CN106680016B - 一种水雾绝缘带电灭火试验方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力火灾带电灭火技术领域，公开一种水雾绝缘带电灭火试验方法与装置，以指导水雾带电灭火技术与装备的开发、应用及标准制定。本发明试验方法包括：通过水雾发生模块设置水雾发生的工况；通过试验模拟电极与风机及风速控制模块联合模拟带电灭火的应用工况；在所述水雾射向试验模拟电极的喷射路径上，通过雾滴直径与浓度测量模块测量所述水雾的雾滴直径与浓度；通过击穿电压测量模块和泄露电流测量模块分别测量所述水雾在所模拟带电灭火应用工况下的击穿电压和泄露电流；通过改变水雾的发生工况、应用工况及水剂类别中的任意一种或任意组合，比较分析相应的发生工况、应用工况和/或水剂类别对水雾带电灭火能力的影响。
Description
技术领域
本发明涉及电力火灾带电灭火技术领域，具体涉及一种水雾绝缘带电灭火试验方法与装置。
背景技术
近些年，随着全球能源互联网和特高压电网的加快建设，电力火灾频发，常造成大规模、长时间停电事故，严重影响电网安全运行。电力火灾防治需要满足带电灭火的要求，因此防治难度高，是火灾防治领域中的国际性难题。
输电线路山火是一种具有代表性的电力火灾。输电线路下方的山火易导致线路跳闸，现已成为影响电力输送最严重的电力火灾之一。近些年，特高压长南I线、复奉线等重要特高压输电线路多次因山火引起跳闸或闭锁。对输电线路山火开展灭火，是避免山火蔓延引起线路跳闸的最有效的治理手段。但是，现有的干粉灭火剂(如专利CN103170088A)基于物理覆盖原理，因野外地面不平无法有效覆盖灭火，且环境污染大，在野外输电线路环境应用困难；气体灭火剂(如专利CN102179019A)通过阻隔氧气灭火，通常用于室内灭火，野外输电线路环境受风影响，无法灭火。水是一种山火灭火效率较高的灭火方式。同时，在水中添加灭火液能显著提升水的灭火效果(如专利CN103432707A)。但是，利用水灭火时，由于输电线路电压高，在线路下方灭火存在人员触电和线路跳闸危险。研究发现，将水或添加灭火液的水剂雾化后，由于水雾雾滴间相互隔离，由此产生的大的雾滴间空气间隙使水雾的电绝缘性能较射流水柱显著加强。因此，我们提出以水雾的方式绝缘带电灭火，避免山火跳闸，保障大电网安全运行。
但是，现今缺少水雾带电灭火技术和装备。水雾带电灭火技术与装置的开发首先需要对水雾绝缘带电灭火试验方法和装置进行研究。本发明专利提出一种水雾绝缘带电灭火试验方法与装置，有力地指导水雾带电灭火技术与装备的开发与应用，为解决电力火灾带电灭火技术难题奠定基础。
发明内容
本发明目的在于公开一种水雾绝缘带电灭火试验方法与装置，以指导水雾带电灭火技术与装备的开发、应用及标准制定。
为实现上述目的，本发明公开了一种水雾绝缘带电灭火试验装置，包括：
水雾发生模块，用于设置水雾发生的工况，并设置有喷头以向试验模拟电极喷射水雾；
风机及风速控制模块，用于控制和调节风速，以便基于空气流动对电弧长度和电子崩的影响来研究风速对水雾绝缘性能的影响，并在相同的风速下开展水雾绝缘对比试验；
所述试验模拟电极，用于与风机及风速控制模块联合模拟带电灭火的应用工况，其中包括球型电极、均压环电极、棒型电极；
雾滴直径与浓度测量模块，用于在所述水雾射向试验模拟电极的喷射路径上测量所述水雾的雾滴直径与浓度；
击穿电压测量模块，用于测量所述水雾在所模拟带电灭火应用工况下的用于防止输电线路对地闪络、相间闪络跳闸断电的击穿电压；
