CN107818720A - 一种用于模拟电力电缆火灾的实验平台和方法 - Google Patents

一种用于模拟电力电缆火灾的实验平台和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电力传输技术领域，公开了一种用于模拟电力电缆火灾的实验平台和方法，以再现电力电缆火灾过程，深入研究电力电缆火灾特性，总结影响电力电缆通道防火安全的关键因素及其联系；本平台包括主电路和对主电路进行测量的测量器件；主电路包括与试验电源相连的变压器、与变压器相连的调压器、与调压器相连的电力电缆、与电力电缆相连的模拟电力电缆接头、用于容置电力电缆和模拟电力电缆接头的绝缘电缆沟；模拟电力电缆接头设有用于模拟电力电缆老化现象的等效电阻和用于连接电力电缆的连接接口；设置在变压器和电力电缆之间、用于保证断电状态下电缆沟内线路段都处于零电位的断路器。

Description

一种用于模拟电力电缆火灾的实验平台和方法
技术领域
本发明涉及电力传输技术领域，尤其涉及一种用于模拟电力电缆火灾的实验平台和方法。
背景技术
近年来，电力电缆广泛应用于发电、输电、配电各个环节，随着投运年限的增加以及电力电缆通道的环境相对封闭难以巡检，电力电缆火灾频发且后果严重。在实际情况中，因绝缘老化、过载、接触不良、外力破坏等问题导致的电力电缆火灾占变电设备火灾的70～80％，70％以上的电力电缆火灾造成的损失非常严重，社会负面影响极大，严重影响了电力系统的运行安全和人民生命财产安全。所以，电力电缆火灾的防治具有重要的工程应用价值。而对于电力电缆火灾防治，要求掌握电力电缆火灾的发生过程，从而为电力电缆火灾早期预警和防治提供基础。因此，非常有必要建立电力电缆火灾模拟试验平台，以研究电力电缆火灾的起因及演化机理。而现有电力电缆火灾试验研究装置基于人为用火源引燃电力电缆，与实际运行中的电力电缆因电气原因起火存在显著差异，与电力电缆火灾实际起火过程相差甚远，不能真实地反映电力电缆的起火过程；此外，现有电力电缆火灾试验装置未带电压，无法反映电力电缆因电气而致着火的情况，从而无法为高电压电力电缆火灾早期预警和防治提供有效的信息。
因此，现需提供一种可再现电力电缆火灾过程，深入研究电力电缆火灾特性，总结影响电力电缆通道防火安全的关键因素及其联系的电力电缆火灾实验方法和系统。
发明内容
本发明目的在于提供一种电力电缆火灾实验方法和系统，该方法和系统可再现电力电缆火灾过程，深入研究电力电缆火灾特性，总结影响电力电缆通道防火安全的关键因素。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于模拟电力电缆火灾的实验平台，包括：
主电路和对所述主电路进行测量的测量器件；
其中，所述主电路包括与试验电源相连的变压器、与所述变压器相连的调压器、与所述调压器相连的电力电缆、与所述电力电缆相连的模拟电力电缆接头、用于容置所述电力电缆和模拟电力电缆接头的绝缘电缆沟；
所述模拟电力电缆接头设有用于模拟电力电缆老化现象的等效电阻和用于连接所述电力电缆的连接接口；
设置在所述变压器和所述电力电缆之间、用于保证断电状态下所述电缆沟内线路段都处于零电位的断路器；
所述变压器、所述调压器、所述电力电缆、所述等效电阻及所述断路器串联在所述主电路中。
优选地，所述等效电阻外层设有用于模拟因电阻发热而着火的绝缘层，所述绝缘层还用于防止漏电。
优选地，所述电力电缆包括至少两段电力电缆。
优选地，所述测量器件包括电流表、温度传感器以及气体传感器；
其中，所述电流表串联在所述主电路中用于实时测量电路中的电流数据，所述温度传感器安装在所述电力电缆上用于实时测量所述电力电缆的温度数据，所述气体传感器安装在所述电缆沟的内壁上用于实时测量所述电缆沟中的气体成分数据。
优选地，所述测量器件还包括监测记录仪，所述监测记录仪分别与所述电流表、所述温度传感器以及所述气体传感器相连。
优选地，所述主电路还包括串联在所述主电路中用于限流的限流电阻。
为实现上述目的，本发明提供一种应用于上述平台的实验方法，具体包括以下步骤：
