220 kV地下主变压器室爆炸泄压研究.pdf

消防理论研究Fire Science and Technology,November 2023,Vol.42,No.11220 kV地下主变压器室爆炸泄压研究谢丰蔚1,吴培红1,陈凯1,吕东2，3,4（1.国网北京市电力公司经济技术研究院，北京 100055；2.应急管理部天津消防研究所，天津 300381；3.工业与公共建筑火灾防控技术应急管理部重点实验室，天津 300381；4.天津市消防安全技术重点实验室，天津 300381）摘要：由于地下变电站空间密闭性较高、爆炸破坏结果严重，科学设置泄压成为保障其结构安全的重要因素。通过缩尺试验,对不同可燃气体量以及泄压面积下封闭空间中气体爆炸规律进行研究，采用计算流体力学软件 FLACS 对典型 220 kV全地下变电站进行全尺寸建模，设置不同爆炸气体量和泄压面积，对主变压器室中可燃气体爆炸超压进行模拟计算。结果表明：随着可燃气体量的增加，在某一临界量爆炸超压会由缓慢增长转化为急剧增长；随着泄压面积的增大，爆炸超压增长的突变点对应的泄漏气体临界量与爆炸超压之间呈非线性关系。提出了 220 kV 地下主变压器室爆炸泄压超压与泄压面积的计算式，该计算式的计算误差约为 11.27%。关键词：全地下变电站；变压器室；爆炸超压；泄压面积；计算式；FLACS；可燃气体 中图分类号：X913.4；O643.2 文献标志码：A 文章编号：1009-0029（2023）11-1472-05为提升土地利用率，北京、上海等发达地区全地下变电站的建设数量逐年升高。如国网北京电力已在中心城区建成了 10 余座 220 kV 全地下变电站。全地下变电站主建筑物设置于地下，主变压器和其他主要电气设备均装设于地下建筑内，地上只建有变电站通风口和设备、人员出入口等少量建筑，以及有可能布置在地上的大型主变压器的冷却设备和主控制室等。全地下变电站中安全要求最高的是主变压器室。对于油浸式变压器，变压器油在高温和电弧的作用下会释放可燃气体，可燃气体与周围空气混合后遇到点火源可能发生剧烈爆炸。一些研究人员通过研究对比 建筑设计防火规范 和 锅炉房设计规范 的泄压设置方法，提出采用后者计算更为合理1；另一些研究人员通过模拟的方法，对变电站的泄压提出新的计算方法2-4。由于全地下变电站主变压器室爆炸超压只能泄放到走道和通向地面的天窗，不能实现自由泄压5，所以，可以保障安全的最小泄压面积参数在此类变电站设计中尤为重要。本文基于计算流体力学和试验的方法研究了 220 kV 地下主变压器室爆炸超压计算模型，为地下主变压器室爆炸泄压设计提供理论依据。1缩尺寸试验为了研究变压器气体爆炸超压与泄压面积之间的基本关系，建立一个缩小尺度的封闭空间代替大尺度的地下变电站主变压器室，一维尺度上缩小比例约为 1：9。在变压器室中输入一定体量的电弧分解气体，设置不同的泄压面积，点燃封闭空间中的气体测试爆炸超压，以研究两类问题：一是研究爆炸气体质量的增加对爆炸超压的影响，二是研究泄压面积的增大对爆炸超压的影响。1.1试验装置设置 1.0 m1.0 m1.6 m 的钢制框架，底面、顶面两端封闭，四面可以选择整块钢板或者窄的金属板使用螺栓进行全部或部分封闭。设置 1根直径 8 mm、内径 4 mm的铜管作为气体紊流管，在铜管上每隔 10 cm 均匀开直径为 1 mm 的孔，顶端封闭完成直径为 70 cm 的圆形，尾部伸出爆炸金属框架之外，使用乳胶管连接气瓶的输出三通。气体分为电弧分解气体和空气两种，电弧分解气体为配制的电弧分解气体主成分气体，为 70%的 C2H2和 30%的H2，空气采用压缩空气。设置 3 支压力传感器，为了气体均匀分布，在爆炸试验箱上部设置抽气管和防爆抽气泵。在爆炸试验箱中部高度处设置 1只爆炸压力传感器，量程为 030 kPa，输出 05 V 电压信号。电压信号通过数据采集卡收集，并通过电缆线传输至计算机的上位机软件。设置无线遥控点火控制器和化学点火头用于试验点火。试验装置如图 1所示。在试验中，在试验箱内部底部设置了风扇以促进可燃气体和空气的快速均匀预混。1.2试验方法在金属框架内连接安装紊流管，将可燃气体瓶、空气瓶的减压阀与浮子流量计连接，通过三通合并连接到气体紊流管。在框架内部设置化学点火头，并使用导线与设置在框架外部的无线遥控点火源连接。使用螺栓将金属板块部分安装在金属框架上，再使用 0.01 mm 的聚乙长方形板条爆炸试验箱面板可燃气体空气紊流铜管爆炸试验箱点火源数据采集卡计算机防爆抽气泵图 1试验装置示意图Fig.1Diagram of experimental device基金项目：国家电网有限公司科技项目（52023420000S）烯膜将整体封闭，如图 2所示。聚乙烯膜的作用是封闭气体防止气体泄漏，但是能在爆炸时迅速破裂防止爆炸超压的显著增加。