泄露电流测量模块，用于测量所述水雾在所模拟带电灭火应用工况下的泄露电流；
所述球型电极模拟高压套管应用工况，均压环电极与棒型电极模拟输电线路应用工况；
所述试验模拟电极与高稳定大容量试验电源连接，所述击穿电压测量模块与所述高稳定大容量试验电源的高压侧连接；
所述泄露电流测量模块与所述喷头连接。
本发明所公开的试验装置，采用模块化的设计，结构简单实用，能模拟带电灭火各种复杂的应用工况，并结合所测量的雾滴直径与浓度测量、击穿电压和泄露电流来综合评估水雾的带电灭火能力，其中，风速的流动、雾滴直径与浓度都与水雾的绝缘性能密切相关，而通过应用工况下击穿电压和泄露电流的测量可以为防止输电线路对地闪络、相间闪络跳闸断电及保证灭火人员的人身安全提供很好的安全性评估标准。
为实现上述目的，本发明公开了一种水雾绝缘带电灭火试验方法，包括：
通过水雾发生模块设置水雾发生的工况；
通过试验模拟电极与风机及风速控制模块联合模拟带电灭火的应用工况；
基于空气流动对电弧长度和电子崩的影响来研究风速对水雾绝缘性能的影响，并在相同的风速下开展水雾绝缘对比试验；
在所述水雾射向试验模拟电极的喷射路径上，通过雾滴直径与浓度测量模块测量所述水雾的雾滴直径与浓度；
通过击穿电压测量模块和泄露电流测量模块分别测量所述水雾在所模拟带电灭火应用工况下的用于防止输电线路对地闪络、相间闪络跳闸断电的击穿电压和泄露电流；
通过改变水雾的发生工况、应用工况及水剂类别中的任意一种或任意组合，比较分析相应的发生工况、应用工况和/或水剂类别对水雾带电灭火能力的影响。
本发明所公开的试验方法，通过改变水雾的发生工况、应用工况及水剂类别中的任意一种或任意组合，比较分析相应的发生工况、应用工况和/或水剂类别对水雾带电灭火能力的影响；应用范围全面，获得试验结果极具科学性；能为水雾带电灭火技术与装备的开发、应用及标准制定提供明确的指导。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例公开的水雾绝缘带电灭火试验装置示意图；
图2是本发明优选实施例公开的水雾绝缘带电灭火试验方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
本实施例公开一种水雾绝缘带电灭火试验装置，如图1所示，包括：
水雾发生模块1，用于设置水雾发生的工况，并设置有喷头2以向试验模拟电极5喷射水雾；
试验模拟电极，用于与风机及风速控制模块4联合模拟带电灭火的应用工况；必要时，还可以在该试验装置上设置风洞3，并在该风洞关联的合适位置部署风机及风速控制模块；
雾滴直径与浓度测量模块6，用于在水雾射向试验模拟电极的喷射路径上测量水雾的雾滴直径与浓度；
击穿电压测量模块7，用于测量水雾在所模拟带电灭火应用工况下的击穿电压；
泄露电流测量模块8，用于测量水雾在所模拟带电灭火应用工况下的泄露电流；
其中，试验模拟电极与高稳定大容量试验电源(图中未示出)连接，击穿电压测量模块与高稳定大容量试验电源的高压侧连接；
泄露电流测量模块与喷头连接。
可选的，本实施例中的雾滴直径与浓度测量模块可采用激光进行测量，并在水雾射向试验模拟电极的喷射路径的两侧分别部署有激光信号发射单元和激光信号接收单元。例如，雾滴直径与浓度测量模块采用相位多普勒激光测速仪、相位多普勒粒子分析系统或粒子成像测速系统中的一种。
