程浩

（中國核電工程有限公司鄭州分公司，鄭州 450000）

1 引言

在各種變電站中，油浸變壓器因其價格低廉等優(yōu)勢，已經(jīng)得到了十分廣泛的應(yīng)用。 但當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，油浸變壓器油坑中大量的油外流又存在諸多問題[1]。一方面事故油外流會造成火災(zāi)蔓延， 另一方面外流的事故油流入雨水管網(wǎng)也會對環(huán)境保護(hù)帶來不利的影響。 隨著國家對安全以及環(huán)保問題越來越重視， 如何科學(xué)高效地處置變電站事故油的排放問題已經(jīng)成為相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)人士關(guān)注的一個熱點。 根據(jù)GB 50229—2019《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》中6.7.8 條規(guī)定，戶外單臺油量為1 000 kg 以上的電氣設(shè)備，應(yīng)設(shè)置貯油或擋油設(shè)施，其容積宜按設(shè)備油量的20%設(shè)計， 并能將事故油排至總事故貯油池。 總事故貯油池的容量應(yīng)按其接入的油量最大的設(shè)備確定，并設(shè)置油水分離裝置。 當(dāng)不能滿足上述要求時，應(yīng)設(shè)置能容納相應(yīng)電氣設(shè)備全部油量的貯油設(shè)施， 并設(shè)置油水分離裝置。

本文將以某工程35 kV 變電站的事故油池的設(shè)計與事故為例，分析如何低成本、高效地設(shè)置事故油池，以達(dá)到安全衛(wèi)生，環(huán)境友好的目標(biāo)。

2 典型事故油池的優(yōu)缺點分析

事故油池根據(jù)油水分離的原理可分為過濾式、 氣浮式和重力式。 因重力式投資成本低，在大多數(shù)變電站的事故油池中都采用重力式。 重力式事故油池一般由進(jìn)油管、出水管、通氣管和人孔等組成。 在沒有發(fā)生事故時，進(jìn)油管和出水管中無液體流動，油池內(nèi)則保存有一定體積的水，水面最高點和出水管管底平齊。 在日常維護(hù)時，需要及時補(bǔ)水，以保證在發(fā)生事故時，事故油池能正常工作。 當(dāng)發(fā)生事故時，油通過進(jìn)油管進(jìn)入油池內(nèi)，因為水的密度比油大，在重力的作用下，油會逐漸上浮，而水則通過出水管被壓出，從而達(dá)到油水分離的目的。 根據(jù)池型的不同， 常見的重力式事故油池又可分為三腔結(jié)構(gòu)事故油池和一體式事故油池兩種。

2.1 三腔結(jié)構(gòu)事故油池

三腔結(jié)構(gòu)事故油池是一種在變電站中較為常見的事故油池，具有自動實現(xiàn)油水分離，施工簡便等特點[2]。它的原理圖如圖1 所示， 油池被兩個隔墻分為1#、2#、3#三個腔體，2#腔體右邊的隔墻比左邊隔墻低。 正常工況下，1#和2#腔體內(nèi)儲存有水，事故發(fā)生時，油通過管道進(jìn)入2#腔體，與2#腔體中的水混合。 因為水的密度比油大，在重力的作用下，油逐漸上浮，通過2#腔體右側(cè)隔墻溢流到3#腔體，水則被壓到1 腔體，并通過排水管排出，最終實現(xiàn)油水分離。

圖1 三腔結(jié)構(gòu)事故油池原理圖

但是三腔結(jié)構(gòu)事故油池因只有1#腔體能夠存貯事故油，會導(dǎo)致油池體積過大，增加投資及用地成本。

2.2 兩腔式事故油池

兩腔式事故油池的池型如圖2 所示， 油池被隔墻分為兩個腔體，兩個腔體通過底部的孔洞連接。 在未發(fā)生事故時，事故油池內(nèi)貯存有一定高度的水，發(fā)生事故時，變壓器油坑內(nèi)的油通過管道從進(jìn)油管排入2#室， 底部的水在油的壓力下通過隔墻底部的孔洞流入1#室，1#室內(nèi)的水位逐漸升高，最終通過排水管，排入室外管網(wǎng)。 兩腔式事故油池相比三腔式少了一個腔體，在一定程度上，減少了油池的體積，但依然還是存在一半的體積沒有被充分利用。

