CN109064867B - 一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台 - Google Patents
一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109064867B CN109064867B CN201811198636.6A CN201811198636A CN109064867B CN 109064867 B CN109064867 B CN 109064867B CN 201811198636 A CN201811198636 A CN 201811198636A CN 109064867 B CN109064867 B CN 109064867B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- steel
- module
- fire
- smoke
- cored aluminum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 42
- 230000004044 response Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 239000000779 smoke Substances 0.000 claims abstract description 72
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 66
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 66
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 46
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 claims abstract description 25
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 38
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 26
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 24
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 22
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims description 18
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 10
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 9
- VRAIHTAYLFXSJJ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3].[AlH3] VRAIHTAYLFXSJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 238000003325 tomography Methods 0.000 claims description 8
- DSSYKIVIOFKYAU-XCBNKYQSSA-N (R)-camphor Chemical compound C1C[C@@]2(C)C(=O)C[C@@H]1C2(C)C DSSYKIVIOFKYAU-XCBNKYQSSA-N 0.000 claims description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 244000082946 Tarchonanthus camphoratus Species 0.000 claims description 6
- 235000005701 Tarchonanthus camphoratus Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 4
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 claims description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 3
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000005662 electromechanics Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B25/00—Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Educational Technology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
本发明涉及一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台，包括火源发生与钢芯铝铝绞线耦合作用模块A、质量损失与热场数据采集模块B1、烟尘特性与成分分析模块B2、钢芯铝绞线表面状态及机械与电学性能表征模块B3、线路熔体采集与分析模块B4和计算机；其中，模块B1~4分别与模块A相连，将采集的各项数据储存至计算机。优点：系统地探讨在山火非线性耦合传播过程与输电线路耦合作用下钢芯铝绞线受火前后机械性能、电学性能、成分相态的演变特性；精准把握输电线路受火受损特性及机理，揭示山火诱发高压输电线路跳闸的关键影响因素和行为序列，对智能电网高压输电中山火对高压输电线路的灾害作用模式、特性、机理和防范具有重要的工程意义。
Description
技术领域
本发明是一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台，属于智能电网输电环节中山火灾害防治技术领域。
背景技术
近几年来，全国范围内因山火诱发高压输电线路击穿放电而导致跳闸停电停运事故越来越多，甚至出现电网瓦解，严重威胁到电力系统的安全和可靠性。高压（35~220 kV）和超高压（330~750 kV）输电线路用钢芯铝绞线在山火的高温、强热、浓烟和烈焰综合作用下易于屈服、损益甚至折断，线路表面电荷分布受此发生改变，易诱发线路表面、火焰前沿、烟尘表面等临近区域发生畸变电场，相间或相地发生短路或与电离空气接驳而诱发跳闸。对山火前后输电导线的机械性能、应力形变、电学性能、成分相态、组织结构演变参数进行研究，有利于把握山火诱发输电线路击穿放电特性及机理，对输电线路山火防治具有重要的工程意义。
目前，该领域整体研究较为分散、定性、孤立，而高压输电线路实际运行或遭遇山火时，存在线路状态监控与诊断缺失等问题，线路受火和受热后，表面温度激增、弧垂增大、强度降低、熔融变形、熔断滴落、荷电失序、电阻增大及表面覆盖烟尘等问题凸显给输电线路山火灾害的研究带来新的议题。现有的实验装置一般侧重于山火诱发输电线路空气间隙击穿的研究，较少系统地探究山火前后高压及以上电压等级输电线路机械性能、电学性能和组织结构的演变属性，缺乏对山火非线性耦合传播过程与输电线路之间耦合作用机理界定及演化特性的表征。本实验装置系统地从山火非线性耦合传播过程与输电线路耦合作用下探讨钢芯铝绞线受火前后机械（断裂伸长量、拉伸强度、杨氏弹性模量）、应力形变（扭曲力、剪切力、弧垂）、电学性能（表面电阻、体积电阻率）、表面宏观和微观形貌与组织结构（微观结构、金相组织）演变特性及机理。
发明内容
本发明提出的是一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台，其目的在于提供一种可以系统地探究钢芯铝绞线在高温、强热、浓烟和烈焰综合作用前后机械和电学性能及组织结构演变特性及机理，有利于模拟测定山火非线性耦合传播过程与输电线路之间耦合作用机理的界定及理化演化特性的表征。
本发明的技术解决方案：一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台，包括火源发生与钢芯铝铝绞线耦合作用模块A、质量损失与热场数据采集模块B1、烟尘特性与成分分析模块B2、钢芯铝绞线表面状态及机械与电学性能表征模块B3、线路熔体采集与分析模块B4和计算机C；其中，所述火源发生与钢芯铝铝绞线耦合作用模块A的输出端分别于质量损失与热场数据采集模块B1、烟尘特性与成分分析模块B2、钢芯铝绞线表面状态及机械与电学性能表征模块B3、线路熔体采集与分析模块B4的输入端连接，质量损失与热场数据采集模块B1、烟尘特性与成分分析模块B2、钢芯铝绞线表面状态及机械与电学性能表征模块B3、线路熔体采集与分析模块B4的输出端分别与计算机C连接，将采集的各项数据储存至计算机。
本发明的有益效果：
（1）利用热电偶束与热流密度计对燃料床燃烧所产生的热流场进行测定，以模拟实际电网山火灾害发生时的山火火源热场状态。
（2）利用电容层析成像技术（ECT技术）来测试火焰中离子浓度，以探讨火焰离子化对钢芯铝铝绞线内部电荷赋存与转移的影响，进而探讨输电线路周围畸变电场与离子化火焰间的耦合关系。
