变电站穿墙套管防火隔墙板设计与耐火极限研究.pdf
《变电站穿墙套管防火隔墙板设计与耐火极限研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《变电站穿墙套管防火隔墙板设计与耐火极限研究.pdf(10页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 38 卷 第 2 期2023 年 4 月Vol.38 No.2Apr.2023电力学报JOURNAL OF ELECTRIC POWER文章编号:1005-6548(2023)02-0136-10 中图分类号:TU545 文献标识码:B 学科分类号:47040DOI:10.13357/j.dlxb.2023.015开放科学(资源服务)标识码(OSID):变电站穿墙套管防火隔墙板设计与耐火极限研究樊习英,王正,谢东升,张立伟,樊勖皓,张耀飞(国网山西省电力公司 经济技术研究院,太原 030013)摘要:为解决变电站穿墙套管部位的防火问题,以变电站 10 kV穿墙套管为例,根据电压、墙体的设计
2、厚度、最小安全净距的要求,提出了两套穿墙套管、防火隔墙板的构造设计和施工方案方案。通过 ABAQUS软件对不同方案下的穿墙套管和防火隔墙板的耐火极限进行了计算分析,并对两种防火隔墙板的特点进行了比较。数据表明,方案 1以岩棉板为保温隔热防火层,采取“外侧 14 mm 水泥纤维板+中间 53.5 mm 厚岩棉板+中间 50 mm50 mm5 mm的方钢管(方钢管安装穿墙套管)+中间 53.5 mm厚岩棉板+内侧 14 mm厚水泥纤维板”的构造设计,可满足 3 h耐火极限,在 ISO 标准火灾作用 3 h 下,隔墙板背火面平均升温仅为 20 27.4,中部方钢管的温度为 530 550,能够保证穿
3、墙套管的安全而不至于脱落。方案 2采用 SiO2气凝胶为保温隔热防火层进行了计算分析,模拟测试结果显示其厚度须70 mm,防火隔墙板采用“外侧 14 mm 水泥纤维板+中间 70mm 厚+内侧 10 mm 厚钢板(钢板安装穿墙套管)”的构造设计,满足 3 h耐火极限后,背火面平均温升仅为 104.8,安装穿墙套管的钢板在 3 h火灾作用下不会发生软化变形。总之,两套方案均可为同类工程项目提供有意义的参考,且 SiO2气凝胶保温板隔墙板为新型绿色建材,有效降低了墙体厚度、减轻墙体重量,可推广应用至配电室装配式墙体。关键词:变电站;穿墙套管;防火隔墙板;气凝胶保温板;SiO2;耐火极限;数值模拟D
4、esign of Fireproof Partition Panel of Wall Tube Insulator in Substation and Its Fire-Resistant LimitFAN Xiying,WANG Zheng,XIE Dongsheng,ZHANG Liwei,FAN Xuhao,ZHANG Yaofei(Institute of Economics and Technology,State Grid Shanxi Electric Power Company,Taiyuan 030013,China)Abstract:In order to solve th
5、e problem of fire prevention in the wall bushing of substation,taking the 10 kV wall bushing of substation as an example,according to the requirements of voltage,design thickness of wall and minimum safety net distance,the structural design and construction scheme of two sets of wall bushing and fir
6、e partition wall board are put forward.The fire resistance limits of the wall bushing and the fire partition board under different schemes were calculated and analyzed by ABAQUS software,and the characteristics of the two fire 山西省电力行业技术论坛 收稿日期:2022-11-15基金项目:国网山西省电力公司科技项目(国网山西经研院 2021年第二批群众性科技创新项目,5
7、20533210007)。作者简介:樊习英(1975),女,本科,高级工程师,从事变电站土建设计与评审工作,;王正(1977),男,硕士,高级工程师,从事主配网规划研究及项目评审管理工作,;谢东升(1978),男,硕 士,教 授 级 高 级 工 程 师,从 事 输 变 电 线 路 设 计、评 审 以 及 项 目 评 审 管 理 工 作,;张立伟(1982),女,硕士,高级工程师,从事电网工程保护及自动化专业研究工作,;樊勖皓(1973),男,硕士,高级工程师,从事电气一次设计与评审工作,;张耀飞(1982),男,硕士,高级工程师,从事变电土建技术的评审及研究工作,。引文格式:樊习英,王正,谢东
8、升,等.变电站穿墙套管防火隔墙板设计与耐火极限研究 J.电力学报,2023,38(02):136-145.DOI:10.13357/j.dlxb.2023.015.第 2 期樊习英,等:变电站穿墙套管防火隔墙板设计与耐火极限研究partition boards were compared.The results show that the scheme 1 takes the rock wool board as the thermal insulation fire protection layer,and adopts the structural design of“14 mm ceme