(1)按照上述连接关系搭建主电路，在所述断路器断开状态下，确定所述电力电缆和所述等效电阻的阻值，然后接通断路器并开启试验电源，让所述主电路正常工作；
(2)通过所述调压器调节所述变压器的输出电压，控制所述电力电缆在一定电流值下运行；
(3)通过所述测量器件记录所述主电路中的各测量数据；
(4)若所述电力电缆无着火现象，通过所述调压器继续调节所述变压器的输出电压，使所述电力电缆运行的电流值以一定步长增长；
(5)重复步骤(3)和(4)直至所述电力电缆着火；
(6)对所述各测量数据进行分析，以得出影响所述电力电缆着火的因素及其联系。
优选地，相邻电力电缆通过所述模拟电力电缆接头连接。
优选地，所述测量数据包括电流数据、温度数据以及气体成分数据。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种用于模拟电力电缆火灾的实验平台和方法，通过设有变压器、调压器、电流表、断路器、电缆沟、电力电缆、模拟电力电缆接头、气体传感器、温度传感器以及监测记录仪，然后对该电力电缆火灾实验平台通以大电流直至发生燃烧现象，可模拟实际情况中的电压起火；且通过模拟电力电缆接头进一步模拟实际情况中因电力电缆老化起火；将电力电缆分段设置可进一步验证不同型号的电力电缆的火灾承受能力；能再现电力电缆火灾过程，深入研究电力电缆火灾特性，总结影响电力电缆通道防火安全的关键因素，为防治电力电缆火灾防治提供理论基础和依据，提升电力电缆安全运行水平，避免电力电缆火灾重大事故发生，进一步确保供电的可靠性。
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电力电缆火灾实验平台结构示意图；
图2是本发明优选实施例的模拟电力电缆接头的结构示意图。
附图标记：
1、变压器；2、调压器；3、电流表；4、限流电阻；5、断路器；6、电缆沟；7、电力电缆；8、模拟电力电缆接头；8-1、连接接口；8-2、等效电阻；8-3、绝缘层；9、气体传感器；10、温度传感器；11、监测记录仪。
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
参见图1，本实施例提供一种用于模拟电力电缆火灾的实验平台，包括：
主电路和对主电路进行测量的测量器件；
其中，主电路包括与试验电源相连的变压器1、与变压器1相连的调压器2、与调压器2相连的电力电缆7、与电力电缆7相连的模拟电力电缆接头8、用于容置电力电缆7和模拟电力电缆接头8的绝缘电缆沟6；
模拟电力电缆接头8设有用于模拟电力电缆7老化现象的等效电阻8-2和用于连接电力电缆的连接接口8-1；
设置在变压器1和电力电缆7之间、用于保证断电状态下电缆沟6内线路段都处于零电位的断路器5；
变压器1、调压器2、电力电缆7、等效电阻8-2及断路器5串联在主电路中。
具体地，将变压器1与380V试验电源相连，用于给电力电缆7提供运行电压和大电流，使该模拟平台的电力电缆7起火原因更接近于实际电力电缆发生火灾的原因。需要说明的是，在实际情况中，电力电缆发生火灾主要包括电力电缆7起火和电力电缆之间的接头(本发明指模拟电力电缆接头8)起火两种情况，如无特别说明或语义限定，本发明所指起火统指这两种起火。可选地，调压器2采用自耦式调压器2，用于调节变压器1的输出电压从而调节电力电缆7的运行电流；电缆沟6用于模拟电力电缆7实际运行环境，需要说明的是，由于电力电缆7在实际情况中多用于隧道等相对封闭和幽暗的环境，优选地，本实施例采用耐火钻从地面挖取1m*1m的空间以模拟隧道的相对封闭和幽暗的环境，但本发明并不仅限与此，在能达到同样目的的情况下，可以适当调整挖取的空间大小。
优选地，在本实施例中，断路器5连接在电流表3和电力电缆之间，可随时切断电路使电缆沟6内线路段都处于零电位，保证整个实验过程的安全性。作为可替代的方案，断路器5还可以设在能达到同样目的的电路中的其他位置。
温度传感器10安装在电力电缆7上，用于对电力电缆7的温度进行实时监测获得温度数据；优选地，本实施例使用光纤光栅温度传感器10，以能实现更精确地测量。