（3）防火绝缘支架采用石英板，并用两支撑杆支撑，防止由于火源热场导致温度过高致使支架坍塌，且支架下端可以灵活移动，可以实现根据场景不同（不同燃料床尺寸，不同导线尺寸），灵活调节试验工况。
（4）对模拟山火场景所产生的烟尘烟气的密度、荷电特性、成分进行分析，有利于把握输电线路山火跳闸时火源特性与导线损益之间的耦合机理。
（5）追踪过火后输电导线理化特性的演变，探知输电线路表面荷电特性及邻近区域电场特性，综合推演山火引发输电线路的本质跳闸机理，建立一定的参量模型，对促进电力学、火灾学和材料学等学科的充分交叉融合，以及对输电线路山火防治及线路设计有着重要的工程实践意义。
附图说明
附图1是一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验装置模块连接方式图。
附图2是一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验装置结构示意图。
附图3是防火绝缘支架结构示意图。
附图4是钢芯铝绞线表面状态及机械与电学性能表征模块流程图。
附图5是线路熔体采集与分析模块流程图。
图中A是火源发生与钢芯铝铝绞线耦合作用模块、B1是质量损失与热场数据采集模块、B2是烟尘特性与成分分析模块、B3是钢芯铝绞线表面状态及机械与电学性能表征模块、B4是线路熔体采集与分析模块、C是计算机、1是钢芯铝绞线、2是夹具、3是热流密度计、4是应变片、5是ECT传感器、6是防火绝缘支架、7是燃料床、8是质量损失采集器、9是热电偶束、10是受火后钢芯铝绞线、11是数据采集器、12是钢芯铝绞线表面状态及机械与电学性能表征模块、13是石英格栅式蓄烟池、14是烟尘荷电属性采集与分析单元、15是烟尘浓度采集单元、16是在线气体烟气成分分析单元、17是计算机、18是高速摄像仪、19是石英板、20是支架撑杆、21是脚轮、22是小孔、23是夹具孔、24是万能材料试验机、25是电线电缆电学性能测定仪、26是扫描电子显微镜（SEM）、27是金相显微镜、B4-25是电线电缆电学性能测定仪、B4-26是扫描电子显微镜（SEM）、B4-27是金相显微镜。
具体实施方式
一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台，包括火源发生与钢芯铝铝绞线耦合作用模块A、质量损失与热场数据采集模块B1、烟尘特性与成分分析模块B2、钢芯铝绞线表面状态及机械与电学性能表征模块B3、线路熔体采集与分析模块B4和计算机C；其中，所述火源发生与钢芯铝铝绞线耦合作用模块A的输出端分别于质量损失与热场数据采集模块B1、烟尘特性与成分分析模块B2、钢芯铝绞线表面状态及机械与电学性能表征模块B3、线路熔体采集与分析模块B4的输入端连接，质量损失与热场数据采集模块B1、烟尘特性与成分分析模块B2、钢芯铝绞线表面状态及机械与电学性能表征模块B3、线路熔体采集与分析模块B4的输出端分别与计算机C连接，将采集的各项数据储存至计算机。
所述火源发生与钢芯铝铝绞线耦合作用模块A包括火源发生器、钢芯铝绞线、防火绝缘支架、夹具、应变片和燃料床；其中，所述钢芯铝绞线通过夹具固定在防火绝缘支架上；燃料床放置于两个防火绝缘支架中部、钢芯铝绞线的下方；应变片贴覆于钢芯铝绞线表面，燃料床底部放置热场数据采集模块B1中的质量损失采集装置，并与质量损失与热场数据采集模块B1中的数据采集器相连接。
所述质量损失与热场数据采集模块B1包括2支热流密度计、5支热电偶束、电容层析成像传感器、质量损失采集器和数据采集器；其中，所述热流密度计、热电偶束、电容层析成像传感器都镶嵌于钢芯铝铝绞线耦合作用模块A中的防火绝缘支架上，并分别与数据采集器相连；2支热流密度计分布在火源发生与钢芯铝铝绞线耦合作用模块A中的左侧防火绝缘支架处，分别位于火焰前沿及火焰中部；5支热电偶形成一列热电偶束，用于测定火源发生与钢芯铝铝绞线耦合作用模块A中的燃料床燃烧产生的温度场；质量损失采集器置于火源发生与燃料床的下方，用于测定燃料燃烧过程中的质量损失；最终测得温度、热流密度、质量损失数据经由数据采集器储存至计算机。
所述烟尘特性与成分分析模块B2包括石英格栅式蓄烟池、烟尘荷电属性采集与分析单元、烟尘浓度采集单元、在线气体烟气成分分析单元和耐热玻璃管；其中，钢芯铝铝绞线耦合作用模块A中的燃料床燃烧所产生的烟尘烟气通过石英格栅式蓄烟池进入耐热玻璃管；烟尘荷电属性采集与分析单元、烟尘浓度采集单元、在线气体烟气成分分析单元分别通过防腐橡胶管与耐热玻璃管连接，用于测定烟气密度、荷电特性以及气体成分，并将测定的数据储存至计算机。