为了更快地完成预混，试验前首先计算出设定浓度对应的可燃气体体积，在通入设定可燃气体之后，再按照设定浓度调节两路气体的流量阀通入可燃气体+空气混合气体。例如：以当量浓度的 1.2倍通气为例，先通入 192 L 的可燃气体（与空气比例为 0.09：1），使用风扇搅拌，然后使可燃气体、空气按照 1：7.5的流量比例通入爆炸试验箱。根据塑料膜的向外扩展情况，间歇性轮流打开抽气阀与风扇。兼顾空气瓶容量与爆炸箱内换气需求，当混合气体进气量等于 3 200 L（2倍于封闭空间体积，以更好地置换封闭空间中原有气体）时停止进气。开启风扇持续预混 20 s 后关闭风扇。开启数据采集后立即遥控点火，上位机软件数据采集 3 s后自动结束采集。试验内容分两大类：试验 1测试不同气体浓度下的爆炸超压，选择固定的泄压面积 1.6 m2，通入不同的气体量研究爆炸超压变化规律；试验 2 以当量浓度的 1.2 倍为爆炸气体浓度，通过设置不同的泄压面积，研究爆炸超压与泄压面积之间的关系。1.3试验结果及分析点火后发生猛烈爆炸，并且伴有聚乙烯膜燃烧，如图3所示。在 1.6 m2的泄压面积下，不同可燃气体体积下爆炸超压如表 1所示。不同泄压面积下的爆炸超压如表 2所示。由表 1 和表 2 可见，随着可燃气体量的增加，爆炸超压的增加与可燃气体量为非线性关系，存在先增长快后增长慢的变化规律；而随着泄压面积的增大，爆炸超压的削弱也呈现先快后慢的关系。由于变电站体积过于庞大以及试验条件的限制，无法开展全尺度试验，所以在缩尺试验基础上开展全尺度的数据模拟，以研究 220 kV 地下主变压器室爆炸泄压规律。2数值模拟计算2.1几何模型建立依据某典型 220 kV 全地下变电站，利用 FLACS 软件建立 1：1物理模型。FLACS 采用 k 湍流模型，在非均匀笛卡尔网络上求解三维 Reynoldsaveraged NavierStokes 方程6-9，对于计算流体力学中可燃气体的扩散，以及可燃气体遇到点火源发生爆炸，应满足气体动力学中的质量、动量和能量 3大基本守恒方程10。该建筑物设置有地下 3层和地上 1层，主变压器室共有 4间，均设置在地下三层，如图 4所示。图 4中红色方块内主变压器室为爆炸泄压主要研究对象，在其一侧的墙面分别设置面积为 2、4、7、10、15、20 m2的泄压口，如图 5中红圈内开启部分所示。变电站具体尺寸为 72 m40 m23 m，其中地上 7 m，地下 16 m。主变压器室尺寸为13 m6 m13 m，走廊宽度为 7 m。2.2模拟场景及参数设置主变压器室的变压器油在高温或者电弧作用下释放的可燃气体主要有 H2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2等，一般电弧作用下 H2和 C2H2占比超过 90%。为简化计算，只研究这两类可燃气体，根据已有试验研究结果将可燃气体设置为 70%的 C2H2和 30%的 H27，11，假定最危险场景为可图 2爆炸试验箱Fig.2Explosion test box图 3爆炸泄压试验Fig.3Pressure relief experiment表 1不同可燃气体体积下爆炸超压Table 1Explosion pressure under different combustible gas volume表 2不同泄压面积下爆炸超压Table 2Explosion pressure under different pressure relief area图 4主变压器室几何模型Fig.4Typical geometric model of main transformer substation1472消防科学与技术2023年 11 月第 42 卷第 11 期烯膜将整体封闭，如图 2所示。聚乙烯膜的作用是封闭气体防止气体泄漏，但是能在爆炸时迅速破裂防止爆炸超压的显著增加。为了更快地完成预混，试验前首先计算出设定浓度对应的可燃气体体积，在通入设定可燃气体之后，再按照设定浓度调节两路气体的流量阀通入可燃气体+空气混合气体。例如：以当量浓度的 1.2倍通气为例，先通入 192 L 的可燃气体（与空气比例为 0.09：1），使用风扇搅拌，然后使可燃气体、空气按照 1：7.5的流量比例通入爆炸试验箱。根据塑料膜的向外扩展情况，间歇性轮流打开抽气阀与风扇。兼顾空气瓶容量与爆炸箱内换气需求，当混合气体进气量等于 3 200 L（2倍于封闭空间体积，以更好地置换封闭空间中原有气体）时停止进气。开启风扇持续预混 20 s 后关闭风扇。开启数据采集后立即遥控点火，上位机软件数据采集 3 s后自动结束采集。试验内容分两大类：试验 1测试不同气体浓度下的爆炸超压，选择固定的泄压面积 1.6 m2，通入不同的气体量研究爆炸超压变化规律；试验 2 以当量浓度的 1.2 倍为爆炸气体浓度，通过设置不同的泄压面积，研究爆炸超压与泄压面积之间的关系。