CN111693862A - 换流变压器热熔板熔断测试试验平台及试验方法 - Google Patents

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CN111693862A CN202010647867.1A CN202010647867A CN111693862A CN 111693862 A CN111693862 A CN 111693862A CN 202010647867 A CN202010647867 A CN 202010647867A CN 111693862 A CN111693862 A CN 111693862A
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尚峰举
黄勇
李金忠
谭静
杨鹏程
范明豪
过羿
苏文
黄玉彪
刘睿
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Abstract

本发明公开一种换流变压器热熔板熔断测试试验平台及试验方法，包括试验台主体、模拟火源、模拟阀厅、配套灭火系统以及配套测控系统；试验台主体包括防火墙、热熔板、固定降噪板；配套测控系统包括点火系统、温度采集系统、图像采集系统、压力采集系统。方法包括：油量计算、输油、点火、观察记录、灭火时机判别、配套灭火系统灭火、熄火判断、重复试验等。本发明的优点在于：能够实现不同类型及不同布置方式热熔板在换流变压器火灾场景下的熔断效果测试和热熔板熔断后外界消防能否有效灭火的测试，又能实现换流变压器火灾场景下内部不同类型固定灭火系统效果评估和设计参数优化测试，同时也可为揭示换流变遮挡火火灾致灾机理提供测试平台。

Description

换流变压器热熔板熔断测试试验平台及试验方法
技术领域
本发明涉及电力系统防灾减灾技术领域，具体涉及一种换流变压器热熔板熔断测试试验平台及试验方法。
背景技术
换流站是电力系统的重要枢纽，其安全可靠运行是电力系统正常运行的基础。换流站内含有大量的充油设备，尤其是换流变压器，其含油量可达上百吨，而且受到Box-in降噪装置的遮挡，一旦发生火灾，扑救较为困难，是影响换流站安全运行的主要威胁之一。例如，2018年，某特高压换流变火灾，持续燃烧超过20小时，造成了严重的设备烧损。
一方面，目前换流变Box-in降噪装置所采用的型式主要有固定式、可拆卸式和移动式3种。其中可拆卸式使用最为广泛。可拆卸式Box-in降噪装置由固定和可拆两部分组成，固定部分的隔声围护结构与防火墙及阀厅墙连接，前端与Box-in降噪装置基础连接，在更换换流变时此部分不用拆除。可拆装部分采用钢梁与两端的固定部分连接，在更换换流变时可拆除。典型的换流变火灾事故表明，以上三种换流变Box-in降噪结构型式均无法满足在火灾情况下自动脱落，Box-in降噪装置遮挡严重影响外部消防扑救。近年来，已有部分厂家研制出换流变新型热熔降噪装置，同时具备降噪和高温熔断功能。热熔降噪装置在实际应用时，安装在换流变压器顶部，在换流变压器正常运行时用以降噪，当换流变压器发生火灾时，热熔降噪装置受热熔化，进而自动脱落，以暴露换流变压器，方便外界消防直接作用于换流变压器进行有效灭火。现有技术中，如文献1公开号为CN110180109A的中国发明专利申请提出一种兼备隔声模块与消防模块的Box-in装置，将顶部降噪部分按照区域分为泄爆脱落隔声板和固定式隔声板，泄爆脱落隔声板由高温热熔材料制成，在发生火灾时能自动脱落；固定式隔声板采用填充隔声板，其下方安装有支撑钢结构进行支撑。文献2公开号为CN110152223A的中国发明专利申请提出一种特高压换流变防护结构，采用一种高温易熔材料多孔消音结构，满足平时声学、力学性能要求的同时，能在温度达到150℃时熔融产生开口。