电力火灾通常电压高，水雾泄露电流值大，试验所需电源要求电压高、电流大。优选地，本实施例中的高稳定大容量试验电源的电压高于500kV、电流大于4A，以胜任高电压的水雾击穿试验和大的泄露电流。试验模拟电极可采用球型电极、均压环电极和棒型电极的一种，其中具体的应用根据试验条件确定。换言之，不同的模拟电极适合应用于模拟不同电场均匀程度的应用工况。比如说，球形电极的电场分布较均匀，适合应用于模拟电场较均匀的应用工况；均压环和棒型电极的电场分布较不均匀，可以用来模拟输电线路这种电场分布较不均匀的应用工况。
一般认为，通过人体的极限安全电流要求为1mA及以下。因此，高于1mA的电流认为是人体不安全电流。因此，本发明进一步的方案是，泄露电流测量与记录模块的最小电流测量值参数设置选择为0.01mA，确保有害电流的监测值准确且精度较高。
本实施例中，试验模拟电极、击穿电压测量模块及泄露电流测量模块的部署及其相应的参数测量方法可参考现今污秽试验方法(GB/T 4585-2004/IEC 60507:1991)。
优选地，如图1所示，本实施例中的泄露电流测量模块接地，以保护设备和试验人员的安全。
综上，本发明所公开的试验装置，采用模块化的设计，且各模块均可采购市售的现有模块，结构简单实用，能模拟带电灭火各种复杂的应用工况，并结合所测量的雾滴直径与浓度测量、击穿电压和泄露电流来综合评估水雾的带电灭火能力。其中，水雾发生模块用于产生及调控水雾的物理特性参数；大容量试验电源用于水雾击穿和泄露电流测量试验；风机及风速控制模块用于控制和调节风速；试验模拟电极用于与风机及风速控制模块联合模拟带电灭火的应用工况；雾滴直径和含量测量模拟用于测量水雾的雾滴直径和含量；泄露电流测量与记录模块用于测量水雾的泄露电流值。
本实施例中，风速的流动、雾滴直径与浓度都与水雾的绝缘性能密切相关，而通过应用工况下击穿电压和泄露电流的测量可以为防止输电线路对地闪络、相间闪络跳闸断电及保证灭火人员的人身安全提供很好的安全性评估标准。为此，本实施例还公开一种基于图1所示装置的水雾绝缘带电灭火试验方法。
如图2所示，本实施例公开的水雾绝缘带电灭火试验方法包括：
步骤S1、通过水雾发生模块设置水雾发生的工况。
步骤S2、通过试验模拟电极与风机及风速控制模块联合模拟带电灭火的应用工况。
步骤S3、在水雾射向试验模拟电极的喷射路径上，通过雾滴直径与浓度测量模块测量水雾的雾滴直径与浓度。
步骤S4、通过击穿电压测量模块和泄露电流测量模块分别测量水雾在所模拟带电灭火应用工况下的击穿电压和泄露电流。
步骤S5、通过改变水雾的发生工况、应用工况及水剂类别中的任意一种或任意组合，比较分析相应的发生工况、应用工况和/或水剂类别对水雾带电灭火能力的影响。
基于上述图2所示方法一种具体应用例的试验流程如下：
1)确定水剂的类别，确定水雾的发生工况参数，获得一定物理特性的水雾。水雾的发生工况参数包括水雾发生所用喷头的类型和流量系数、喷雾压力、喷放距离等。
2)实时测量水雾的雾滴直径和含量参数。
3)调节风机风速，确定风速值。
4)在控制风速的情况下同时测量水雾的击穿电压和泄露电流值，获得击穿电压和泄露电流值规律曲线，获得科学评估水雾带电灭火安全性的参数指标。
5)重复以上四步，改变水雾发生工况参数和风机风速，研究水雾发生工况参数和风机风速对水雾带电灭火能力的影响。
6)改变水剂的类别，重复以上五步，研究水剂类别对水雾带电灭火能力的影响。
