CN104267637A - 一种输电线路山火跳闸试验平台数据全自动采集和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路山火跳闸试验平台数据全自动采集和控制方法，开启调压器电源，调节调压器使输电线路电压至待模拟的输电线路电压等级；泄漏电流采集装置和变压器高压侧电压的测量值传送至调理电路并转换为数字信号，再传输至数据采集卡；数据采集卡采集的电流、电压数据经过PCI总线传输至计算机，通过计算机上安装的基于LabView软件开发的输电线路山火跳闸试验软件分析，得到输电线路山火跳闸试验平台的泄漏电流、输电线路电压数据；待燃烧稳定后，观察模拟输电线路放电过程。本发明自动准确完整采集输电线路山火跳闸实验过程中温度、燃料重量、烟尘浓度、火焰电导率、火焰中电子离子浓度、风速风向以及输电线路的电流电压等数据。

Description

一种输电线路山火跳闸试验平台数据全自动采集和控制方法

技术领域

本发明涉及输电线路山火防治技术领域，尤其涉及一种输电线路山火跳闸试验平台数据全自动采集和控制方法。

背景技术

近年来，受持续干旱天气以及输电线路附近居民生产生活的影响，输电线路走廊内山火事故频发，严重威胁了电网的安全稳定运行。在山火导致的输电线路跳闸机理研究方面，国内外许多科研工作者通过建立输电线路山火跳闸模拟实验室进行了许多探索。目前还没有输电线路山火跳闸平台的数据自动采集和监控系统，在试验过程中大多根据实验现象人工记录某一时间点的数据。

现有输电线路山火跳闸平台的数据采集方法存在诸多问题，具体表现在以下几个方面：

1、由于山火条件下输电线路跳闸机理复杂，需要记录的数据特别多，人工记录数据的方式，存在读数出错的问题，大大增加了实验人员工作量，降低了实验效率；

2、输电线路山火跳闸影响因素亦随燃烧过程的变化而不断变化，因此，定时间点记录方式难以保证输电线路山火跳闸数据的准确性和完整性，从而得出不准确的输电线路山火跳闸与影响因素的规律，对实际电网防山火指导性不够；

3、在输电线路山火跳闸实验过程中，燃烧台附近受辐射热而温度较高，且山火条件下输电线路存在击穿空气间隙的可能，对靠近输电线路山火跳闸试验平台的记录人员造成人身安全威胁。

另外，由于许多测量设备不能在模拟输电线路加高电压的条件下进行测量，否则会导致输电线路对测量设备放电。因此，现有输电线路山火跳闸试验没有采集电离程度、烟尘浓度等数据，不能定量分析对这些因素输电线路山火跳闸的影响。

因此，本发明提出了一种输电线路山火跳闸试验平台数据全自动采集和控制方法，该方法自动准确完整采集输电线路山火跳闸实验过程中温度、燃料重量、烟尘浓度、火焰电导率、火焰中电子离子浓度、风速风向以及输电线路的电流电压等数据，并传输到控制室供展示，同时，可以通过控制燃烧物、燃烧状态保证数据采集的准确性。

发明内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种输电线路山火跳闸试验平台数据全自动采集和控制方法，可以采集输电线路山火跳闸实验过程中温度、燃料重量、烟尘浓度、火焰电导率、火焰中电子离子浓度、风速风向以及输电线路的电流电压等数据，通过控制燃烧物、燃烧状态保证数据采集的准确性。

本发明提出的一种输电线路山火跳闸试验平台数据全自动采集和控制方法，包括如下步骤：

（1）设置一种输电线路山火跳闸试验平台数据全自动采集系统，该系统包括电源模块、测量模块、燃烧台、模拟输电线路、调理电路、数据采集卡和计算机，模拟输电线路、燃烧台均设置在实验室内，电源模块依次通过调压器、变压器与输电线路连接，测量模块采集的信号通过调理电路与数据采集卡连接，数据采集卡通过PCI总线与计算机连接，计算机上设有跳闸实验控制台、采集数据显示平台和视频显示平台； 