文献3公开号为CN111138124A的中国发明专利申请提出一种由低熔断温度的热固性粘结剂制备生成的微粒吸声板，低熔断温度的热固性粘结剂由一定比例的凝胶溶剂和树脂柔性剂制备而成，通过加入适量的柔性剂，得到不同熔断温度的热固性粘结剂，实现火灾时的自动熔断。但是上述文献1、2并未说明其高温熔断效果及熔断温度测试方法；文献3具体实施实例中提出，取小样进行DSC测试，通过不同树脂柔性剂下凝胶溶剂的熔融温度变化，说明可通过调节树脂柔性剂含量来得到不同熔断温度的低熔断温度的热固性粘结剂，进而得到不同熔断温度的低熔断温度的微粒吸声板，但是也未说明如何对微粒吸声板的熔断效果和熔断温度进行测试。目前，针对换流变压器新型热熔降噪板的熔断测试，尤其是相关的试验平台未见报道，因此各类新型热熔板降噪装置在换流变火灾情况下的熔断效果在实际工程应用备受质疑，这成为了制约其工程应用的主要难题。同时，由于Box-in降噪装置的遮挡，无法判别内部固定灭火系统在换流变压器火灾初期是否发挥设计效果，因而降噪装置内部采用的常用固定灭火系统(水喷雾和泡沫喷雾灭火系统等)对于换流变火灾的扑救有效性仍有待验证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种换流变压器热熔板熔断测试试验平台及试验方法，既能实现不同类型及不同布置方式热熔板在换流变火灾过程中是否能及时跌落或者熔断测试，又能实现灭火系统在换流变火灾场景下的灭火效果评估和固定灭火系统设计参数优化测试，同时也可为揭示换流变遮挡火火灾致灾机理提供测试平台。
本发明是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种换流变压器热熔板熔断测试试验平台，包括试验台主体、模拟火源、模拟阀厅、配套灭火系统以及配套测控系统；
所述试验台主体包括设置在两侧的防火墙，两侧防火墙之间架设热熔板、固定降噪板，且热熔板位于两侧固定降噪板之间，所述热熔板、固定降噪板前端下方设置前侧降噪板；
所述模拟火源包括设置在热熔板下方的开口油池；
所述模拟阀厅设置在试验台主体后侧，且模拟阀厅与试验台主体连接处设置防火门；
所述配套测控系统包括设置在开口油池开口处的点火系统；还包括能够采集试验台主体外部温度、试验台主体内部温度、模拟阀厅内部温度、模拟火源温度的温度采集系统；以及能够采集试验台主体内部图像、整体试验平台图像的图像采集系统；以及能够采集热熔板底部压力的压力采集系统。
本发明中的换流变压器热熔板熔断测试试验平台在实际应用时，将变压器油输入开口油池中，点火系统引燃变压器油，模拟火灾情况，随后测试热熔板在模拟真实火灾的情况下的脱落情况；
在换流变压器热熔板熔断测试方面，本发明设计试验台主体充分考虑换流变压器油量大、油温高的实际特点，综合变压器油燃烧速率、燃烧效率和火灾持续时间等因素计算确定试验变压器油量，同时控制变压器油初始点火油温为闪点温度以上，能够还原换流变遮挡火火灾场景。结合试验台主体顶部热熔板所处区域(即热熔板区)和固定降噪板所处区域(即固定降噪板区)划分，可测试不同类型及其组合形式(包括布置方式等)热熔板在真实换流变火灾过程中是否能及时跌落或者熔断；同时与试验台主体联接的模拟阀厅及防火门(模拟防火封堵)，可实现模拟防火封堵破损和未破损情况对热熔板熔落效果(包括熔落数量和熔落后状态等)的影响评估；
在换流变压器灭火系统效果评价方面，本发明设计可测试Box-in降噪装置遮挡情况下，高温热油火对不同种类(有喷头和无喷头型)灭火系统喷射角度和管道内部压力降低甚至失效情况的影响，还可实现防火封堵破损破损和未破损情况下对灭火系统灭火效果的影响判别，从而为换流变灭火系统选型和设计参数优化提供依据；在换流变压器火灾致灾机理方面，本发明设计充分考虑换流变火灾油量大、油温高和Box-in降噪装置遮挡的实际情况，通过还原换流变遮挡火灾场景的发生、发展、灭火全过程，能够揭示影响换流变遮挡火火灾发展蔓延和致灾的关键因素，为消防应急处置和火灾事故调查提供技术支撑；