其中，实时测量水雾的雾滴直径和含量参数的原因在于，经本案申请人发现：水雾的绝缘性能同时与雾滴直径和密度含量密切相关。其中，雾滴含量是代表雾滴之间间隙的参数。研究发现，对于雾滴直径较小的水雾，雾滴含量的变化对电场畸变的影响很小；但对于雾滴直径较大的水雾，雾滴含量的增加显著增大电场的畸变程度，极大地降低水雾的绝缘性能。对于雾滴含量较小的水雾，雾滴直径对电场畸变的影响较小；但是，对于雾滴含量较大的水雾，雾滴直径对电场畸变的影响十分显著，雾滴直径的增加极大地降低了水雾的绝缘性能。因此，评价水雾的带电灭火能力，必须同时准确的测量水雾的雾滴直径和雾滴含量。
调节风机风速，确定风速值的原因在于，经本案申请人发现：水雾绝缘性能与风速密切有关。有风存在情况下，水雾周围空气的流动的加快可以拉伸电弧的长度，空气的流动将抑制电子崩的发展，使放电的发展持续时间延长，电弧更易熄灭，绝缘性能增强。因此，水雾绝缘带电灭火需要研究风速对水雾绝缘性能的影响。此外，为了确保试验的科学性与可重复性，水雾绝缘对比试验需要在相同的风速下开展。
同时测量水雾击穿电压和泄露电流值得原因在于：电力火灾的带电扑救需要同时满足两大要求，防止电力设备的闪络跳闸和保证灭火人员的人身安全。例如，对于输电线路山火，需要满足防止输电线路对地闪络、相间闪络跳闸断电的安全要求，因此需要测量水雾在工况下的击穿电压。同时，电击对人体的伤害程度由电流大小决定。因此，为了需要满足保证灭火人员的人身安全，需要测量水雾传导至人的泄露电流值。所以，评价水雾的带电灭火能力需要同时测量水雾的击穿电压和泄露电流值。
上述所公开的水雾绝缘带电灭火试验方法，通过改变水雾的发生工况、应用工况及水剂类别中的任意一种或任意组合，比较分析相应的发生工况、应用工况和/或水剂类别对水雾带电灭火能力的影响；应用范围全面，获得试验结果极具科学性；能为水雾带电灭火技术与装备的开发、应用及标准制定提供明确的指导。
基于上述试验方法与装置的典型应用如下：
11)水剂采用自来水。确定水雾的发生工况参数，获得一定物理特性的水雾。水雾的发生工况参数中，水雾发生所用喷头的类型为压力直射式，流量系数为5，喷雾压力确定为5MPa，喷放距离为5m。
12)实时测量水雾的雾滴直径和含量参数，重复5次，获得水雾的雾滴直径为500μm，雾滴含量为3％。
13)调节风机风速，确定风速值为2m/s。
14)在控制风速为2m/s的情况下，同时测量水雾的击穿电压和泄露电流值。
15)重复以上四步，改变水雾发生工况参数中的水雾喷头距离为3-15m，研究水雾喷头距离对水雾带电灭火能力的影响。获得击穿电压和泄露电流值与水雾喷头距离的规律曲线。该曲线可以判断不同水雾喷头距离下的水雾带电安全性能，为水雾带电灭火技术与装备开发提供理论指导。
16)改变水剂的类别，在水中添加1wt.％浓度的灭火液。重复以上五步，研究1wt.％灭火液浓度水剂下，水雾喷头距离对水雾带电灭火能力的影响。获得1wt.％灭火液添加下击穿电压和泄露电流值与水雾喷头距离的规律曲线。该曲线可以判断1wt.％灭火液添加下不同水雾喷头距离下的水雾带电安全性能，为添加灭火液的水雾带电灭火技术与装备开发提供理论指导。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水雾绝缘带电灭火试验装置，其特征在于，包括：
水雾发生模块，用于设置水雾发生的工况，并设置有喷头以向试验模拟电极喷射水雾；
风机及风速控制模块，用于控制和调节风速，以便基于空气流动对电弧长度和电子崩的影响来研究风速对水雾绝缘性能的影响，并在相同的风速下开展水雾绝缘对比试验；