1.3试验结果及分析点火后发生猛烈爆炸，并且伴有聚乙烯膜燃烧，如图3所示。在 1.6 m2的泄压面积下，不同可燃气体体积下爆炸超压如表 1所示。不同泄压面积下的爆炸超压如表 2所示。由表 1 和表 2 可见，随着可燃气体量的增加，爆炸超压的增加与可燃气体量为非线性关系，存在先增长快后增长慢的变化规律；而随着泄压面积的增大，爆炸超压的削弱也呈现先快后慢的关系。由于变电站体积过于庞大以及试验条件的限制，无法开展全尺度试验，所以在缩尺试验基础上开展全尺度的数据模拟，以研究 220 kV 地下主变压器室爆炸泄压规律。2数值模拟计算2.1几何模型建立依据某典型 220 kV 全地下变电站，利用 FLACS 软件建立 1：1物理模型。FLACS 采用 k 湍流模型，在非均匀笛卡尔网络上求解三维 Reynoldsaveraged NavierStokes 方程6-9，对于计算流体力学中可燃气体的扩散，以及可燃气体遇到点火源发生爆炸，应满足气体动力学中的质量、动量和能量 3大基本守恒方程10。该建筑物设置有地下 3层和地上 1层，主变压器室共有 4间，均设置在地下三层，如图 4所示。图 4中红色方块内主变压器室为爆炸泄压主要研究对象，在其一侧的墙面分别设置面积为 2、4、7、10、15、20 m2的泄压口，如图 5中红圈内开启部分所示。变电站具体尺寸为 72 m40 m23 m，其中地上 7 m，地下 16 m。主变压器室尺寸为13 m6 m13 m，走廊宽度为 7 m。2.2模拟场景及参数设置主变压器室的变压器油在高温或者电弧作用下释放的可燃气体主要有 H2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2等，一般电弧作用下 H2和 C2H2占比超过 90%。为简化计算，只研究这两类可燃气体，根据已有试验研究结果将可燃气体设置为 70%的 C2H2和 30%的 H27，11，假定最危险场景为可图 2爆炸试验箱Fig.2Explosion test box图 3爆炸泄压试验Fig.3Pressure relief experiment表 1不同可燃气体体积下爆炸超压Table 1Explosion pressure under different combustible gas volume序号123可燃气体体积/m30.0640.1280.192爆炸超压/kPa0.22.94.8表 2不同泄压面积下爆炸超压Table 2Explosion pressure under different pressure relief area序号1234泄压面积/m21.63.24.86.4爆炸超压/kPa4.81.81.00.6图 4主变压器室几何模型Fig.4Typical geometric model of main transformer substation1473Fire Science and Technology,November 2023,Vol.42,No.11燃气体在空气中均匀分布且浓度为其化学计量比的 1.2倍2-3，12。分别模拟计算释放不同质量可燃气体在不同泄压面积情况下的爆炸超压情况，参数设置如表 3所示。2.3模拟计算及结果分析不同泄压面积条件下，使用 PROD 参数定性描述爆炸产生的火焰。PROD 表示爆炸产生的燃烧产物质量（如水、二氧化碳等）与反应前混合气体质量（甲烷+空气）的比例。一般 PROD 大于 20%可以认为产生了显著的火焰。全部充满当量浓度可燃气体被点燃爆炸后的火焰传播云图如图 6所示，爆炸超压云图如图 7所示。不同当量浓度可燃气体体积在不同泄压面积情况下的最大爆炸超压结果如表 4所示。由表 4 可见，相同泄压面积条件下，随着内部可燃气体质量的增加，爆炸超压增大。当泄压面积为 2 m2：可燃气体质量小于 10.75 kg 时，最大爆炸超压增加较慢；大于10.75 kg时，呈现出快速增加趋势；超过 37.20 kg时，最大爆炸超压增加速率降低。而根据试验数据可以发现，气体的量呈线性增大时，爆炸压力并不呈线性变化。在低于爆炸化学当量浓度的条件下（即在无氧气不足因素影响条件下），气体体积增加一倍产生的爆炸超压增量大于气体体积增加两倍的增量。这说明存在一个压力增速从大到小变化过程，与模拟结果互相印证。从模拟结果可见，泄压面积的增加与爆炸超压下降并不呈线性关系。以 132.4 kg的爆炸气体质量为例，泄压面积从 2 m2增加到 7 m2时，爆炸超压降低了 242 kPa；同样增加 5 m2的泄压面积，从 15 m2增加到 20 m2时，爆炸超压仅降低 38 kPa。这与试验结果中发现的泄压面积的增大引起的爆炸压力降低也呈现先剧烈后缓慢的非线性变化一致。