因此，本发明设计一种专门针对换流变的热熔板熔断测试平台及方法，一方面，可以实现热熔板在火灾过程中是否能及时跌落或者熔断和热熔板熔断后外界消防能否有效灭火的判别；另一方面，为典型换流变火灾演化致灾机理的研究，以及固定灭火系统选型、设计和参数优化等提供测试平台。
优化的，所述试验台主体底部设置废油收集槽，废油收集槽通向外设的事故油池。
优化的，所述开口油池下方设置底座，所述开口油池上设置输油管，输油管上设置阀门。
优化的，所述配套灭火系统包括设置在防火墙上的固定灭火系统，以及设置在试验台主体外部的移动式灭火系统，所述固定灭火系统能够喷向开口油池，所述移动式灭火系统能够喷向试验台主体。
优化的，所述固定灭火系统包括设置在两侧防火墙上的喷头，喷头喷射方向水平朝向开口油池，喷头的数量及间距满足喷射范围能够覆盖试验台主体内部。
优化的，所述温度采集系统包括设置在试验台主体前方的红外摄像头，以及设置在试验台主体内部、模拟阀厅内部和模拟火源处的热电偶探头，还包括与红外摄像头及热电偶探头相连接的温度数据采集系统。
优化的，所述图像采集系统包括设置在试验台主体内部的抗爆型视频摄像头、设置在试验台主体前方的高清摄像机、设置在试验平台四周的高清视频摄像头，以及与抗爆型视频摄像头、高清摄像机、高清视频摄像头连接的多通道视频采集系统。
优化的，所述压力采集系统包括设置在热熔板底部的压力传感器探头以及与压力传感器探头连接的配套压力数据采集系统。
本发明还公开了一种采用上述换流变压器热熔板熔断测试试验平台的试验方法，包括以下步骤：
s1、油量计算：
所用变压器油量满足燃烧持续不小于30min的需求，根据下列公式计算油量：
Figure BDA0002573813040000061
其中，m为试验用变压器油量，单位为kg，
Figure BDA0002573813040000062
为变压器油燃烧速率，单位为kg/(m2·s)；a为燃烧效率，数值取90％-95％，S为火源面积，单位为m2，t为燃烧持续时间，单位为s；
s2、输油：
根据步骤s1中的计算结果确定试验用变压器油量，利用外置的加热装置将试验用变压器油加热至不低于变压器油闪点，随后输入开口油池，待达到步骤s1中计算的试验用变压器油量后，停止输油；
s3、点火：
利用点火系统引燃开口油池中的变压器油，待持续燃烧超过30s后，关闭点火系统；
s4、观察记录：
观察记录预燃过程中的火焰形态、烟气、温度、热辐射等的变化情况，记录热熔板出现掉落时间和掉落数量；
s5、灭火时机判别：
开口油池上方15cm与热熔板下方10cm的空间内设置3个热电偶，且3个热电偶在竖直方向的投影位于开口油池范围内，相邻两个热电偶间距不小于10cm，根据开口油池上方3个热电偶温度或热熔板掉落数量判别灭火开始时间，判别规则如下：
a、3个热电偶温度均超过1200℃，且其中任两个温度持续15s内温升不超过50℃；
b、3个热电偶温度均超过1200℃，且其中任两个温度超过1400℃；
c、热熔板全部掉落；
当满足a、b中任意一种条件时，表明火灾已达充分发展阶段，当满足上述a、b、c中任意一种条件时，准备启动配套灭火系统进行灭火；
s6、配套灭火系统灭火：
待模拟的火灾达到充分发展阶段或者热熔板全部掉落时，启动配套灭火系统进行灭火，观察并记录灭火过程中热熔板脱落情况和完全脱落时间，火焰形态、烟气、温度、热辐射等参数的变化情况，灭火介质的喷射、覆盖情况；
s7、配套灭火系统继续灭火：
如果配套灭火系统启动10min后，未完全扑灭明火，判别为灭火失败，利用配套灭火系统继续灭火；
s8、熄火判断：
通过图像采集系统判断火源是否熄灭，无明火时，记录无明火时间，同时继续持续喷射配套灭火系统5min后，关闭配套灭火系统，停止施加灭火介质，记录配套灭火系统从开始至关闭持续供给时间；
s9、重复试验：