气体传感器9安装在电缆沟6的内壁上，用于对电缆沟6中的气体成分进行实时监测获得气体成分数据；
监测记录仪11分别与电流表3、温度传感器10以及气体传感器9的输出端相连，用于对电流数据、温度数据以及气体成分数据进行显示。
优选地，等效电阻8-2外层设有用于模拟因电阻发热而着火的绝缘层8-3，所述绝缘层8-3还用于防止漏电。
具体地，模拟电力电缆接头8包括连接接口8-1和用于模拟电力电缆7老化现象的等效电阻8-2。可选地，该连接接口8-1为电力电缆金属接口，用来连接每段电力电缆7；该等效电阻8-2主要用来模拟实际过程中电力电缆7的老化现象。值得说明的是，在电力电缆7的实际应用中，存在由于使用时间过长，电力电缆发生老化从而导致电力电缆阻抗增大而诱发火灾现象，所以在模拟电力电缆接头8中设有用于模拟老化现象的等效电阻8-2，在等效电阻8-2外层设有用于模拟因电阻发热而着火的绝缘层8-3，如图2所示，可以更全面的模拟实际引发电力电缆7发生火灾的因素，使测量结果更具有指导意义。值得说明的是，该绝缘层8-3还可以用于防止因等效电阻8-2裸露而产生漏电现象的发生。
需要说明的是，如果将一根电力电缆7制作的很长，将会大幅度增加对制作工艺的要求，且过长的电力电缆7使用也不够方便，优选地，本实施例的电力电缆7由两段电力电缆通过模拟电力电缆接头8连接组成。且，在实验过程中，还可以将该两段电力电缆设为不同厂家生产的电力电缆，以将电力电缆的型号作为影响电力电缆火灾的因素之一。即，当两段不同厂家生产的电力电缆，其中一根电力电缆相比另一根电力电缆在实验过程中教易产生发热、冒烟以及燃烧现象时，将该电力电缆视为易发生火灾电力电缆，以此可以从多个厂家的多个型号的电力电缆中筛选出较为优质的电力电缆。需要注意的是，本发明除在测试不同厂家的电力电缆的情况以外的其他实验中，每次实验所采用的都是同一个厂家同个型号的电力电缆，从而确保电流值这个可变因素的唯一性，进一步得出更准确的温度数据以及气体成分数据，保证了模拟平台的高精度。
作为本实施例的优选实施方式，主电路还包括用于对电力电缆进行限流的限流电阻4，限流电阻4的一端与电流表3相连，另一端与断路器5相连。限流电阻4可以避免因电力电缆阻抗低，主电路中的电流过大而损坏设备。但本发明并不仅限于此，限流电阻4还可以设置在能起到相同作用下的主电路中的其他位置上。
实施例2
本实施例提供一种应用于上述平台的试验方法，具体地，先按照上述平台中各器件的连接关系搭建主电路，在断路器5断开状态下，确定电力电缆7和等效电阻8-2的阻值，然后接通断路器5并开启试验电源，让主电路正常工作。然后调节自耦式调压器2缓慢升压，使电力电缆7在额定电流的一半电流值下运行5分钟，在运行过程中，安装在电力电缆上的温度传感器10实时测量电力电缆7的温度，并将所获得的温度数据传输给监测记录仪11显示。同时，安装在电缆沟6内壁上的气体传感器9实时测量电缆沟6中的气体成分，并将获得的气体成分数据传输给监测记录仪11显示。此外，电流表3将此时的电流数据传输给监测记录仪11显示。
观察电力电缆7在额定电流的一半电流值下运行的实验现象，如：是否发生冒烟现象，如果有冒烟现象，记录冒烟程度，然后记录下监测仪中显示的电流数据、温度数据以及气体成分数据。值得说明的是，该额定电流根据所采用电力电缆7的型号灵活变动，不为某个具体值。
进一步地，重复上述步骤，但在每次调压过程中，使电力电缆7运行的电流值以初始值一倍的步长增长，直至发生着火现象。值得说明的是，为了更准确的得出发生着火现象的关键因素及其之间的关系，经过多次实践操作后，本实施例选取电力电缆7的额定电流的一半电流值作为步长继续完成实验，但本发明并不仅限于此，在能达到同样效果的情形下，该步长可在一定范围内作适当的调整。
需要说明的是，在实际运行过程中，由于电流的作用，电力电缆7和模拟电力电缆接头8会发生热分解，即工作人员可检查到的发热、冒烟甚至是着火等现象。事实上，在电力电缆7和模拟电力电缆接头8开始发生热分解时，就会产生例如：一氧化碳、甲烷以及硫化氢等气体，且电力电缆在发热、冒烟以及着火等不同现象中，所产生的气体成分以及各成分的浓度都不同。