圖2 兩腔式事故油池原理圖

2.3 一體式事故油池

一體式事故油池是變電站中運(yùn)用比較多的事故油池，其與三腔式以及兩腔式最大的不同就是把隔墻取消， 如圖3 所示。 這樣在經(jīng)過油水分離之后，油最終儲存在油池中，不會有閑置空間，大大減少了油池的體積，且池型簡單，施工也十分簡便。 但同時也存在水力停留時間太短，油水分離不徹底，最終排水中依舊存留有油等問題。

圖3 一體式事故油池原理圖

3 35 kV 變電站事故油池設(shè)計計算

3.1 油池設(shè)計計算

本工程事故油池對傳統(tǒng)的一體式事故油池進(jìn)行了改進(jìn)，將油池通過隔墻分成3 格， 油通過管道進(jìn)入， 由于隔墻的作用，在油池內(nèi)做折流流動，大大增加了水力停留時間，使得油水分離的效果更好。

式中，Δh 為進(jìn)油管與出水管的標(biāo)高差，m；h水為出水管底至油水分界面的高度，m；ρ水為水的密度，kg/m3。

圖4 油池計算原理圖

3.2 事故油池的優(yōu)化設(shè)計

1）要確保最終油水分離完成之后，油不會泄露到室外管網(wǎng)中， 就要保證油池中油水混合物的水平流動時間大于油的上浮時間。

最不利情況下，油從油池的最底部開始上浮，油的上浮速度為v1=0.07 mm/s[4]，取油水混合液體在油池中水平方向流速為v2=3.0 m/s，出水管距離池底部h′=0.2 m。

油池的長度假設(shè)為L，為保證油水能完全分離，則需：

可得，L>8.57 m。

即油池的長度應(yīng)大于8.57 m。 如果想滿足此長度，則會大大增加油池的體積，增加投資和用地成本，因此，本工程事故油池對傳統(tǒng)的一體式事故油池進(jìn)行了改進(jìn)， 將油池通過隔墻分成3 格，油通過管道進(jìn)入，由于隔墻的作用，在油池內(nèi)做折流流動，油池的長度為3 m，通過設(shè)置兩個隔墻，總的水流長度為9 m，滿足油上浮所需的水力停留時間要求。

2）一般的事故油池進(jìn)油管都是平行于池底，這樣會使油水混合物會呈拋物線流出，一方面使流程變短，另一方面也因其沖擊力過大會使油水進(jìn)一步混合。 本工程對此進(jìn)行了改進(jìn)，使進(jìn)油管的進(jìn)油口朝下，改變了油的流態(tài)，使得流程變長，保證油水分離有足夠的水力停留時間。

3）將出水管底部局部下沉，并將出水管伸入池底部，這樣在最終油水分離完成之后， 出水管底部處仍然會保留一定體積的水，可以有效防止油通過排水管排入室外管網(wǎng)中，達(dá)到環(huán)境友好的目的。 最終的事故油池如圖5 所示。

圖5 事故油池平面圖

3.3 事故油池設(shè)計中需要注意的問題

1）為方便檢修，事故油池需設(shè)置人孔，人孔及其蓋板應(yīng)該高出地面，并在池體設(shè)置通氣管，事故油池內(nèi)應(yīng)設(shè)置鋼爬梯[5]。

2）因事故油池設(shè)置為淹沒出流，為防止初期油水混合物分離不及時，廢油直接從排水管排出，油池內(nèi)在投用時，應(yīng)注入一定高度的水，水位與出水管管底平齊。 平時需注意維護(hù)，若發(fā)現(xiàn)水位過低，應(yīng)該及時補(bǔ)水。 在暴雨過后，應(yīng)該對池內(nèi)水位進(jìn)行檢測，如發(fā)現(xiàn)池內(nèi)水位高于出水管，則應(yīng)及時排出，以免發(fā)生事故時，油不能排入油池。

3）油池應(yīng)注意做放水防滲設(shè)計，以避免油水滲入地下，進(jìn)而對環(huán)境造成污染。

4 結(jié)語

在變電站設(shè)置事故油池對于及時阻斷火災(zāi)和環(huán)境保護(hù)中都有極其重要的意義。 傳統(tǒng)一體式事故油池油水分離不徹底，油會泄露到環(huán)境中，進(jìn)而對環(huán)境造成污染。 本工程在傳統(tǒng)事故油池的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。 在不增加油池體積的前提下，通過增加隔墻， 改變進(jìn)油管的進(jìn)油方向以及將出水管底部局部下沉等措施，使油水混合物在油池內(nèi)做折流流動，增加了水力停留時間，大大提高了油水分離的效果，達(dá)到了安全，經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好的設(shè)計目的。 本事故油池的設(shè)計對之后類似工程的設(shè)計運(yùn)用也有一定的參考意義。