试验结束后，关闭配套测控系统，保存数据、照片和录像，如果灭火失败，将灭火介质流量设计为上次设计流量的1.5倍，依据上述步骤，再次进行试验，直到配套灭火系统启动10min后完全扑灭明火。
优化的，所述配套灭火系统包括设置在防火墙上的固定灭火系统，以及设置在试验台主体外部的移动式灭火系统，所述固定灭火系统能够喷向开口油池，所述移动式灭火系统能够喷向试验台主体；
步骤s6为固定灭火系统灭火：
待模拟的火灾达到充分发展阶段或者热熔板全部掉落时，启动固定灭火系统进行灭火，观察并记录灭火过程中热熔板脱落情况和完全脱落时间，火焰形态、烟气、温度、热辐射等参数的变化情况，灭火介质的喷射、覆盖情况；
步骤s7为移动式灭火系统灭火：
如果固定灭火系统启动10min后，未完全扑灭明火，判别为灭火失败，启动移动式灭火系统灭火；
步骤s8为熄火判断：
通过图像采集系统判断火源是否熄灭，无明火时，记录无明火时间，同时固定灭火系统继续持续喷射5min后，关闭固定灭火系统，停止施加灭火介质，记录固定灭火系统从开始至关闭持续供给时间；
步骤s9为重复试验：
试验结束后，关闭配套测控系统，保存数据、照片和录像，如果灭火失败，将灭火介质流量设计为上次设计流量的1.5倍，依据上述步骤，再次进行试验，直到固定灭火系统启动10min后完全扑灭明火。
本发明的优点在于：
1.本发明中的换流变压器热熔板熔断测试试验平台在实际应用时，将变压器油输入开口油池中，点火系统引燃变压器油，模拟火灾情况，随后测试热熔板在模拟真实火灾情况下的脱落情况。
2.在换流变压器热熔板熔断测试方面，本发明设计试验台主体充分考虑换流变压器油量大、油温高的实际特点，综合变压器油燃烧速率、燃烧效率和火灾持续时间等因素计算确定试验变压器油量，同时控制变压器油初始点火油温为闪点温度以上，能够还原换流变遮挡火灾场景。结合试验台主体顶部热熔板所处区域(即热熔板区)和固定降噪板所处区域(即固定降噪板区)划分，可测试不同类型及其组合形式(包括布置方式等)热熔板在真实换流变火灾过程中是否能及时跌落或者熔断；同时与试验台主体联接的模拟阀厅及防火门(模拟防火封堵)，可实现模拟防火封堵破损和未破损情况对热熔板熔落效果(包括熔落数量和熔落后状态等)的影响评估。
3.在换流变压器固定灭火系统效果评价方面，本发明设计可测试Box-in降噪装置遮挡情况下，高温热油火对不同种类(有喷头和无喷头型)固定灭火系统喷射角度和管道内部压力降低甚至失效情况的影响，还可实现防火封堵破损破损和未破损情况下对固定灭火系统灭火效果的影响判别，从而为换流变灭火系统选型和设计参数优化提供依据。
4.在换流变压器火灾致灾机理方面，本发明设计充分考虑换流变火灾油量大、油温高和Box-in降噪装置遮挡的实际情况，通过还原换流变遮挡火灾场景的发生、发展、灭火全过程，能够揭示影响换流变遮挡火火灾发展蔓延和致灾的关键因素，为消防应急处置和火灾事故调查提供技术支撑。
因此，本发明设计一种专门针对换流变的热熔板熔断测试平台及方法，一方面，可以实现热熔板在火灾过程中是否能及时跌落或者熔断和热熔板熔断后外界消防能否有效灭火的判别；另一方面，为典型换流变火灾演化致灾机理的研究，以及固定灭火系统选型、设计和参数优化提供测试平台。
附图说明
图1为本发明实施例中换流变压器热熔板熔断测试试验平台的整体示意图；
图2为本发明实施例中模拟火源的示意图；
图3为本发明实施例中试验台主体内部示意图；
图4为本发明实施例中模拟阀厅示意图；
图5为本发明实施例中试验台主体顶部架设的结构示意图；
图6为图5中A的局部放大图；
其中，
试验台主体-1、防火墙-11、热熔板-12、固定降噪板-13、前侧降噪板-14、顶部人孔-15、顶部通风口-16、废油收集槽-17、挡油坎-18；
模拟火源-2、开口油池-21、底座-22、输油管-23、阀门-24；
模拟阀厅-3、防火门-31；
固定灭火系统-4、喷头-41；
移动式灭火系统-5；