    测量模块包括热电偶、重量传感器、粉尘浓度测量仪、电阻仪、离子探针、风速传感器、泄漏电流采集装置、分压器和高速摄像机，热电偶设置在燃烧台上方用于测量不同火焰高度的温度；重力传感器安装在燃烧台的金属板上；粉尘浓度测量仪采用枪头采集不同高度的烟气用于分析空气中烟尘的浓度；电阻仪测量火焰上部的铁丝网与燃烧台上金属板之间的间隙电导率即为火焰电导率；离子探针置于输电线路下方0.8～1.2m处左右的烟羽流中；风速传感器置于燃烧台上方0.8～1.2m处；泄漏电流采集装置一端接火焰底部，另一端接地；输电线路电压直接采集分压压器高压侧电压值；高速摄像机的镜头用于对准燃烧台、火焰以及或模拟输电线路；

（2）称取A单位的燃烧物置于燃烧台，控制液态燃料喷嘴将B单位汽油喷洒在燃烧台的燃烧物上，将火种投掷在燃烧台点燃燃烧物，然后打开鼓风机并控制鼓风机风量大小；

（3）测量模块中的热电偶、重量传感器、烟尘浓度监测仪、电阻仪、离子探针、风速传感器测量相应信号，将信号传输至调理电路并转换为数字信号，再传输至数据采集卡；

（4）数据采集卡采集的数据经过PCI总线传输至计算机，通过计算机上安装的基于LabView软件开发的输电线路山火跳闸试验软件分析，得到输电线路山火跳闸试验平台的温度、重量、烟尘浓度、火焰电阻、离子浓度、风速风向数据；

（5）作出步骤（2）中汽油燃料的质量损失曲线，以表征燃烧过程中不同时刻的燃烧速率和燃烧强度；

（6）待燃烧台上火焰减弱至预设时间，关闭鼓风机，采用自动喷淋灭火方法将燃烧台火焰熄灭，撤离山火跳闸试验平台的热电偶阵列、烟尘浓度检测仪、电阻仪、离子探针以及风速传感器，清理燃烧台的残留燃烧物，加大排烟窗排烟功率，将实验室内温度和湿度降至燃烧前状态；

（7）打开高速摄像机，调整摄像头对准燃烧台、空气间隙以及输电线路；

（8）称取步骤（2）中相同重量的同类燃烧物置于燃烧台上，控制汽油喷嘴将步骤（2）中相同重量汽油喷洒在燃烧台的燃烧物上，将火种投掷在燃烧台点燃燃烧物，然后打开鼓风机并控制鼓风机风量大小；

（9）开启调压器电源，调节调压器使输电线路电压至待模拟的输电线路电压等级；

（10）将步骤（1）的泄漏电流采集装置和变压器高压侧电压的测量值传送至调理电路并转换为数字信号，再传输至数据采集卡；

（11）数据采集卡采集的电流、电压数据经过PCI总线传输至计算机，通过计算机上安装的基于LabView软件开发的输电线路山火跳闸试验软件分析，得到输电线路山火跳闸试验平台的泄漏电流、输电线路电压数据；

（12）作出步骤（8）中汽油燃料的质量损失曲线，以表征燃烧过程中不同时刻的燃烧速率和燃烧强度；本发明采用引入两次汽油燃料燃烧质量损失曲线差值作为反馈，控制鼓风机风量，以使两次燃烧尽量一致；