图 5主变压器室泄压面积Fig.5Pressure relief area of main transformer substation表 3参数设置Table 3Parameters settings参数名称可燃气体成分泄压面积/m2可燃气体与当量比的比例环境温度/释放可燃气体的当量体积/m释放可燃气体的质量/kg设置参数70%的 C2H2、30%的 H22、4、10、201.2251 744.6、1 420.0、1 217.2、1 014.3、879.1、581.5、432.8、313.6、108.2、44.2132.4、104.3、87.5、70.7、59.4、37.2、22.6、14.8、5.3、3.20.2500.2000.1500.1000.1500.1000.0500.000PROD0.2500.2000.1500.1000.1500.1000.0500.000PROD0.2500.2000.1500.1000.1500.1000.0500.000PROD0.2500.2000.1500.1000.1500.1000.0500.000PROD2 m2泄压4 m2泄压10 m2泄压20 m2泄压图 6地下变电站泄漏气体爆炸火焰传播云图Fig.6Leakage gas explosion flame propagation cloud in underground substation672.5480.0360.0240.0120.0-49.2kPa500.0400.0300.0200.0100.0-38.7kPa313.2240.0100.0120.060.00-17.0kPa182.3144.0108.072.0036.00-2.41kPa2 m2泄压4 m2泄压10 m2泄压20 m2泄压图 7地下变电站泄漏爆炸超压云图Fig.7Leakage gas explosion pressure cloud in underground substation表 4不同量可燃气体在不同泄压面积下最大爆炸超压Table 4The maximum explosion overpressure of different quantity of combustible gas and different pressure relief areas气体云团体积/m1 744.61 420.01 217.21 014.3879.1581.5432.8313.6216.4108.244.212.8气体质量/kg132.4104.387.570.759.437.222.614.810.85.33.21.0不同泄压面积下最大爆炸超压/kPa2 m2670554514495453378258145 59 34 20 114 m2580481456434395385258 82 47 30 13 117 m2428385369350320318220 53 32 18 11 1110 m2312294291276262260170 38 22 11 10 1015 m2210200198197195191129 24 17 11 10 1020 m2172181173179177172110 20 15 11 10 11进一步分析模拟结果，当泄压面积为 4 m2、可燃气体质量小于 37.2 kg 时，最大爆炸超压与泄压面积为 2 m2时相同，可见低可燃气体质量、泄压面积小于 4 m2时，泄压面积增加对最大爆炸超压降低效果不明显；当可燃气体质量大于 37.2 kg、泄压面积为 4 m2时，爆炸超压增量低于2 m2；当泄压面积为 10 m2、可燃气体质量低于 10.75 kg时，爆炸超压基本相同，超过 10.75 kg 后出现显著增高。当泄压面积为 20 m2、可燃气体质量低于 14.77 kg时，爆炸超压基本相同，超过 14.77 kg后出现显著增高。可见爆炸超压存在一个与可燃气体临界质量相关的突变点，随着泄压面积的增大，对应的可燃气体临界质量也在增大。选取成比例关系的大、小泄压面积，其变化趋势如图 8所示。根据我国安全生产行业标准 AQ/T 3046-2013 化工企业定量风险评价导则，当爆炸超压达到 20.7 kPa时，钢结构建筑会出现变形，并离开基础。主变压器室结构以钢结构为主，为确保钢结构的主体结构的完整并保证变压器内部各部件完好，需要将最大爆炸超压降低到20.7 kPa以内。随着泄压面积的增加，可承受的最大可燃气体泄漏爆炸的质量显著增大，并非线性增大。按照20.7 kPa的设防标准，2 m2泄压面积能够承受最大可燃气体爆炸的质量为 3.21 kg；4 m2泄压面积能够承受最大可燃气体泄漏爆炸的质量为 3.78 kg；10 m2泄压面积能够承受最大可燃气体泄漏爆炸的质量为 10.75 kg。