点火系统-6；
红外摄像头-71、热电偶探头-72；
抗爆型视频摄像头-81、高清摄像机-82、高清视频摄像头-83；
支撑件-911、固定卡子-913、封边支撑件-922、热熔卡子-923、自攻钉-9221、热熔支撑板-931、固定横梁-97、移动横梁-98。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1所示，一种换流变压器热熔板熔断测试试验平台，包括试验台主体1、模拟火源2、模拟阀厅3、配套灭火系统以及配套测控系统。
如图1所示，所述试验台主体1包括设置在两侧的防火墙11，防火墙11为钢筋混凝土结构，厚度为0.4m，两侧防火墙11之间架设热熔板12、固定降噪板13，且热熔板12位于两侧固定降噪板13之间，所述热熔板12、固定降噪板13前端下方设置前侧降噪板14，前侧降噪板14采用与热熔板12或者固定降噪板13相同的材质，不同前侧降噪板14也可是不同材质的组合。
本实施例中，将试验台主体1顶部划分成4个区域，从左至右依次为左侧固定降噪板区、左侧热熔板区、右侧热熔板区以及右侧固定降噪板区，左侧固定降噪板区以及右侧固定降噪板区均由固定降噪板13铺设而成，固定降噪板13为现有技术，如采用固定式金属降噪板，市购即可，其铺设方式及结构均采用现有技术，根据实际试验需求搭设即可。
左侧热熔板区、右侧热熔板区均铺设热熔板12，由于热熔板12是实际试验对象，因此在试验时可根据试验需求，安装不同材质的热熔板12，在左侧热熔板区、右侧热熔板区可铺设相同材质、结构的热熔板12，也可铺设不同材质、结构的热熔板12，热熔板12的主要作用是降噪以及受热时熔化脱落，热熔板12为现有技术，市购即可，其安装结构也为现有技术，根据实际试验需求铺设即可。
本实施例中，试验台主体1顶部架设结构如下：
如图5所示，模拟火源2上方两侧均设置固定横梁97、防火墙11，固定降噪板部分架设在固定横梁97、防火墙11之间，所述固定横梁97为沿前后方向架设的工字钢。
如图5所示，固定降噪板部分包括设置在防火墙11上的支撑件911、两端分别压在支撑件911以及固定横梁97上方的固定降噪板13，所述支撑件911为L形，其一边通过螺栓固定安装在防火墙11内侧，其另一边沿水平方向，用以支撑固定降噪板13，支撑件911的数量根据实际需求设定。
所述固定降噪板13为现有技术中常规的降噪板，如固定式金属降噪板，市购即可。
如图5所示，所述固定降噪板13底部安装有固定卡子913，支撑件911以及固定横梁97被夹持在固定降噪板13与固定卡子913之间，具体的，所述固定卡子913包括上边、下边以及将上边、下边连接的过渡部分，所述上边通过螺栓安装在固定降噪板13底部，下边上表面向上压住支撑件911的水平边底部，或者，下边上表面向上压住固定横梁97上部边缘下方。
模拟火源2上方设置移动横梁98，移动横梁98采用工字钢，移动横梁98根据实际情况进行架设，热熔板部分架设在各移动横梁98上方，以及移动横梁98与固定降噪板部分之间。
具体的，热熔板部分包括热熔板12；根据实际需求，热熔板12可采用现有技术中的热熔降噪板，市购即可。
结合工程实际，移动横梁98之间的间距基本都小于3.5m，所述热熔板12厚度为50-70mm，长度为500-3300mm，宽度为1000～1200mm，具体尺寸根据实际铺设需求设定。
除了靠近固定降噪板部分的移动横梁98外，其余移动横梁98顶部安装有热熔板12；具体通过螺栓安装在移动横梁98顶部。
如图5、6所示，靠近固定降噪板部分的移动横梁98与固定降噪板部分之间架设热熔板12，所述热熔板12朝向固定降噪板部分的端部设置封边支撑件922，封边支撑件922采用铝合金制成，所述封边支撑件922呈L形，所述封边支撑件922的竖直边通过自攻钉9221钉在热熔板12侧面，以起到对热熔板12封边的作用，封边支撑件922的水平边压在固定降噪板13顶面，并通过螺栓或者铆钉固定安装在固定降噪板13顶面，以起到对热熔板12的支撑作用。