所述试验模拟电极，用于与所述风机及风速控制模块联合模拟带电灭火的应用工况；
雾滴直径与浓度测量模块，用于在所述水雾射向试验模拟电极的喷射路径上测量所述水雾的雾滴直径与浓度；
击穿电压测量模块，用于测量所述水雾在所模拟带电灭火应用工况下的用于防止输电线路对地闪络、相间闪络跳闸断电的击穿电压；
泄露电流测量模块，用于测量所述水雾在所模拟带电灭火应用工况下的泄露电流；
所述试验模拟电极与高稳定大容量试验电源连接，所述击穿电压测量模块与所述高稳定大容量试验电源的高压侧连接；
所述泄露电流测量模块与所述喷头连接。
2.根据权利要求1所述的水雾绝缘带电灭火试验装置，其特征在于，所述雾滴直径与浓度测量模块采用激光进行测量，并在所述水雾射向试验模拟电极的喷射路径的两侧分别部署有激光信号发射单元和激光信号接收单元。
3.根据权利要求2所述的水雾绝缘带电灭火试验装置，其特征在于，所述雾滴直径与浓度测量模块采用相位多普勒激光测速仪、相位多普勒粒子分析系统或粒子成像测速系统中的一种。
4.根据权利要求1所述的水雾绝缘带电灭火试验装置，其特征在于，所述高稳定大容量试验电源的电压高于500kV、电流大于4A。
5.根据权利要求1所述的水雾绝缘带电灭火试验装置，其特征在于，所述试验模拟电极采用球型电极、均压环电极或棒型电极中的一种。
6.根据权利要求1所述的水雾绝缘带电灭火试验装置，其特征在于，所述泄露电流测量模块的最小电流测量值参数设置选择为0.01mA。
7.根据权利要求1至6任一所述的水雾绝缘带电灭火试验装置，其特征在于，所述泄露电流测量模块接地。
8.一种基于权利要求1至7任一所述装置的水雾绝缘带电灭火试验方法，其特征在于，包括：
通过水雾发生模块设置水雾发生的工况；
通过试验模拟电极与风机及风速控制模块联合模拟带电灭火的应用工况；
基于空气流动对电弧长度和电子崩的影响来研究风速对水雾绝缘性能的影响，并在相同的风速下开展水雾绝缘对比试验；
在所述水雾射向试验模拟电极的喷射路径上，通过雾滴直径与浓度测量模块测量所述水雾的雾滴直径与浓度；
通过击穿电压测量模块和泄露电流测量模块分别测量所述水雾在所模拟带电灭火应用工况下的用于防止输电线路对地闪络、相间闪络跳闸断电的击穿电压和泄露电流；
通过改变水雾的发生工况、应用工况及水剂类别中的任意一种或任意组合，比较分析相应的发生工况、应用工况和/或水剂类别对水雾带电灭火能力的影响。
9.根据权利要求8所述的水雾绝缘带电灭火试验方法，其特征在于，所述通过改变水雾的发生工况、应用工况及水剂类别中的任意一种或任意组合，比较分析相应的发生工况、应用工况和/或水剂类别对水雾带电灭火能力的影响包括：
确定水剂的类别，确定水雾发生的工况参数，获得一定物理特性的水雾；
实时测量水雾的雾滴直径和含量参数；
调节风机风速，确定风速值；
在控制风速的情况下同时测量水雾的击穿电压和泄露电流值，获得击穿电压和泄露电流规律曲线，评估水雾的带电灭火能力；
重复以上四步，改变水雾发生工况参数和风机风速，研究水雾发生工况参数和风机风速对水雾带电灭火能力的影响；
改变水剂的类别，重复以上五步，研究水剂类别对水雾带电灭火能力的影响。
10.根据权利要求8或9所述的水雾绝缘带电灭火试验方法，其特征在于，所述方法应用于指导水雾带电灭火技术与装备的开发、应用及标准制定。
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