所述钢芯铝绞线表面状态及机械与电学性能表征模块B3包括万能材料试验机、电线电缆电学性能测定仪、扫描电子显微镜、金相显微镜；受火试验后，裁剪16~26 cm受损导线采用万能材料试验机进行拉伸试验，裁剪1m受损导线采用电线电缆电学性能测定仪进行拉伸电阻电阻率测试，裁剪1~2 cm受损导线采用扫描电子显微镜、金相显微镜进行表观形貌及金相组织测试。
所述防火绝缘支架包括石英板、支架撑杆和脚轮，所述防火绝缘支架侧面采用石英板制作，所述石英板通过六角螺栓与支架撑杆连接，形成牢固的三角形状，防止长时间的高温高热使防火绝缘支架失效坍塌；防火绝缘支架底部与脚轮连接，可以自由活动，以满足不同尺寸的燃料床及不同的试验场景。
所述防火绝缘支架侧面采用石英板制作而成，所述石英板侧面钻有5排直径为5cm的等距间隔的夹具孔21，每排3个，共15个，用于固定钢芯铝绞线；通过调节钢芯铝绞线在支架上的位置，来调节导线与火焰间的间距；夹具孔横向中心轴上方6 cm处各钻有一排10个直径为5 mm的小孔，用于固定质量损失与热场数据采集模块B1中的热电偶及热流密度计；所述石英板尺寸为2.0 m×1.2 m×0.3 m；夹具孔直径为5.0~6.0 cm；小孔直径为0.5~0.8 cm；。
所述燃料床5为杉木或樟木制作而成的燃料堆垛，每根杉木条或樟木条的截面尺寸为2cm×3cm，长度为45 cm；每8根木条以3 cm间隔平铺在一个水平面形成一层，共6层，相邻2层排成正交状态并用铁钉连接固定，单木垛总高13.4 cm；通过调节木垛的个数对火源功率进行调节，其中单木垛、双木垛和三木垛火源的火源功率分别为151.8、293.7和327.2kW。
所述烟尘浓度采集单元采用LBT2000型烟尘浓度监测仪，测量范围为0～4000 mg/m3，响应时间≤10 s；所述在线气体烟气成分分析单元采用CMS-7多组分烟气分析仪，额定电压为230 V，频率为60 Hz，可用于在线测量CO，CO2，N2O等成分。
所述电线电缆电学性能测定仪采用QJ36C型电线电缆导体电阻材料电阻率智能测试仪，电阻测量范围为0.01 μΩ-2.5 MΩ，测量精度为±0.05 %；所述线路熔体采集与分析模块将长时间受火焰作用钢芯铝绞线熔断并滴落的熔体收集起来，并分析其形状、轮廓曲率、质量、表面形貌和成分相态、金相组织、电阻率等。
下面结合附图对本发明技术方案进一步说明
如附图1所示，一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台，包括火源发生与钢芯铝铝绞线耦合作用模块A（火源发生器、钢芯铝绞线、防火绝缘支架、应变片）、质量损失与热场数据采集模块B1（质量损失采集装置、ECT传感器、数据采集器、热电偶束、热流密度计）、烟尘特性与成分分析模块（模块B2）、钢芯铝绞线表面状态及机械与电学性能表征模块（模块B3）、线路熔体采集与分析模块（模块B4），模块B1~4分别与模块A相连，最终将采集的各项数据储存至计算机。应变片贴覆在钢芯铝绞线表面，燃料床的底部放置质量损失采集装置，并与数据采集器相连接；热电偶束、热流密度计、电容层析成像（ECT）传感器通过防火绝缘支架镶嵌，并于数据采集装置相连；火源所产生烟气通过石英格栅式蓄烟池进入烟尘特性与成分分析模块；试验后，截取受火前后不同尺寸的钢芯铝绞线用于表面状态及机械与电学性能表征，收集熔断熔体，分析形状、轮廓曲率、质量、表面形貌和成分相态、金相组织、电阻率等。
如附图2所示，所述火源发生与钢芯铝绞线耦合作用模块，包括钢芯铝绞线1、夹具2、应变片4、防火绝缘支架6、燃料床7；所述钢芯铝绞线通过夹具将其固定在防火绝缘支架6上，应变片4贴覆在钢芯铝绞线表面；燃料床放置于两个防火绝缘支架中部、钢芯铝绞线的下方，以模拟森林火灾所产生的高温、高热、烈焰以及烟羽流环境，并测试钢芯铝绞线因高温而导致产生的扭曲力、剪切力、弧垂等。
所述质量损失与热场数据采集模块，包括热流密度计3、热电偶束9、质量损失采集器8、数据采集器11；其中2支热流密度计分布在左侧防火绝缘支架6处，其分别位于火焰前沿及火焰中部，并与数据采集器11相连；5支热电偶形成一列热电偶束，并与数据采集器11相连，用于测定燃料床7燃烧产生的温度场；质量损失采集器8置于燃料床7的下方，并于并与数据采集器11相连，用于测定燃料燃烧过程中的质量损失；最终测得温度、热流密度、质量损失数据经由数据采集器储存至计算机17。
所述烟尘特性与成分分析模块，包括石英格栅式蓄烟池13、烟尘荷电属性采集与分析单元14、烟尘浓度采集单元15、在线气体烟气成分分析单元16；燃料床7燃烧所产生的烟尘烟气通过石英格栅式蓄烟池13进入耐热玻璃管；烟尘荷电属性采集与分析单元15、烟尘浓度采集单元15、在线气体烟气成分分析单元16分别通过一根防腐橡胶管与耐高温，玻璃管相连接，用于测定烟气密度、荷电特性以及气体成分，并将测定的数据储存至计算机15。