如图5所示，热熔板12底部安装有热熔卡子923，移动横梁98被夹持在热熔卡子923与热熔板12之间，所述热熔卡子923与固定卡子913结构相似，区别在于热熔卡子923的过渡部分为竖直的，热熔卡子923可采用现有技术中的热熔材料制成，另外也可采用和热熔板12或者热熔支撑板931相同的材料制成。
如图5所示，热熔板和热熔支撑组合部分架设在各移动横梁98之间；所述热熔板和热熔支撑组合部分包括安装在各个移动横梁98上的热熔支撑板931，热熔支撑板931通过螺栓安装在移动横梁98上。
热熔支撑板931可采用现有技术中的热熔材料制成，市购即可。热熔支撑板931从移动横梁98上向与之相邻的移动横梁98方向伸出；所述热熔支撑板931厚度为15-20mm，本实施例为15mm，宽度为120-200mm，本实施例为120mm，热熔支撑板931从移动横梁98上伸出的长度为100-150mm，本实施例为100mm，且热熔支撑板931伸出长度小于其宽度，并且其宽度与伸出长度之间的差值不小于20mm。
如图5所示，热熔板和热熔支撑组合部分的热熔板12置于相邻两个热熔支撑板931上方，且热熔板12在竖直方向的投影位于两移动横梁98之间，所述热熔板12底部安装有热熔卡子923，热熔支撑板931被夹持在热熔卡子923与热熔板12之间，此处的热熔卡子923与固定卡子913结构相同，材质可采用现有技术中的热熔材料制成，另外也可采用和热熔板12或者热熔支撑板931相同的材料制成。
如图5所示，所述热熔板12被热熔支撑板931支撑的端部长度为1000-1200mm时，热熔板12每端对应3个热熔支撑板931，每块热熔板12被6个热熔支撑板931支撑；所述热熔板12被热熔支撑板931支撑的端部长度为400-1000mm时，热熔板12每端对应2个热熔支撑板931，每块热熔板12被4个热熔支撑板931支撑；所述热熔板12被热熔支撑板931支撑的端部长度小于或等于400mm时，热熔板12每端对应1个热熔支撑板931，每块热熔板12被2个热熔支撑板931支撑。
本实施例中，所述热熔板12被热熔支撑板931支撑的端部长度为600mm，热熔板12每端对应2个热熔支撑板931，每块热熔板12被4个热熔支撑板931支撑。
上述各个热熔板12之间的间隙根据实际需求安装设定，另外，可在缝隙处填充介质，以封堵缝隙。
如图1所示，所述试验台主体1顶面前部热熔板12处开设顶部人孔15，顶部人孔15为两个0.5m×0.4m的矩形开口，顶部人孔15前端距离前侧热熔板12的距离为2m，所述试验台主体1顶面后部热熔板12处开设顶部通风口16，顶部通风口16为4个1.0m×0.4m矩形通风口，其后端距离背部模拟阀厅3距离为1m-3m，所述试验台主体1底部设置废油收集槽17，废油收集槽17通向外设的事故油池，底部废油收集槽17位于试验台主体1底部地面中间纵轴线上，宽度和深度分别为0.15m和0.1m，经外部管道进入外置事故油池。
如图1所示，两防火墙11前端之间设置挡油坎18，挡油坎18为钢筋混凝土结构，高度不小于0.35m。
所述试验台主体1长15m，宽10.8m，高5m，顶部左侧热熔板区、右侧热熔板区位于顶部中间部分，长度均与试验台主体1相同，宽度不小于1m。
如图2所示，所述模拟火源2包括设置在热熔板12下方的开口油池21；所述开口油池21下方设置底座22，所述开口油池21采用耐高温锰钢合金制成，长宽分别为12.8m、3.6m，油池壁厚度为0.05-0.1m。底座22高3.0m，用于模拟换流变高位火灾。
如图2所示，所述开口油池21上设置输油管23，输油管23与开口油池21连通处位于开口油池21背面中心位置，输油管23尺寸为DN80，变压器油通过外置加热装置加热至闪点后，通过输油管23进入开口油池21，输油管23上设置阀门24，本实施例中，所述阀门24采用电动阀门，优选为耐高温球阀，阀门24距离输油管23与开口油池21连接处距离不小于0.2m。
