油坑2后不发生溢出的临界流量其中，v池为油坑2的有效容油体积，且v池＝λ*(s1-s2)h石+(s1-s2)(h-h石)，故其中，q临为变压器油流入油坑2后不发生溢出的临界流量，λ为鹅卵石层3渗透率，s1为油坑2总表面积，s2为油坑2中设备占用面积。

步骤s3：获取鹅卵石层传热临界隔火时间及鹅卵石层临界厚度；

首先，步骤301：获取变压器油的放热量；发生鹅卵石层临界着火的判定依据为变压器油放热量等于鹅卵石吸热量，此时，变压器油穿过鹅卵石层底部的温度为变压器1闪点温度(138℃)，鹅卵石温度由常温增加到变压器油闪点温度(138℃)。

通过公式m油＝v油ρ油t油获取溢出到鹅卵石层3的变压器油质量，其中，v油为变压器油单位时间溢出流量，ρ油为变压器油密度，t油为变压器油的溢出时间；

根据溢出到鹅卵石层3的变压器油质量，通过公式q油＝m油cp油(t油1-t油2)获取变压器油的放热量，其中，cp油为变压器油的定压比热容，t油1为溢出的变压器油初始油温，t油2为变压器油透过鹅卵石层3后的温度。

其次，步骤302：获取鹅卵石层的吸热量；具体过程为：

通过公式m石＝((a+l)(b+l)-ab)h石(1-λ)ρ石获取与变压器油接触的鹅卵石层3质量，a为变压器1的长度，b为变压器1的宽度，l为变压器油沿变压器1本体溢流到鹅卵石层3表面的覆盖宽度，ρ石为鹅卵石层3密度；

根据与变压器油接触的鹅卵石层3质量通过公式q石＝m石cp石(t石2-t石1)获取鹅卵石层的吸热量，其中，cp石为鹅卵石层3的定压比热容，t石2为变压器1吸热之后的温度，t石1为鹅卵石的初始温度。

然后，步骤303：获取临界鹅卵石层3厚度与变压器油溢出流量的关系式以及临界鹅卵石层3厚度与变压器油溢出时间的关系式；具体过程为：

根据变压器油流入油坑2后不发生溢出的临界流量、变压器油的放热量以及鹅卵石层的吸热量，获取临界鹅卵石层3厚度与变压器油溢出流量的关系式如下

根据变压器油流入油坑2后不发生溢出的临界流量、变压器油的放热量以及鹅卵石层的吸热量，获取临界鹅卵石层3厚度与变压器油溢出时间的关系式如下

最后，步骤304：获取鹅卵石层3最低厚度以及最大厚度，在鹅卵石层3厚度范围内设置其厚度，以达到最佳灭火效果，具体过程为：

鹅卵石层3不发生穿透着火的最低厚度的临界条件为t油时间内溢出的总油量等于变压器1本体内部全部变压器油，因此，鹅卵石层3最低厚度为

为保证变压器1顺利从鹅卵石层3全部顺利排出，鹅卵石层3发生穿透着火的最短时间应大于变压器1内的变压器油全部溢出或排出所需的时间，即t实≥t油，其中，t实为变压器油从变压器1本体全部溢出的实际所需时间且故鹅卵石层3最大厚度为

通过以上技术方案，本发明实施例1设置鹅卵石层3的厚度，使得在该厚度范围内，鹅卵石层3不发生穿透着火，在满足排油需求条件下又能实现一定隔火能力，实现最佳的隔火效果，保证鹅卵石以下的油坑2不被点燃，不存在火灾隐患。

实施例2

如图2所示，一种变压器隔火装置，包括变压器1、油坑2、鹅卵石层3、若干支撑柱4以及支撑层5，所述鹅卵石层3为鹅卵石。所述油坑2内设置支撑层5，所述支撑层5为钢丝网。支撑层5上方铺设鹅卵石，鹅卵石上方放置变压器1，若干支撑柱4底部固定在油坑2底部，支撑柱4的顶部依次穿过支撑层5以及鹅卵石固定在变压器1的底部，所述支撑层5与油坑2底部之间具有间隙，所述油坑2底部通过管道与事故油池连通，使用实施例1公开的隔火方法设置鹅卵石的厚度，使得在该厚度范围内，鹅卵石不发生穿透着火。