9、nt fiberboard(outside)+53.5 mm rock wool board(middle)+50 mm50 mm5 mm square steel pipe(being used to install wall tube insulator)+53.5 mm thick rock wool board(middle)+14 mm cement fiberboard(inside)”,which can meet the 3 h fire resistance limit.Under the ISO standard fire action for 3 h,the averag
10、e temperature rise of the back fire surface of the partition board is only 20 27.4,and the temperature of the middle square steel pipe is 530 550.It can ensure the safety of the wall bushing without falling off.Scheme 2 uses SiO2 aerogel as the thermal insulation and fire-proof layer.The test result
11、s show that the thickness should be 70 mm.The fire-proof partition wall board adopts the structural design of“14 mm cement fiberboard(outside)+70 mm aerogel insulation board(middle)+10 mm thick steel plate(inside)”.After meeting the 3 h fire resistance limit,the average temperature rise of the back
12、fire surface is only 104.8,and the steel plate installed with wall bushing will not soften and deform under 3 h fire.In short,both schemes can provide a meaningful reference for similar projects,and the SiO2 aerogel insulation board partition wallboard is a new type of green building material,which
13、effectively reduces the wall thickness and reduces the wall weight.Key words:transformer substation;wall tube insulator;fireproof partition panels;aerogel insulation board;SiO2;fire-resistant limit;numerical simulation0 引言 目前,变电站内配电装置室与户外主变压器之间多采用母排连接,母排进入配电装置室的穿墙套管隔板一般采用钢板。变电站占地面积越来越小,户外变压器距离配电装置室的
14、距离越来越近,穿墙套管对变压器运行的安全稳定性的作用越来越重要。刘海彬等1研究发现不锈钢套筒的最大电场能量比铸铁套管约低 56%,套管红外成像温度明显降低;周榆晓等2提出做好防止涡流过热的措施可以预防穿墙套管故障的发生;李延祥等3研究发现用硅橡胶材料进行封堵可以解决配电室穿墙套管故障问题。配电装置室靠近户外主变压器一侧的墙体应为防火墙,当有电气套管穿越防火墙时,应采用耐火极限为 3 h的电缆防火封堵材料或防火封堵组件进行封堵4。目前穿墙套管部位通常采用的钢板构造较难满足耐火极限要求,为改善变电站穿墙套管防火墙的防火能力,陈京华等5通过对防火材料进行防火包覆实验,研究了各组分材料对变电站主体结构
15、保温性能的影响;王猛等6制备了一种室温固化阻燃有机硅高分子封堵材料。为解决目前变电站穿墙套管部位的防火问题,本研究以变电站装配式纤维水泥墙板安装 10 kV 穿墙套管为例,针对穿墙套管隔墙板构造进行了防火设计及耐火极限有限元仿真计算,以此消除变电站潜在的消防安全隐患。1 穿墙套管防火隔墙板的设计 1.1穿墙套管及防火墙用保温防火材料1.1.1穿墙套管规格本研究以变电站采用 135 mm 厚水泥纤维板钢龙骨装配式墙板为例,根据电压、墙体的设计厚度、最小安全净距等要求进行穿墙套管的选择和隔墙板的设计。高压配电装置设计规范(DL/T 53522018)7要求屋外、屋内配电装置的最小安全净距为:当系统
16、标称电压为 10 kV 时,屋外最小安全净距为 200 mm,屋内最小安全净距为 125 mm,因此穿墙套管选择 CWW-24/4000型,如表 1和图 1所示。表 1穿墙套管型号及尺寸Tab.1Model and size of wall tube insulator产品型号CWW-24/4000额定电压/kV20额定电流/A4 000套管主要尺寸/mmL925L1695L2360L314L4115B235d1(数量)18(4)d2(数量)15(4)a125a250a350b100b1810137第 38 卷电力学报1.1.2防火隔墙用保温防火材料目前,市面上常用的防火保温墙体材料有发泡水泥