如图1、4所示，所述模拟阀厅3设置在试验台主体1后侧，且模拟阀厅3与试验台主体1连接处设置防火门31，防火门31为现有技术，其是可开闭的，防火门31位于模拟阀厅3以及试验台主体1的中间位置。
所述模拟阀厅3钢筋混凝土框架结构，厚度0.4m。可开闭的防火门31上边缘距离试验台主体1顶部距离为0.5m，防火门长宽分别为0.8m、0.8m，用于模拟防火封堵口。
如图3所示，所述配套灭火系统包括设置在防火墙11上的固定灭火系统4，以及设置在试验台主体1外部的移动式灭火系统5，所述固定灭火系统4能够喷向开口油池21，所述移动式灭火系统5能够喷向试验台主体1；所述固定灭火系统4为水喷淋、合成型泡沫喷雾、压缩空气泡沫灭火系统中的一种或者多种，所述固定灭火系统4包括设置在两侧防火墙11上的喷头41，喷头41喷射方向水平朝向开口油池21，喷头41距离地面4.2m，喷头41的数量及间距满足喷射范围能够覆盖试验台主体1内部，所述固定灭火系统4通过外置远程自动控制装置控制启动和关闭，外置远程自动控制装置为现有技术。
如图1所示，所述移动式灭火系统5为移动式消防车水或泡沫消防车，位于距离试验台主体1前面20m处，灭火过程可通过移动式消防水带实现不间断灭火。
同时在试验台主体1内部还预留有额外接口，可用于在试验台主体1内部设置其他类型的灭火系统，所预留的接口在非使用状态下可封闭。
如图2所示，所述配套测控系统包括设置在开口油池21开口处的点火系统6；所述点火系统6采用现有技术中的电弧点火装置，可以通过控制电弧点火装置的电源通断，实现通电点火或断电停止点火，电弧点火装置的电源通断可实现远距离自动控制。
还包括能够采集试验台主体1外部温度、试验台主体1内部温度、模拟阀厅3内部温度、模拟火源2温度的温度采集系统；以及能够采集试验台主体1内部图像、整体试验平台图像的图像采集系统；以及能够采集热熔板12底部压力的压力采集系统。
如图1-4所示，所述温度采集系统包括设置在试验台主体1前方的红外摄像头71，红外摄像头71视野范围覆盖整个试验台主体1，以及设置在试验台主体1内部、模拟阀厅3内部和模拟火源2处的热电偶探头72，热电偶探头72采用高精度K型热电偶，还包括与红外摄像头71及热电偶探头72相连接的温度数据采集系统，温度数据采集系统为现有技术。
具体的，如图2所示，所述开口油池21中的热电偶探头72分别布置于开口油池21中心、开口油池21中轴线上距离前端3m、开口油池21中轴线上距离后端3m位置，热电偶探头72距离开口油池21底部距离不小于0.03m。
所述试验台主体1内部共布置9个热电偶，开口油池21纵向中轴线上方3个，位于开口油池21内部热电偶探头72正上方；如图3所示，开口油池21两侧边上方各3个，距离开口油池21前部0.5m、4.5m、8.5m，试验台主体1内部所有热电偶探头72均布置于距离开口油池21顶部1.0m处。
其中，开口油池21纵向中轴线上方的3个热电偶除了布置在上述位置之外，还可按照如下规则布置：开口油池21上方15cm与热熔板12下方10cm的空间内设置3个热电偶，且3个热电偶在竖直方向的投影位于开口油池21范围内，相邻两个热电偶间距不小于10cm。
如图4所示，所述模拟阀厅3内部平行于阀厅四周侧壁周围至少设置各一列沿高度方向均匀分布的热电偶串，本实施例中，在模拟阀厅3的前侧壁设置两串热电偶串，两串热电偶串分别设置在防火门31两侧，在模拟阀厅3的左、右侧壁以及后侧壁各设置1串，每串热电偶串包括4个热电偶探头72。
如图1、3所示，所述图像采集系统包括设置在试验台主体1内部的抗爆型视频摄像头81、设置在试验台主体1前方的高清摄像机82、设置在试验平台四周的高清视频摄像头83，以及与抗爆型视频摄像头81、高清摄像机82、高清视频摄像头83连接的多通道视频采集系统，所述多通道视频采集系统为现有技术。