变压器油经鹅卵石层下渗到油坑2之后，会通过事故排油管道将变压器油排至总事故油池(图未示)。由于事故管道7与单阀组6台变压器1相连，存在阀组其他5台换流变被引燃着火的风险，因此，需进一步保证变压器油在进入事故管道7之前无任何明火出现。为提高鹅卵石架空系统的隔火、灭火能力，提出鹅卵石架空铺设条件下的消防系统灭火。

鹅卵石架空方案的消防系统灭火装置主要包括两个部分：第一部分是鹅卵石层下方全局灭火设置，具体设置为：所述油坑2内设有若干水喷雾喷头6，若干所述水喷雾喷头6的喷射范围覆盖所述油坑2底部所有区域。第二部分是事故排油管道口的局部增强灭火措施。灭火介质选用流动性较好且流量相对较小的水喷雾，可以实现变压器油和水喷雾快速排出。鹅卵石下方全局水喷雾灭火系统可以实现对下渗到油坑2底部的变压器油进行灭火、降温的作用，最大限度的降低油坑2着火的风险。事故排油口的局部增强措施主要是保证进入事故排油管道内部的变压器油无明火出现，保护其他换流变着火的风险。

由于留存在从油坑2中的液体有溢出的风险，水喷雾灭火系统的流量在保证具备灭火效能的基础上，需同时考虑变压器油的溢出流量风险，即水喷雾的流量需满足公式v水≤q临-v油。

以下通过具体实例介绍本发明实施例2的工作过程：

以某一换流站为例，单台变压器油140t，油体积为155.6m3；油坑2总面积176.5m2，其中设备基础占用面积82.5m2；卵石层孔隙率按25％计算；根据美国标准nfpa850，变压器油经鹅卵石层流速取值0.0817m/s；基坑深度1.25m。根据式可以得到变压器油从卵石层上表面经不同厚度卵石层流入油坑2底部所需的时间分布，如图3所示。可以明显看出，鹅卵石层厚度越大，变压器油下渗到油坑2底部所需的时间就越长，油坑2出现变压器油积聚并发生溢出的风险就越大。

结合式以及v池＝λ*(s1-s2)h石+(s1-s2)(h-h石)，可以得出油坑2发生溢出临界时，变压器油从本体溢出的临界流量，如图4所示。从图中可以看出，鹅卵石厚度越小，发生溢出的临界流量越大，变压器油从油坑2溢出的风险就越小。总体而言，鹅卵石厚度越小，越利于火灾事故排油，油坑2发生火灾风险的几率越大。

为保证全部变压器油顺利排出之前保证鹅卵石层的隔火能力，根据式得到临界最小鹅卵石厚度为0.76m。

根据式可得到不同鹅卵石层厚度与全部变压器油从油坑2排出的时间关系，如表1所示。

表1不同鹅卵石层厚度与全部变压器油从油坑2排出的时间关系表

根据式得到鹅卵石层厚度应低于0.875m。

综合以上可以得到鹅卵石层厚度范围为0.76-0.875m范围最佳，既能保证变压器油顺利排出，又能保证鹅卵石层在整个排油过程中的隔火能力。

通过以上技术方案，本发明实施例2通过在变压器1与油坑2之间设置鹅卵石，并且鹅卵石与油坑2底部之间具有间隙，实现架空设置，能够将大量变压器油在短时间内迅速排出，架空设置会增加油坑2和事故排油管道的着火风险，为了避免架空设置导致着火，设置鹅卵石的厚度，使得在该厚度范围内，鹅卵石不发生穿透着火，在满足排油需求条件下又能实现一定隔火能力，实现最佳的隔火效果，保证鹅卵石以下的油坑2不被点燃，不存在火灾隐患。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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