随着泄压面积的增大，变压器室可以承受的最大可燃气体泄漏爆炸质量呈增加趋势。3计算式提出根据表 4 计算结果，参考最大爆炸超压变化曲线，采用最小二乘法原理，根据曲线反映的爆炸超压与爆炸气体质量、泄压面积变化规律，提出计算基本式，如式（1）所示。p=k2+(k1-k2)1+(mm0)k3（1）式中：k1、k2、k3、m0为与开启面积 S 相关的系数；m 为气体质量；p为爆炸超压。对该基本式的参数进行计算，可以发现各系数与泄压面积关系，如表 5所示。研究 k1、k2、k3、m0为 S的关系，可得式（2）。p=926.36-22.301+S4.29+926.36 e-S4.40+163.671+()m75.15 e-S1.58+21.46()-6.171+()S/9.163+7.45（2）式中：S为主变压器室泄压面积，m2。利用式（2）计算不同泄压面积和不同可燃气体质量下最大爆炸超压，按上文选取成比例关系的大、小泄压面积，与模拟数据对比结果如图 9所示。计算得到平均误差为 11.27%，由此得到 220 kV 地下主变压器室爆炸泄压计算模型。4结 论1）缩尺寸试验表明，在封闭空间内，可燃气体量的增加对爆炸超压的增长以及泄压面积的增加对爆炸超压的削弱均非线性关系，随着气体量的增加或泄压面积的增加，压力变化均呈现先快后慢的规律，存在一个理论的临可燃气体质量/kg0 20 40 60 80 100 120 1407006005004003002001000最大爆炸超压/kPa2 m2泄压4 m2泄压10 m2泄压20 m2泄压图 8不同当量浓度可燃气体体积在不同泄压面积情况下的最大爆炸超压变化曲线Fig.8Maximum explosion overpressure curves under different concentrations and different pressure relief areas表 5基本式系数与泄压面积关系Table 5Relationship between the coefficients and pressure relief areas可燃气体质量/kg0 20 40 60 80 100 120 1407006005004003002001000最大爆炸超压/kPa2410202-拟合公式4-拟合公式10-拟合公式20-拟合公式图 9计算式结果与 FLACS模拟结果对比图Fig.9Comparison between the results from correlation and FLACS1474消防科学与技术2023年 11 月第 42 卷第 11 期进一步分析模拟结果，当泄压面积为 4 m2、可燃气体质量小于 37.2 kg 时，最大爆炸超压与泄压面积为 2 m2时相同，可见低可燃气体质量、泄压面积小于 4 m2时，泄压面积增加对最大爆炸超压降低效果不明显；当可燃气体质量大于 37.2 kg、泄压面积为 4 m2时，爆炸超压增量低于2 m2；当泄压面积为 10 m2、可燃气体质量低于 10.75 kg时，爆炸超压基本相同，超过 10.75 kg 后出现显著增高。当泄压面积为 20 m2、可燃气体质量低于 14.77 kg时，爆炸超压基本相同，超过 14.77 kg后出现显著增高。可见爆炸超压存在一个与可燃气体临界质量相关的突变点，随着泄压面积的增大，对应的可燃气体临界质量也在增大。选取成比例关系的大、小泄压面积，其变化趋势如图 8所示。根据我国安全生产行业标准 AQ/T 3046-2013 化工企业定量风险评价导则，当爆炸超压达到 20.7 kPa时，钢结构建筑会出现变形，并离开基础。主变压器室结构以钢结构为主，为确保钢结构的主体结构的完整并保证变压器内部各部件完好，需要将最大爆炸超压降低到20.7 kPa以内。随着泄压面积的增加，可承受的最大可燃气体泄漏爆炸的质量显著增大，并非线性增大。按照20.7 kPa的设防标准，2 m2泄压面积能够承受最大可燃气体爆炸的质量为 3.21 kg；4 m2泄压面积能够承受最大可燃气体泄漏爆炸的质量为 3.78 kg；10 m2泄压面积能够承受最大可燃气体泄漏爆炸的质量为 10.75 kg。随着泄压面积的增大，变压器室可以承受的最大可燃气体泄漏爆炸质量呈增加趋势。3计算式提出根据表 4 计算结果，参考最大爆炸超压变化曲线，采用最小二乘法原理，根据曲线反映的爆炸超压与爆炸气体质量、泄压面积变化规律，提出计算基本式，如式（1）所示。p=k2+(k1-k2)1+(mm0)k3（1）式中：k1、k2、k3、m0为与开启面积 S 相关的系数；m 为气体质量；p为爆炸超压。对该基本式的参数进行计算，可以发现各系数与泄压面积关系，如表 5所示。研究 k1、k2、k3、m0为 S的关系，可得式（2）。