（13）待燃烧稳定后，观察输电线路放电过程，若输电线路跳闸，转至步骤（14），若输电线路不跳闸，转步骤（15）；

（14）关闭调压器电源，关闭鼓风机，采用自动喷淋灭火方法将燃烧台火焰熄灭，关闭高速摄像机；

（15）待燃烧台火焰减弱至与步骤（6）中的预设时间相同，关闭鼓风机，采用自动喷淋灭火方法将燃烧台火焰熄灭，关闭高速摄像机。

     本发明提出的一种输电线路山火跳闸试验平台数据全自动采集和控制方法，自动数据采集系统操作方便、简单，数据采集、传输稳定可靠；可自动采集输电线路山火跳闸实验过程中温度、燃料重量、烟尘浓度、火焰电导率、火焰中电子和离子浓度以及输电线路的电流电压数据，大大减少实验人员工作量，从而提高工作效率，并可解决存在读数出错的问题；利用传感器在线采集数据并利用LabVIEW实时记录和处理数据，解决输电线路山火跳闸影响因素亦随燃烧过程的变化而不断变化的问题，可以完整地获取输电线路山火跳闸数据；利用称重平台、助燃汽油控制以及引入燃料重量曲线差反馈控制鼓风机风量等手段，使两次燃烧过程基本一致，以获取准确的输电线路山火跳闸数据，从而得到更加精准的输电线路山火跳闸模型；将采集信号传输至计算机用于展示和控制，可避免实验人员需要靠近输电线路山火跳闸试验平台记录数据而导致的人身安全威胁。

附图说明

图1为本发明中输电线路山火跳闸模拟平台数据采集系统的结构示意图。

图2为本发明中输电线路山火跳闸模拟平台数据采集系统各模块连接结构示意图。

图中：1、电阻仪，2、风速传感器，3、泄漏电流采集装置，4、燃烧台，5、鼓风机，6、重量传感器，7、调理电路，8、数据采集卡，9、PCI总线，10、跳闸实验控制台，11、采集数据显示平台，12、调压器，13、变压器，14、离子探针，15、高速摄像机，16、粉尘浓度测量仪，17、热电偶，18、视频显示平台。

具体实施方式

如图1、图2所示，图1为本发明中输电线路山火跳闸模拟平台数据采集系统的结构示意图；图2为本发明中输电线路山火跳闸模拟平台数据采集系统各模块连接结构示意图。

本发明提出的本发明提出的一种输电线路山火跳闸试验平台数据全自动采集和控制方法，包括如下步骤：

（1）设置一种输电线路山火跳闸试验平台数据全自动采集系统，该系统包括电源模块、测量模块、燃烧台4、模拟输电线路、调理电路7、数据采集卡8和计算机，模拟输电线路、燃烧台4均设置在实验室内，电源模块依次通过调压器12、变压器13与模拟输电线路连接，测量模块采集的信号通过调理电路7与数据采集卡8连接，调理电路7包括相连的过电压保护电路和放大滤波电路，数据采集卡8通过PCI总线9与计算机连接，计算机上设有跳闸实验控制台10、采集数据显示平台11和视频显示平台18；

测量模块包括热电偶17、重量传感器6、粉尘浓度测量仪16、电阻仪1、离子探针14、风速传感器2、泄漏电流采集装置3以及高速摄像机15，参照图1，热电偶17采用市售WRN-230型热电偶，热电偶17等间距安装在焊接成的热电偶阵上，测量不同火焰高度的温度；重量传感器采用市售CS-13-5T型重量传感器，安装燃烧台4上的金属板下方；粉尘浓度测量仪16采用枪头采集不同高度的烟气用于分析空气中烟尘的浓度；电阻仪1测量火焰上部的铁丝网与燃烧台上金属板之间的间隙电导率，即为火焰电导率；离子探针14采用侵入式开关型系列离子式火检探针，分别置于输电线路下方1m处左右的烟羽流；风速传感器2采用市售FC-2A1型风速传感器，置于燃烧器上方1m处；泄漏电流采集装置3一端接燃烧台火焰底部，另一端接地；输电线路电压直接采集变压器13高压侧电压值；数据采集卡8采用市售型号GPIB-USB-HS采集卡；高速摄像机15的镜头用于对准燃烧台、火焰以及或模拟输电线路；

（2）称取A单位的燃烧物置于燃烧台，控制液态燃料喷嘴将B单位汽油喷洒在燃烧台4的燃烧物上，将火种投掷在燃烧台点燃燃烧物，然后打开鼓风机5并控制鼓风机5风量大小；

（3）测量模块中的热电偶17、重量传感器、烟尘浓度监测仪16、电阻仪1、离子探针14、风速传感器2测量相应信号，将信号传输至调理电路7并转换为数字信号，再传输至数据采集卡8；