所述燃料床7采用原产广西的杉木（或樟木）制作而成的燃料堆垛，每根杉木条（或樟木）的截面尺寸为2cm×3cm，长度为45 cm。8根木条以3 cm间隔平铺在一个水平面形成一层，共6层，相邻2层排成正交状态并用铁钉连接固定，单木垛总高13.4 cm；通过调节木垛的个数对火源功率进行调节，其中单、双及三木垛火源的火源功率分别为151.8、293.7和327.2 kW。
电容层析成像（ECT）传感器5通过防火绝缘支架6固定，并于数据采集器11相连，传感器为圆柱形，通过一支钢制支架与防火绝缘支架6悬空固定，用于测试火源发生时火焰中的离子浓度。
进一步地，所述烟尘浓度采集单元采用LBT2000型烟尘浓度监测仪，测量范围为0～4000 mg/m3，响应时间≤10 s。
进一步地，所述在线气体烟气成分分析单元采用CMS-7多组分烟气分析仪，额定电压为230 V，频率为60 Hz，可用于在线测量CO，CO2，N2O等成分。
如附图3所示，所述防火绝缘支架6，采用六角螺栓将支架撑杆20与防火绝缘支架相连，并形成牢固的三角形状，以防止长时间的高温高热使其失效坍塌；支架底部与脚轮相连，使其可以自由活动，以满足不同尺寸的燃料床及不同的试验场景。
进一步地，所述防火绝缘支架6侧面采用石英板19制作而成，其特点是耐热绝缘；所述石英板侧面钻有5排直径为5 cm的等距间隔的夹具孔23，每排3个，共15个，用于固定钢芯铝绞线；通过调节钢芯铝绞线1在支架6上的位置，来调节导线与火焰间的间距。夹具孔横向中心轴上方6 cm处各钻有一排10个直径为5 mm的小孔，用于固定热电偶9及热流密度计3。
如附图4所示，所述钢芯铝绞线表面状态及机械与电学性能表征模块，包括万能材料试验机24、电线电缆电学性能测定仪25、扫描电子显微镜（SEM）24、金相显微镜26；受火试验后，裁剪16~26 cm受损导线用于拉伸试验，裁剪1 m受损导线用于电阻电阻率测试，裁剪1~2 cm受损导线用于表观形貌及金相组织测试。
进一步地，所述电线电缆电学性能测定仪25采用QJ36C型电线电缆导体电阻材料电阻率智能测试仪，电阻测量范围为0.01 μΩ-2.5 MΩ，测量精度为±0.05%。
如附图5所示，所述线路熔体采集与分析模块，是将由于长时间火焰作用钢芯铝绞线熔断并滴落的熔体收集起来，并分析其形状、质量、轮廓曲率及表面形貌和成分相态、金相组织、电阻率等，以便探讨其滴落引发森林地表植被燃烧而造成输电线路走廊二次灾害的可能性。
实施例1
采用上述高压输电线路火焰响应特性及理化性质损益实验平台，试验装置的工作过程包括：（1）调整两个防火绝缘支架4间距为1.0 m，剪切与之尺寸相适应的钢芯铝绞线1，并将其固定于支架上；（2）将重约4.7 kg的单木垛放置在燃料床7上，在木垛上浇灌0.5 L无水乙醇作为点火燃料；（3）对照图1，连接热流密度计3、热电偶束9、质量损失采集器8，并将其与计算机相连，打开计算机采集模块串口并进行调试；（4）开启烟尘特性与成分分析模块各子单元，给燃料床点火，开启高速摄像仪18实时记录火焰与烟羽流状态，试验开始；（5）启动电容层析成像（ECT）传感器，开始测量火焰离子浓度及其变化；（6）试验结束后，将各子单元所测数据储存在计算机中，并将受火后导线取出，按线层将其分离并收集，裁剪16 cm受损导线用于拉伸试验，裁剪1m受损导线用于电阻电阻率测试，裁剪1 cm受损导线用于表观形貌及金相组织测试，并将所测得极限拉力、断裂伸长量、表面电阻、体积电阻率以及微观形貌、金相组织等储存于计算机；（7）收集线路熔体，并对其进行分析与表征；（8）调整导线-燃料间距与燃料尺寸，重复上述试验；（9）根据实验结果建立参量模型耦合分析，综合推演山火导致输电线路的本质受损机理。
Claims (6)
1.一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台，其特征是包括火源发生与钢芯铝铝绞线耦合作用模块（A）、质量损失与热场数据采集模块（B1）、烟尘特性与成分分析模块（B2）、钢芯铝绞线表面状态及机械与电学性能表征模块（B3）、线路熔体采集与分析模块（B4）和计算机（C）；其中，所述火源发生与钢芯铝铝绞线耦合作用模块（A）的输出端分别于质量损失与热场数据采集模块（B1）、烟尘特性与成分分析模块（B2）、钢芯铝绞线表面状态及机械与电学性能表征模块（B3）、线路熔体采集与分析模块（B4）的输入端连接，质量损失与热场数据采集模块（B1）、烟尘特性与成分分析模块（B2）、钢芯铝绞线表面状态及机械与电学性能表征模块（B3）、线路熔体采集与分析模块（B4）的输出端分别与计算机（C）连接，将采集的各项数据储存至计算机；
所述火源发生与钢芯铝铝绞线耦合作用模块（A）包括火源发生器、钢芯铝绞线、防火绝缘支架、夹具、应变片和燃料床；其中，所述钢芯铝绞线通过夹具固定在防火绝缘支架上；燃料床放置于两个防火绝缘支架中部、钢芯铝绞线的下方；应变片贴覆于钢芯铝绞线表面，燃料床底部放置热场数据采集模块（B1）中的质量损失采集装置，并与质量损失与热场数据采集模块（B1）中的数据采集器相连接；
