《Process Safety and Environmental Protection》：Evaluation Method for Explosion Resistance of Oil-Immersed Power Equipment Tanks Under Internal Arcing Faults
编辑推荐：
基于双向流体结构相互作用模型研究变压器油热解及结构响应机制，提出融合油品热解动力学的多组分连续性方程和孔隙介质压力阀动态模型，通过0.65MJ和1.28MJ实验验证，最大压力误差9.65%，应力误差26.97%，建立电磁-热-物理化学-结构多物理场耦合仿真框架。
王翔|何宇欣|王珂|杨丽军|袁园|赵一坤|张宗亮|李嘉曦|陈晨
中国重庆大学电气工程学院电力传输设备技术国家重点实验室，重庆400044
摘要
为了提高电力变压器的防爆性能并支持变压器油箱的结构评估，提出了一种双向流固耦合数值方法。该方法预测了由油热解产生的气体、压力波的传播以及内部电弧故障引起的油箱结构的动态响应。通过考虑绝缘油的热解动力学，基于质量守恒建立了两相多组分连续性方程，以捕捉绝缘油的完整演变过程，从异质热解（定义为蒸发相变和初始热解）到气相均匀深度热解。基于电荷守恒，将电弧能量作为体积热源纳入能量方程，以驱动油的热解。此外，通过向动量方程中添加阻力源项，采用多孔介质方法对压力释放阀的动态行为进行了建模。在分体式油箱电弧平台上进行了两次实验，能量分别为0.65 MJ和1.28 MJ，验证了模型的准确性。仿真结果在压力和应力时间历程上与实验数据吻合良好，准确再现了压力冲击、气泡脉动和排气现象。峰值压力和应力的最大相对误差分别为9.65%和26.97%，质量守恒误差在1.14%以内。这项工作为阐明气体生成和压力传播机制提供了有效工具，为变压器油箱的防爆设计和安全评估提供了定量依据。
章节摘录
引言
随着电网向更高电压水平和更大容量发展（Ren等人，2025年），电力变压器绝缘系统所承受的电应力达到了前所未有的水平（Liu等人，2017年）。在超高压环境下，微小的缺陷（如微量水分和颗粒）变得至关重要，容易引发绝缘击穿和电弧形成（Luo等人，2024年；Chen等人，2025年）。一旦形成油浸电弧，油箱和绝缘油会经历三个阶段：
整体建模框架
为了模拟变压器油箱内部电弧故障引起的动态过程，开发了一种双向流固耦合（FSI）数值模型。该模型同时求解流体和结构域的问题。在流体域中，通过电弧能量驱动，定量计算了与液-气相变和热解过程中物种转换相关的质量传递量。基于这些计算结果，进一步分析了动态演变过程
实验
有载分接开关（OLTC）是唯一在正常运行条件下会产生电弧的变压器组件。其相对隔离的内部空间使得实验中火灾或爆炸故障的后果更易于控制。因此，选择变压器OLTC作为本研究的对象。OLTC通常安装在变压器的一侧，分流开关和分接选择器垂直布置。
结论
- (1)
建立了一个完整的仿真框架，涵盖了电磁、热、物理化学和结构过程。该框架阐明了从电弧能量沉积到油蒸发和热解、气泡动态，最终到油箱结构响应的因果链。这种方法克服了TNT等效法和经验气体生成率方法的物理局限性，为油箱强度评估提供了更接近实际条件的动态压力输入。
- (2)
CRediT作者贡献声明
李嘉曦：资源管理、项目协调、资金获取、数据整理。陈晨：指导、研究、数据分析、形式化分析。王翔：撰写初稿、验证、软件开发、方法设计、研究、数据分析、概念构思。王珂：指导、资源管理、项目协调、资金获取。何宇欣：数据可视化、指导、资源管理、研究、数据分析、概念构思。袁园：指导、资源管理、项目协调
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了中国国家重点研发计划（项目编号2023YFB2407003）的支持。