17、、发泡陶瓷、无机岩棉板材等,导热系数分别为 0.070 W/(mK)、0.085 W/(mK)、0.04 W/(mK)。此外,山西省国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035年远景目标纲要8明确提出要培育 SiO2气凝胶等绿色建材新型产品。新型无机气凝胶保温板材导热系数可低至 0.018 W/(mK),具有优良的保温隔热防火性能。因此,为对接山西省新材料发展方向,本研究分别选用岩棉板和无机纳米气凝胶保温板作为穿墙套管防火隔墙板的保温防火材料,进行方案的比较分析。1.2岩棉板防火隔墙板设计1.2.1防火隔墙板的构造设计穿墙套管岩棉板防火隔墙板采用岩棉板保温材料、穿墙套管型号为 CWW-24/
18、4000,墙体中部安装方钢管固定穿墙套管。墙体施工时预留孔洞,孔洞由预埋扁钢作为龙骨支撑,墙体中间预埋扁钢四周焊接角钢,两侧角钢焊接方钢管,使方钢管中轴线与墙体中轴线垂直相交。方钢管一侧焊接带孔小钢板用以固定穿墙套管。安装时,先将穿墙套管从墙体外侧穿过方钢管,然后由方钢管向内外两侧依次填充 53.5 mm 岩棉板和 14 mm 水泥纤维板并填堵各材料之间的间隙。水泥纤维板与岩棉用粘结砂浆粘接,墙体与穿墙套管之间的缝隙用耐火温度800 的无机防火密封胶封堵。洞口与岩棉板之间的缝隙同样用耐火材料填堵。具体如图 2所示。由图 2可见该岩棉板防火隔墙厚度与原始墙体一致,可保证墙体整体美观。图 1CWW
19、-24/4000型穿墙套管Fig.1CWW-24/4000 wall tube insulator 图 210 kV穿墙套管岩棉板防火隔墙设计Fig.2Design of 10 kV rock wool board fireproof partition for wall tube insulator138第 2 期樊习英,等:变电站穿墙套管防火隔墙板设计与耐火极限研究1.2.2带电距离计算屋外带电距离为L2(墙体厚度/2方钢管边长/2)=360(135/250/2)=317.5 mm200 mm(最小安全净距);屋内带电距离为L1(屋外带电距离+墙体厚度)=695(317.5+135)=24
20、2.5 mm125 mm(最小安全净距)。带电距离满足 高压配电装置设计规范(DL/T 53522018)7要求的最小安全净距。1.3气凝胶保温板防火隔墙板设计1.3.1防火隔墙板的设计方法穿墙套管气凝胶保温板防火隔墙板采用了新型气凝胶保温板,该气凝胶保温板是 SiO2气凝胶与无机纤维合成的一种复合保温材料。穿墙套管型号为 CWW-24/4000,墙体中部安装钢板固定穿墙套管。墙体施工时预留孔洞,孔洞由预埋扁钢作为龙骨支撑,在墙体中间的预埋扁钢四周焊接角钢,穿墙套管所穿钢板从外侧与上下两侧的角钢栓接。安装时,先将穿墙套管从墙体外侧穿过钢板,然后由钢板外侧向外依次填充48.5 mm 气凝胶保温板
21、和 14 mm 水泥纤维板并填堵各材料之间的间隙。气凝胶保温板与钢板采用耐火温度800 的防火结构胶粘接;水泥纤维板与气凝胶保温板用粘结砂浆粘接,墙体与穿墙套管之间的缝隙、洞口与气凝胶保温板之间的缝隙同样用耐火温度800 的无机防火密封胶封堵,具体如图 3所示。1.3.2带电距离计算屋外带电距离为L2-(墙体厚度/2+钢板厚度/2)=360-(135/2+10/2)=287.5 mm 200 mm(最小安全净距)。屋内带电距离为L1-L2=695-360=335 mm 125 mm(最小安全净距)。带电距离满足高压配电装置设计规范(DL/T 53522018)7要求的最小安全净距。2 穿墙套管
22、隔墙板耐火极限数值模拟计算 2.1穿墙套管防火隔墙板的有限元模型与计算方法2.1.1有限元模型的建立采用大型有限元软件 ABAQUS中的瞬态热传导分析方法对穿墙套管隔墙板的耐火极限进行数值模拟图 310 kV穿墙套管气凝胶保温板防火隔墙设计Fig.3Design of 10 kV aerogel insulation board fireproof partition for wall tube insulator139第 38 卷电力学报计算,重点分析穿墙套管在火灾条件下的热传导和温度场分布。首先使用 SolidWorks软件对穿墙套管防火隔墙板各组件进行 3D 建模,然后导入 ABAQUS
23、有限元分析软件中建立仿真模型。穿墙套管隔墙板各组件所用材料常温下的热工参数见表 29-10。由于穿墙套管主体为陶瓷材质,因此穿墙套管近似取用陶瓷材料的热工参数。材料的导热系数通常会随着温度的升高而逐渐增大,进而降低保温材料高温下的保温隔热性能。因此在计算火灾条件下的材料耐火极限时,必须考虑温度对材料导热系数的影响。图 4和图 5分别为岩棉板11和气凝胶保温板的导热系数随着环境温度升高的变化趋势。由于穿墙套管防火隔墙中的水泥纤维板和钢板为外层结构层,不是主要的保温隔热层,因此为简化计算,将这两种材质的热工参数设置为常数。由图 4 可知,岩棉板的导热系数与温度呈线性关系。常温条件下(即 20 时)
24、,岩棉板的导热系数为0.039 W/(mK),但是当环境温度升高到 1 200 时,导热系数增加到 0.259 W/(mK),是常温下导热系数的 6.64倍。由图 5可知,气凝胶保温板的导热系数随着温度增加呈二次函数关系,气凝胶保温板常温下导热系数仅为 0.018 W/(mK),具有优良的隔热性能,但是当环境温度升高到 1 200 时,气凝胶保温板的导热系数增加到了 0.277 W/(mK),是常温下导热系数的 15.39倍。由此可见,在火灾高温影响下,气凝胶保温板的导热系数增加率比岩棉板要高。但是,鉴于气凝胶保温板前期较低的隔热性能,其耐火极限可能比岩棉板时间更长。2.1.2网格划分与边界条
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 变电站 穿墙 套管 防火 隔墙板 设计 耐火 极限 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。