所述质量损失与热场数据采集模块（B1）包括热流密度计、热电偶束、电容层析成像传感器、质量损失采集器和数据采集器；其中，所述热流密度计、热电偶束、电容层析成像传感器都镶嵌于钢芯铝铝绞线耦合作用模块（A）中的防火绝缘支架上，并分别与数据采集器相连；2支热流密度计分布在火源发生与钢芯铝铝绞线耦合作用模块（A）中的左侧防火绝缘支架处，分别位于火焰前沿及火焰中部；5支热电偶形成一列热电偶束，用于测定火源发生与钢芯铝铝绞线耦合作用模块（A）中的燃料床燃烧产生的温度场；质量损失采集器置于火源发生与燃料床的下方，用于测定燃料燃烧过程中的质量损失；最终测得温度、热流密度、质量损失数据经由数据采集器储存至计算机；
所述烟尘特性与成分分析模块（B2）包括石英格栅式蓄烟池、烟尘荷电属性采集与分析单元、烟尘浓度采集单元、在线气体烟气成分分析单元和耐热玻璃管；其中，钢芯铝铝绞线耦合作用模块（A）中的燃料床燃烧所产生的烟尘烟气通过石英格栅式蓄烟池进入耐热玻璃管；烟尘荷电属性采集与分析单元、烟尘浓度采集单元、在线气体烟气成分分析单元分别通过防腐橡胶管与耐热玻璃管连接，用于测定烟气密度、荷电特性以及气体成分，并将测定的数据储存至计算机；
所述钢芯铝绞线表面状态及机械与电学性能表征模块（B3）包括万能材料试验机、电线电缆电学性能测定仪、扫描电子显微镜、金相显微镜；受火试验后，裁剪16~26 cm受损导线采用万能材料试验机进行拉伸试验，裁剪1m受损导线采用电线电缆电学性能测定仪进行拉伸电阻电阻率测试，裁剪1~2 cm受损导线采用扫描电子显微镜、金相显微镜进行表观形貌及金相组织测试；
所述线路熔体采集与分析模块将长时间受火焰作用钢芯铝绞线熔断并滴落的熔体收集起来，并分析其形状、轮廓曲率、质量、表面形貌和成分相态、金相组织、电阻率等。
2.根据权利要求1所述的一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台，其特征是所述防火绝缘支架包括石英板、支架撑杆和脚轮，所述防火绝缘支架侧面采用石英板制作，所述石英板通过六角螺栓与支架撑杆连接，形成牢固的三角形状，防止长时间的高温高热使防火绝缘支架失效坍塌；防火绝缘支架底部与脚轮连接，可以自由活动，以满足不同尺寸的燃料床及不同的试验场景。
3. 根据权利要求1所述的一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台，其特征是所述防火绝缘支架侧面采用石英板制作而成，所述石英板侧面钻有5排直径为5cm的等距间隔的夹具孔（21），每排3个，共15个，用于固定钢芯铝绞线；通过调节钢芯铝绞线在支架上的位置，来调节导线与火焰间的间距；夹具孔横向中心轴上方6 cm处各钻有一排10个直径为5 mm的小孔，用于固定质量损失与热场数据采集模块（B1）中的热电偶及热流密度计；所述石英板尺寸为2.0 m×1.2 m×0.3 m；夹具孔直径为5.0~6.0 cm；小孔直径为0.5~0.8 cm。
4. 根据权利要求1所述的一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台，其特征是所述燃料床（5）为杉木或樟木制作而成的燃料堆垛，每根杉木条或樟木条的截面尺寸为2cm×3cm，长度为45 cm；每8根木条以3 cm间隔平铺在一个水平面形成一层，共6层，相邻2层排成正交状态并用铁钉连接固定，单木垛总高13.4 cm；通过调节木垛的个数对火源功率进行调节，其中单木垛、双木垛和三木垛火源的火源功率分别为151.8、293.7和327.2 kW。
5. 根据权利要求1所述的一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台，其特征是所述烟尘浓度采集单元采用LBT2000型烟尘浓度监测仪，测量范围为0～4000 mg/m3，响应时间≤10 s；所述在线气体烟气成分分析单元采用CMS-7多组分烟气分析仪，额定电压为230 V，频率为60 Hz。
