變壓器是一種利用電磁感應(yīng)原理，把交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌妷骸㈦娏鞯葏?shù)的電力設(shè)備。其中油浸式變壓器，將鐵芯和繞組一起浸入灌滿了絕緣油的油箱中，以加強絕緣和改善冷卻散熱條件。當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)嚴(yán)重過載、短路、絕緣損壞等故障時，絕緣油受到高溫或電弧作用，受熱分解產(chǎn)生大量烴類混合氣體，使變壓器內(nèi)部的壓力急劇上升，然后導(dǎo)致變壓器油箱的結(jié)構(gòu)破壞（初級變壓器爆炸）。初級變壓器爆炸后，絕緣油、混合氣體和油霧通過變壓器油箱破裂口向外猛烈釋放。絕緣油從變壓器中泄漏，在地面形成液池，被點燃即發(fā)生池火。而當(dāng)泄漏的熱解產(chǎn)物混合氣體和油霧與空氣混合后點燃，就會發(fā)生二次爆炸。當(dāng)這些情況發(fā)生在密閉或擁塞區(qū)域時，可能會導(dǎo)致非常強烈的爆炸，并對人員和設(shè)備造成威脅，給社會經(jīng)濟(jì)帶來嚴(yán)重?fù)p失。變壓器爆炸過程介紹初級爆炸圖3

變壓器和充油高壓設(shè)備中出現(xiàn)短路或電弧作用變壓器和充油高壓設(shè)備中出現(xiàn)短路或電弧，高溫和電弧作用會導(dǎo)致油的熱分解并產(chǎn)生大量烴類混合氣體。圖4

變壓器油箱的結(jié)構(gòu)破壞（初級變壓器爆炸）圖5

液態(tài)絕緣油、氣態(tài)電解產(chǎn)物和油霧通過變壓器油箱破裂口向外猛烈釋放二次爆炸絕緣油從變壓器中泄漏并點燃，發(fā)生池火；氣態(tài)電解產(chǎn)物和油霧的泄漏及空氣混合，被點燃后發(fā)生二次爆炸。圖6

變壓器二次爆炸與池火場景圖7

合理泄壓和抗爆措施降低變壓器爆炸后果如何降低變壓器爆炸風(fēng)險？一般來說，對于最常見的初級爆炸情況，在工廠的設(shè)計階段通常會被考慮到。而對于二次爆炸情況，由于其后果嚴(yán)重，在安全方面需要重點考慮。在設(shè)計階段，為消除安全隱患而對整體設(shè)計做出一些重要變更。但這些改動可能會導(dǎo)致不可預(yù)知的爆炸后果，造成嚴(yán)重?fù)p失。在密閉設(shè)施中，例如室內(nèi)變電站，如果沒有考慮合理的泄壓措施，那么爆炸事故對內(nèi)部和外部也可能造成非常嚴(yán)重的影響。Gexcon作為在爆炸風(fēng)險領(lǐng)域全球頂尖的咨詢公司，開發(fā)了評估油浸式變壓器安全風(fēng)險水平的方法，該方法可應(yīng)用于任何需要電力變壓器的工廠：如發(fā)電廠，變電站，遠(yuǎn)海和近海的工廠。油浸式變壓器爆炸的最壞工況或概率風(fēng)險分析可采用計算流體動力學(xué)軟件FLACS進(jìn)行模擬。目前Gexcon公司還提供結(jié)構(gòu)響應(yīng)方面的附加服務(wù)（評估/初步設(shè)計），作為爆炸風(fēng)險評估工作的自然延伸。圖8 FLACS模擬變壓器爆炸火焰?zhèn)鞑excon公司使用FLACS軟件研究變壓器爆炸方法FLACS軟件用于模擬二次爆炸的燃燒過程，二次爆炸來源于初級爆炸的產(chǎn)物及絕緣油泄漏被點燃。二次爆炸中，熱解產(chǎn)物的量取決于電弧能量，形成油霧的量取決于儲油裝置的失效形式。理論最壞場景/實際最壞場景方法ü  研究一部分具有代表性的電力故障ü  使用FLACS模擬二次爆炸場景概率風(fēng)險分析方法ü  劃定電弧能量和油霧等級ü  以矩陣的形式列出大量的爆炸場景并使用FLACS模擬ü  為每個爆炸場景計算一個發(fā)生的概率ü  針對主要目標(biāo)以超越曲線的形式呈現(xiàn)結(jié)果Gexcon公司變壓器爆炸研究內(nèi)容電力變壓器相關(guān)服務(wù)ü  技術(shù)規(guī)劃書ü  設(shè)計審查ü  測試故障分析和使用壽命評估爆炸后果模擬和風(fēng)險評估ü  電弧能量估計和原發(fā)性爆炸場景定義ü  二次爆炸場景模擬ü  沖擊波傳播模擬ü  人員和設(shè)備的爆炸損傷評估ü  布局優(yōu)化結(jié)構(gòu)評估和設(shè)計ü  鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預(yù)設(shè)計/評估ü  鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預(yù)設(shè)計/評估事故調(diào)查ü  電氣故障說明ü  爆炸后果說明，備份分析Gexcon參與的變壓器風(fēng)險咨詢案例案例1：Frades II HPP (2010-2014)是一個位于葡萄牙境內(nèi)的水電站地下電站，歸葡萄牙電力運營公司（EDP）所有。Gexcon公司參與了早期的設(shè)計階段，任務(wù)是審查當(dāng)前設(shè)計以減少變壓器爆炸場景的相關(guān)風(fēng)險。初級和二次爆炸場景可通過概率的方法來分析。混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)元件（變壓器巷道入口，變壓器可拆卸壁元件）都進(jìn)行了預(yù)設(shè)計和評估。圖9 Frades II 案例中的FLACS幾何模型圖10 FLACS模擬不同的泄壓布局下的變壓器爆炸壓力隨時間變化情況圖11 FLACS模擬變壓器爆炸的超壓分布案例2：Belmore Park Substation (2010-2011)是澳大利亞，悉尼的一個變電站，歸澳大利亞電網(wǎng)公司（Ausgrid）所有。GexCon參與了整個設(shè)計過程，定義了一個完整的變壓器爆炸場景的解決方法。初步的任務(wù)是用概率風(fēng)險評估框架定義初級和二次爆炸場景并評估了超過15種不同的布局對泄爆的影響。圖12 FLACS模擬不同的泄壓布局下變壓器爆炸的超越曲線