记录下每次调压过程中的电流数据、温度数据以及气体成分数据。并对该三种数据进行分析，得出在不同电流值下的温度和气体成分三者之间的关系，再根据分析结果找到电力电缆7和模拟电力电缆接头8在电流值、温度以及气体成分在不同取值不同程度下所发生的现象，找到在该三个影响因素下的安全范围，并确定安全与发生火灾的临界点。在实际监测过程中，当监测结果到达该临界点时及时给出警告以对电力电缆的防火指导提供准确和更有效的依据。
如上所述，本发明提供一种用于模拟电力电缆火灾的实验平台和方法，通过设有变压器1、调压器2、电流表3、断路器5、电缆沟6、电力电缆7、模拟电力电缆接头8、气体传感器9、温度传感器10以及监测记录仪11，然后对该电力电缆火灾实验平台通以大电流直至发生燃烧现象，可模拟实际情况中的电压起火，且通过模拟电力电缆接头8进一步模拟实际情况中因电力电缆7老化起火，能再现电力电缆火灾过程，深入研究电力电缆火灾特性，总结影响电力电缆通道防火安全的关键因素，为防治电力电缆火灾防治提供理论基础和依据，提升电力电缆安全运行水平，避免电力电缆火灾重大事故发生，进一步确保供电的可靠性。
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 (9)

1.一种用于模拟电力电缆火灾的实验平台，其特征在于，包括：
主电路和对所述主电路进行测量的测量器件；
其中，所述主电路包括与试验电源相连的变压器、与所述变压器相连的调压器、与所述调压器相连的电力电缆、与所述电力电缆相连的模拟电力电缆接头、用于容置所述电力电缆和模拟电力电缆接头的绝缘电缆沟；
所述模拟电力电缆接头设有用于模拟电力电缆老化现象的等效电阻和用于连接所述电力电缆的连接接口；
设置在所述变压器和所述电力电缆之间、用于保证断电状态下所述电缆沟内线路段都处于零电位的断路器；
所述变压器、所述调压器、所述电力电缆、所述等效电阻及所述断路器串联在所述主电路中。
2.根据权利要求1所述的用于模拟电力电缆火灾的实验平台，其特征在于，所述等效电阻外层设有用于模拟因电阻发热而着火的绝缘层，所述绝缘层还用于防止漏电。
3.根据权利要求1所述的用于模拟电力电缆火灾的实验平台，其特征在于，所述电力电缆包括至少两段电力电缆。
4.根据权利要求1所述的用于模拟电力电缆火灾的实验平台，其特征在于，所述测量器件包括电流表、温度传感器以及气体传感器；
其中，所述电流表串联在所述主电路中用于实时测量电路中的电流数据，所述温度传感器安装在所述电力电缆上用于实时测量所述电力电缆的温度数据，所述气体传感器安装在所述电缆沟的内壁上用于实时测量所述电缆沟中的气体成分数据。
5.根据权利要求4所述的用于模拟电力电缆火灾的实验平台，其特征在于，所述测量器件还包括监测记录仪，所述监测记录仪分别与所述电流表、所述温度传感器以及所述气体传感器相连。
6.根据权利要求1所述的用于模拟电力电缆火灾的实验平台，其特征在于，所述主电路还包括串联在所述主电路中用于限流的限流电阻。
7.一种应用于上述权利要求1-6任一所述平台的实验方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)按照上述连接关系搭建主电路，在所述断路器断开状态下，确定所述电力电缆和所述等效电阻的阻值，然后接通断路器并开启试验电源，让所述主电路正常工作；
(2)通过所述调压器调节所述变压器的输出电压，控制所述电力电缆在一定电流值下运行；
(3)通过所述测量器件记录所述主电路中的各测量数据；
(4)若所述电力电缆无着火现象，通过所述调压器继续调节所述变压器的输出电压，使所述电力电缆运行的电流值以一定步长增长；
(5)重复步骤(3)和(4)直至所述电力电缆着火；
(6)对所述各测量数据进行分析，以得出影响所述电力电缆着火的因素及其联系。
8.根据权利要求7所述的实验方法，其特征在于，相邻电力电缆通过所述模拟电力电缆接头连接。
9.根据权利要求7所述的实验方法，其特征在于，所述测量数据包括电流数据、温度数据以及气体成分数据。
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