6. 根据权利要求1所述的一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台，其特征是所述电线电缆电学性能测定仪采用QJ36C型电线电缆导体电阻材料电阻率智能测试仪，电阻测量范围为0.01 μΩ-2.5 MΩ，测量精度为±0.05 %；所述线路熔体采集与分析模块将长时间受火焰作用钢芯铝绞线熔断并滴落的熔体收集起来，并分析其形状、轮廓曲率、质量、表面形貌和成分相态、金相组织、电阻率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811198636.6A CN109064867B (zh) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | 一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811198636.6A CN109064867B (zh) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | 一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109064867A CN109064867A (zh) | 2018-12-21 |
| CN109064867B true CN109064867B (zh) | 2024-02-27 |
Family
ID=64764016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811198636.6A Active CN109064867B (zh) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | 一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109064867B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113340892A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-09-03 | 江苏鑫海高导新材料有限公司 | 一种耐火电缆铜导体耐火试验方法 |
| CN113253031A (zh) * | 2021-05-19 | 2021-08-13 | 广东电网有限责任公司 | 一种输电线路山火跳闸试验平台 |
| CN113398508B (zh) * | 2021-06-16 | 2022-09-27 | 国网湖南省电力有限公司 | 高可重复性的山火直升机灭火试验系统及方法 |
| CN117805164A (zh) * | 2023-12-29 | 2024-04-02 | 中国人民警察大学(公安部国际执法合作学院、中国维和警察培训中心) | 一种基于毛发轻微热损伤判别人员近距离接触火源的方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009006319B3 (de) * | 2009-01-27 | 2010-10-14 | Chemin Gmbh | Brennstoff-Korrosionsdiagnose |
| CN104267637A (zh) * | 2014-09-19 | 2015-01-07 | 国家电网公司 | 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 |
| CN104914370A (zh) * | 2015-07-02 | 2015-09-16 | 国家电网公司 | 高压输电线路下方可伸缩山火烟气导向通道模拟试验系统 |
| CN106055387A (zh) * | 2016-06-22 | 2016-10-26 | 华南理工大学 | 基于ansys apdl与ansys cfx的钢芯铝绞线径向温度仿真方法 |
| CN107131915A (zh) * | 2017-06-26 | 2017-09-05 | 国网安徽省电力公司电力科学研究院 | 一种输电线路过火性能评估检测平台 |
| CN209232261U (zh) * | 2018-10-15 | 2019-08-09 | 南京工业大学 | 一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台 |
-
2018
- 2018-10-15 CN CN201811198636.6A patent/CN109064867B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009006319B3 (de) * | 2009-01-27 | 2010-10-14 | Chemin Gmbh | Brennstoff-Korrosionsdiagnose |
| CN104267637A (zh) * | 2014-09-19 | 2015-01-07 | 国家电网公司 | 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 |