p=926.36-22.301+S4.29+926.36 e-S4.40+163.671+()m75.15 e-S1.58+21.46()-6.171+()S/9.163+7.45（2）式中：S为主变压器室泄压面积，m2。利用式（2）计算不同泄压面积和不同可燃气体质量下最大爆炸超压，按上文选取成比例关系的大、小泄压面积，与模拟数据对比结果如图 9所示。计算得到平均误差为 11.27%，由此得到 220 kV 地下主变压器室爆炸泄压计算模型。4结 论1）缩尺寸试验表明，在封闭空间内，可燃气体量的增加对爆炸超压的增长以及泄压面积的增加对爆炸超压的削弱均非线性关系，随着气体量的增加或泄压面积的增加，压力变化均呈现先快后慢的规律，存在一个理论的临可燃气体质量/kg0 20 40 60 80 100 120 1407006005004003002001000最大爆炸超压/kPa2 m2泄压4 m2泄压10 m2泄压20 m2泄压图 8不同当量浓度可燃气体体积在不同泄压面积情况下的最大爆炸超压变化曲线Fig.8Maximum explosion overpressure curves under different concentrations and different pressure relief areas表 5基本式系数与泄压面积关系Table 5Relationship between the coefficients and pressure relief areas泄压面积/m2247101520k1-11.00-0.316.379.1810.6311.30k2769.77533.01364.25286.95220.31176.15k31.291.973.654.766.177.45m042.627.4122.6921.6221.5121.44可燃气体质量/kg0 20 40 60 80 100 120 1407006005004003002001000最大爆炸超压/kPa2410202-拟合公式4-拟合公式10-拟合公式20-拟合公式图 9计算式结果与 FLACS模拟结果对比图Fig.9Comparison between the results from correlation and FLACS1475Fire Science and Technology,November 2023,Vol.42,No.11界值。2）通过计算流体力学软件 FLACS 对地下变电站开展实尺度模拟，结果表明：可燃气体爆炸超压变化随着体量、泄压面积的变化呈现非线性变化趋势，并且在气体体量、泄压面积变化时存在压力突变临界点。如本文涉及变压器室中，泄压面积小于 10 m2时，爆炸超压突然增长临界点为 10.75 kg；泄压面积超过 10 m2时，爆炸超压增长突变点为 14.77 kg。3）根据计算和分析结果，提出了 220 kV 全地下主变压器室爆炸泄压计算模型，平均误差为 11.27%。参考文献：1 郑耀斌,付光来,谢丹,等.主变压器室泄压计算模型探讨J.电力勘测设计,2018,(11):51-54.2 郭正位,郭新菊,刘湘莅,等.变电站绝缘油分解气体爆炸研究J.消防科学与技术,2018,37(6):828-830.3 郭正位,刘湘莅,郭新菊,等.油浸式变电站主变压室泄压面积研究J.消防科学与技术,2015,34(3):303-306.4 罗振敏,张群,王华,等.基于 FLACS 的受限空间瓦斯爆炸数值模拟J.煤炭学报,2013,38(8):1381-1387.5 肖波.全户内变电站主变压器室泄压设施材料研究D.郑州:郑州大学,2016.6 安超,李磊,张爱良,等.基于 FLACS CFD 的不同气油比油气混输管道 泄 漏 火 灾 后 果 对 比 J.中 国 安 全 生 产 科 学 技 术,2019,15(6):67-73.7 罗振敏,苏彬,程方明,等.基于 FLACS 的煤矿巷道截面突变对瓦斯爆炸的影响数值模拟J.煤矿安全,2018,49(1):183-186.8 张印,赵东风,刘义.基于 FLACS的 CH4/CO2/air混合气爆炸参数分析J.中国安全生产科学技术,2016,12(9):36-40.9 徐景德,李晖,郝旭.FLACS在受限空间可燃气体爆炸传播研究中的应用J.华北科技学院学报,2016,13(3):7-11.10 HANSEN O R,GAVELLI F,ICHARD M,et al.Validation of FLACS against experimental data sets from the model evaluation database for LNG vapor dispersionJ.Journal of Loss Prevention in the Process Industries,2010,23(6):857-877.11 王玥,李晋,孙博,等.