（4）数据采集卡8采集的数据经过PCI总线9传输至计算机，通过计算机上安装的基于LabView软件开发的输电线路山火跳闸试验软件分析，得到输电线路山火跳闸试验平台的温度、重量、烟尘浓度、火焰电阻、离子浓度、风速风向数据；

    （5）作出步骤（2）中汽油燃料的质量损失曲线，以表征燃烧过程中不同时刻的燃烧速率和燃烧强度；

（6）待燃烧台上火焰减弱至预设时间，关闭鼓风机5，采用自动喷淋灭火方法将燃烧台火焰熄灭，撤离山火跳闸试验平台的热电偶阵列、烟尘浓度检测仪16、电阻仪1、离子探针14以及风速传感器2，清理燃烧台的残留燃烧物，加大排烟窗排烟功率，将实验室内温度和湿度降至燃烧前状态；

（7）打开高速摄像机15，调整摄像头对准燃烧台、空气间隙以及输电线路；

（8）称取步骤（2）中相同重量的同类燃烧物置于燃烧台4上，控制汽油喷嘴将步骤（2）中相同重量汽油喷洒在燃烧台的燃烧物上，将火种投掷在燃烧台点燃燃烧物，然后打开鼓风机5并控制鼓风机风量大小；

（9）开启调压器电源，调节调压器12使输电线路电压至待模拟的输电线路电压等级；

（10）将步骤（1）的泄漏电流采集装置和变压器高压侧电压的测量值传送至调理电路7并转换为数字信号，再传输至数据采集卡8；

（11）数据采集卡8采集的电流、电压数据经过PCI总线9传输至计算机，通过计算机上安装的基于LabView软件开发的输电线路山火跳闸试验软件分析，得到输电线路山火跳闸试验平台的泄漏电流、输电线路电压数据；

（12）作出步骤（8）中汽油燃料的质量损失曲线，以表征燃烧过程中不同时刻的燃烧速率和燃烧强度；本发明采用引入两次汽油燃料燃烧质量损失曲线差值作为反馈，控制鼓风机风量，以使两次燃烧尽量一致；

（13）待燃烧稳定后，观察输电线路放电过程，若输电线路跳闸，转至步骤（14），若输电线路不跳闸，转步骤（15）；

（14）关闭调压器12电源，关闭鼓风机5，采用自动喷淋灭火方法将燃烧台火焰熄灭，关闭高速摄像机15；

（15）待燃烧台火焰减弱至与步骤（6）中的预设时间相同，关闭鼓风机5，采用自动喷淋灭火方法将燃烧台火焰熄灭，关闭高速摄像机15。

参照图2，高速摄像机记录燃烧台上的燃烧过程和输电线路的跳闸过程，离子探针用于采集输电线路下方烟羽流中电离程度；风速传感器用于采集燃烧时的风速风向；粉尘浓度测量仪采用枪头采集不同高度的烟气用于分析空气中烟尘的浓度；热电偶用于测量不同火焰高度的温度；重量传感器采集燃料的中联和火焰的电阻；分压器用于测量输电线路的电压；泄漏电流采集装置用于采集泄露电流；高速摄像机、离子探针、风速传感器、粉尘浓度测量仪、热电偶、重量传感器、分压器和泄漏电流采集装置均通调理电路就信号传至数据采集卡，数据采集卡通过PCI总线和计算机连接，实现数据处理、数据分析、结构显示和数据储存。本发明实现输电线路山火跳闸试验平台数据的全自动采集和控制，方法简单方便，安全可靠，数据精准。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种输电线路山火跳闸试验平台数据全自动采集和控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）设置一种输电线路山火跳闸试验平台数据全自动采集系统，该系统包括电源模块、测量模块、燃烧台、模拟输电线路、调理电路、数据采集卡和计算机，模拟输电线路、燃烧台均设置在实验室内，电源模块依次通过调压器、变压器与输电线路连接，测量模块采集的信号通过调理电路与数据采集卡连接，数据采集卡通过PCI总线与计算机连接，计算机上设有跳闸实验控制台、采集数据显示平台和视频显示平台； 

    测量模块包括热电偶、重量传感器、粉尘浓度测量仪、电阻仪、离子探针、风速传感器、泄漏电流采集装置、分压器和高速摄像机，热电偶设置在燃烧台上方用于测量不同火焰高度的温度；重力传感器安装在燃烧台的金属板上；粉尘浓度测量仪采用枪头采集不同高度的烟气用于分析空气中烟尘的浓度；电阻仪测量火焰上部的铁丝网与燃烧台上金属板之间的间隙电导率即为火焰电导率；离子探针置于输电线路下方0.8～1.2m处左右的烟羽流中；风速传感器置于燃烧台上方0.8～1.2m处；泄漏电流采集装置一端接火焰底部，另一端接地；输电线路电压直接采集分压器高压侧电压值；高速摄像机的镜头用于对准燃烧台、火焰以及或模拟输电线路；

（2）称取A单位的燃烧物置于燃烧台，控制液态燃料喷嘴将B单位汽油喷洒在燃烧台的燃烧物上，将火种投掷在燃烧台点燃燃烧物，然后打开鼓风机并控制鼓风机风量大小；

（3）测量模块中的热电偶、重量传感器、烟尘浓度监测仪、电阻仪、离子探针、风速传感器测量相应信号，将信号传输至调理电路并转换为数字信号，再传输至数据采集卡；

（4）数据采集卡采集的数据经过PCI总线传输至计算机，通过计算机上安装的基于LabView软件开发的输电线路山火跳闸试验软件分析，得到输电线路山火跳闸试验平台的温度、重量、烟尘浓度、火焰电阻、离子浓度、风速风向数据；

    （5）作出步骤（2）中汽油燃料的质量损失曲线，以表征燃烧过程中不同时刻的燃烧速率和燃烧强度；

（6）待燃烧台上火焰减弱至预设时间，关闭鼓风机，采用自动喷淋灭火方法将燃烧台火焰熄灭，撤离山火跳闸试验平台的热电偶阵列、烟尘浓度检测仪、电阻仪、离子探针以及风速传感器，清理燃烧台的残留燃烧物，加大排烟窗排烟功率，将实验室内温度和湿度降至燃烧前状态；

（7）打开高速摄像机，调整摄像头对准燃烧台、空气间隙以及输电线路；

（8）称取步骤（2）中相同重量的同类燃烧物置于燃烧台上，控制汽油喷嘴将步骤（2）中相同重量汽油喷洒在燃烧台的燃烧物上，将火种投掷在燃烧台点燃燃烧物，然后打开鼓风机并控制鼓风机风量大小；

（9）开启调压器电源，调节调压器使输电线路电压至待模拟的输电线路电压等级；

（10）将步骤（1）的泄漏电流采集装置和变压器高压侧电压的测量值传送至调理电路并转换为数字信号，再传输至数据采集卡；

（11）数据采集卡采集的电流、电压数据经过PCI总线传输至计算机，通过计算机上安装的基于LabView软件开发的输电线路山火跳闸试验软件分析，得到输电线路山火跳闸试验平台的泄漏电流、输电线路电压数据；

（12）作出步骤（8）中汽油燃料的质量损失曲线，以表征燃烧过程中不同时刻的燃烧速率和燃烧强度；本发明采用引入两次汽油燃料燃烧质量损失曲线差值作为反馈，控制鼓风机风量，以使两次燃烧尽量一致；

（13）待燃烧稳定后，观察输电线路放电过程，若输电线路跳闸，转至步骤（14），若输电线路不跳闸，转步骤（15）；

（14）关闭调压器电源，关闭鼓风机，采用自动喷淋灭火方法将燃烧台火焰熄灭，关闭高速摄像机；

（15）待燃烧台火焰减弱至与步骤（6）中的预设时间相同，关闭鼓风机，采用自动喷淋灭火方法将燃烧台火焰熄灭，关闭高速摄像机。