| CN104914370A (zh) * | 2015-07-02 | 2015-09-16 | 国家电网公司 | 高压输电线路下方可伸缩山火烟气导向通道模拟试验系统 |
| CN106055387A (zh) * | 2016-06-22 | 2016-10-26 | 华南理工大学 | 基于ansys apdl与ansys cfx的钢芯铝绞线径向温度仿真方法 |
| CN107131915A (zh) * | 2017-06-26 | 2017-09-05 | 国网安徽省电力公司电力科学研究院 | 一种输电线路过火性能评估检测平台 |
| CN209232261U (zh) * | 2018-10-15 | 2019-08-09 | 南京工业大学 | 一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王振华 ; 尤飞 ; 张云 ; 赖云楼 ; .强热烈焰下典型高压输电线路状态受损及机理分析.消防科学与技术.2015,(第06期),第714-718页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109064867A (zh) | 2018-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109064867B (zh) | 一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台 | |
| CN103776973B (zh) | 一种电气火灾短路模拟装置及其模拟方法 | |
| CN109239549B (zh) | 可解耦输电线路与山火相互作用的试验装置及使用方法 | |
| CN104614484A (zh) | 一种输电线路走廊典型植被燃烧特性试验平台 | |
| CN109342897B (zh) | 小型山火诱发高压输电线路闪络放电及其预警模拟装置 | |
| CN104215653B (zh) | 一种千斤顶边界约束钢筋混凝土板抗火试验系统 | |
| CN105181748A (zh) | 外部辐射热流作用下的电缆受热特性及失效性测试装置 | |
| CN105067655A (zh) | 一种桶形环状辐射加热条件下的阻燃电缆竖直燃烧性能测试装置 | |
| CN106646042A (zh) | 开关柜绝缘隔板老化性能综合评估方法 | |
| CN104360245A (zh) | 一种模拟山火条件下多因素影响的间隙放电特性试验平台 | |
| Liu et al. | A case study of ruptures in overhead ground wire under a large lightning over 400kA | |
| CN101858945B (zh) | 光纤复合架空地线（opgw）实验室模拟覆冰试验方法 | |
| D'alessandro et al. | Experimental study of lightning rods using long sparks in air | |
| CN103226171B (zh) | 一种电缆载流热效应冗余度监测方法 | |
| CN118194773A (zh) | 一种瓷绝缘子早期故障检测方法及系统 | |
| CN209232261U (zh) | 一种高压输电线路火灾响应特性及理化性质损益实验平台 | |
| Liu et al. | Detecting XLPE cable insulation damage based on distributed optical fiber temperature sensing | |
| Wang et al. | Multiparameter warning of lithium-ion battery overcharge-thermal runaway | |
| CN205139307U (zh) | 500kV高压并联电抗器匝间绝缘性能测试装置 | |
| CN203811519U (zh) | Adss光缆试验装置 | |
| CN113253031A (zh) | 一种输电线路山火跳闸试验平台 | |
| CN109444563A (zh) | 一种模拟输电线路电场下植被燃烧颗粒物荷电的试验平台 | |
| CN206114165U (zh) | 变压器高压套管端部羊角型金具垂直拉力传感器 | |
| CN204832075U (zh) | 一种桶形环状辐射加热条件下的阻燃电缆竖直燃烧性能测试装置 | |
| CN104237709A (zh) | 一种变电站避雷器检测故障诊断系统及其方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |