GIS设备预制舱爆破压力泄压分析

时间：2022-10-18 23:48:10

关键字： GIS设备泄压口泄压分析

手机看文章

扫描二维码
随时随地手机看文章

[导读]摘要:以GIS设备预制舱为研究对象,研究具备泄压口的预制舱内电力设备电气故障引起舱内压力随时间变化的情况。采用CFD软件进行瞬态流场分析,获得了各时间点舱内压力分布情况和流体流动情况,由分析可知舱内压力在3s内始终小于3.7kPa,在预制舱压力安全阈值以内,证明舱体安全可靠。

引言

预制舱内电力设备电弧故障严重影响电力系统的安全稳定运行,故障时产生的瞬态高压爆炸效应给设备、工作人员以及建筑物的安全带来了严重的威胁。开关柜内部短路燃弧的发生率约为1.3面/(10000面·年),虽然概率较低,但我国高压开关柜的装配量高达数百万面,因此,开关柜内部短路爆炸事故一直是电力系统无法忽视的安全隐患。2011年,Iwata、Tanaka与ohtaka等人将流体动力学方程应用到内部燃弧故障分析中,该方程是在连续性、动量、能量守恒和气体状态等方程基础上研究发展而来的计算流体动力学(ComputationalFluidDynamic,CFD)计算法,该方法运用了有限体积法(FiniteVolumeMethod,FVM)对研究区域进行离散化,从而导出基于单元节点变量的线性方程组并加以求解,可以方便地获得内部压力状态和流动情况。

文献中利用CFD法计算了封闭容器内部不同频率电弧电流引起的压力升大小,并分析了压力升幅值、振荡周期随时间和电弧能量的变化规律:文献中基于CFD法研究了气体密度、介质类型、电极材料以及容器尺寸等对热转换系数的影响情况。

对于具有泄压口的GIS设备预制舱,其内部压力仿真计算目前鲜见报道,因此,本文以某GIS设备预制舱为研究对象,研究具备泄压口的GIS设备预制舱内设备电气故障引起舱内压力随时间变化的情况。采用CFD软件进行瞬态流场分析,获得了各时间点舱内压力分布情况和流体流动情况,由分析可知舱内压力在3s内始终小于3.7kPa,在GIS设备预制舱压力安全阈值以内,证明舱体安全可靠。

1GIS设备预制舱和泄压口介绍

由于需要进行流场分析,文中对GIS设备预制舱体进行了简化,忽略舱体内壁不影响流体的细节,考虑体积影响,将内部设备所占体积用块体模型代替。如图1所示,舱体尺寸为13m×6m×3.24m:4个泄压口,位于预制舱顶部,单个泄压口尺寸为740mm×440mm。

2电气故障压力情况

根据内部电力设备方提供的资料,设备内的气体泄漏会随时间变化逐渐增加舱内气压,整个故障局部瞬间最大峰值为15kPa(即爆破膜处局部压力),气体泄漏达到泄压口的开启压强1.1kPa,舱体开始泄压。设备故障气体泄漏的时间是2.5s,到达2.5s设备将停止运行。设备有多个气体隔室,隔室内有多个防爆膜(直径约15mm的圆,内部情况如图2所示),设备发生燃弧故障,防爆膜就会打开。