聚氨酯泡沫生产中戊烷类发泡剂危险性分析J.消防科学与技术,2019,38(10):1371-1374.12 吴宪,闫继明,梁国福,等.住宅天然气泄漏扩散规律研究J.消防科学与技术,2021,40(7):971-976.13 陈晔,李毅,李紫婷,等.受限空间氢泄爆外部超压特性研究J.消防科学与技术,2022,41(3):310-315.Study on explosive pressure relief in 220 kV underground main transformer chamberXie Fengwei1,Wu Peihong1,Chen Kai1,Lv Dong2,3,4(1.State Grid Economic and Technological Research Institute Co.,Ltd.,Beijing 100055,China;2.Tianjin Fire Science and Technology Research Institute of MEM,Tianjin 300381,China;3.Key Laboratory of Fire Protection Technology for Industry and Public Building,Ministry of Emergency Management,Tianjin 300381,China;4.Tianjin Key Laboratory of Fire Safety Technology,Tianjin 300381,China)Abstract:High confinement of the underground substation could reduce severe explosion,scientific setting of pressure relief has become one of an important factor to ensure the safety of underground substations.The basic law of gas explosion in confined room under different combustible gas volumes and pressure relief areas were studied by smallscaled experiments.A computational fluid dynamics software FLACS was used to model the typical 220 kV underground substation and calculate the explosion overpressure of the combustible gas in the main transformer chamber by setting different gas masses and relief areas.The results show that the explosion overpressure will change from slow growth to sharp growth at a critical mass point with the increase of combustible gas mass.A nonlinear relationship between the critical mass of the leakage gas and the explosion overpressure can be discovered with the increase of the pressure relief area.A correlation of explosion overpressure and pressure relief area of 220 kV underground main transformer chamber is proposed.with the error about 11.27%.Key words:underground substation;transformer room;explosion overpressure;pressure relief area;calculation correlation;FLACS;combustible gas作者简介：谢丰蔚(1990-)，男，河南叶县人，国网北京市电力公司经济技术研究院工程师，硕士，主要从事变电站建筑结构设计技术、变电站减灾和防灾技术研究，北京市西城区广安门外街道车站西街 15 号，100055。收稿日期：2023-05-18（责任编辑：董 里）1476