如图3所示，所述抗爆型视频摄像头81为专用抗爆型摄像头，两台抗爆型视频摄像头81布置于试验台主体1内前后侧壁的任意两个对角位置。
如图1所示，所述高清摄像机82的视野范围覆盖整个试验台主体1，所述高清视频摄像头83设置4个，分别位于整个试验平台的四个拐角处，高清视频摄像头83的视野范围覆盖整个试验台主体1和模拟阀厅3。
所述压力采集系统包括设置在热熔板12底部的压力传感器探头以及与压力传感器探头连接的配套压力数据采集系统，每个热熔板12底部设置至少一个压力传感器探头，所述配套压力数据采集系统为现有技术。
工作原理：
如图1所示，本发明中的换流变压器热熔板熔断测试试验平台在实际应用时，将变压器油输入开口油池21中，点火系统6引燃变压器油，模拟火灾情况，随后测试热熔板12在模拟真实火灾的情况下的脱落情况。
在换流变压器热熔板12熔断测试方面，本发明设计试验台主体1充分考虑换流变压器油量大、油温高的实际特点，综合变压器油燃烧速率、燃烧效率和火灾持续时间等因素计算确定试验变压器油量，同时控制变压器油初始点火油温为闪点温度以上，能够还原换流变遮挡火灾场景。结合试验台主体1顶部热熔板12所处区域(即热熔板区)和固定降噪板13所处区域(即固定降噪板区)划分，可测试不同类型及其组合形式(包括布置方式等)热熔板12在真实换流变火灾过程中是否能及时跌落或者熔断；同时与试验台主体1联接的模拟阀厅3及防火门31(模拟防火封堵)，可实现模拟防火封堵破损和未破损情况对热熔板熔落效果的评估。
在换流变压器固定灭火系统4效果评价方面，本发明设计可测试Box-in降噪装置遮挡情况下，高温热油火对不同种类(有喷头和无喷头型)固定灭火系统喷射角度和管道内部压力降低甚至失效情况的影响，还可实现防火封堵破损破损和未破损情况下对固定灭火系统4灭火效果的影响判别，从而为换流变灭火系统选型和设计参数优化提供依据。
在换流变压器火灾致灾机理方面，本发明设计充分考虑换流变火灾油量大、油温高和Box-in降噪装置遮挡的实际情况，通过还原换流变遮挡火灾场景的发生、发展、灭火全过程，能够揭示影响换流变遮挡火火灾发展蔓延和致灾的关键因素，为消防应急处置和火灾事故调查提供技术支撑。
因此，本发明设计一种专门针对换流变的热熔板12熔断及灭火测试平台及方法，一方面，可以实现热熔板12在火灾过程中是否能及时跌落或者熔断和热熔板12熔断后外界消防能否有效灭火的判别；另一方面，为典型换流变火灾演化致灾机理的研究，以及固定灭火系统4选型、设计和参数优化提供测试平台。
实施例二：
本发明还公开一种采用上述的换流变压器热熔板熔断测试试验平台的试验方法，包括防火门31关闭(模拟防火封堵有效情况)和防火门31开启(模拟防火封堵失效情况)两种情况。首先关闭模拟阀厅3和试验台主体1之间的防火门31(模拟阀厅封堵有效情况)，具体实施步骤如下：
s1、油量计算：
试验所采用燃料为KI50X、K25变压器油中的一种，所用变压器油量满足燃烧持续不小于30min的需求，根据下列公式计算油量：
其中，m和
Figure BDA0002573813040000202
分别为试验用变压器油量(kg)和变压器油燃烧速率(KI50X、K25变压器油燃烧速率为0.039kg/(m2·s)，实际按照0.039kg/(m2·s)计算即可)；a为燃烧效率(取90％-95％)，S为火源面积(m2)，t为燃烧持续时间(s)；
s2、输油：
根据步骤s1中的计算结果确定试验用变压器油量，利用外置的加热装置将试验用变压器油加热至不低于变压器油闪点(KI50X、K25变压器油闪点分别为153℃、140℃)，随后通过输油管23输入开口油池21，待达到步骤s1中计算的试验用变压器油量后，关闭阀门24，停止输油；
s3、点火：
点火系统6功率范围为5-50kW，利用点火系统6引燃开口油池21中的变压器油，待持续燃烧超过30s后，关闭点火系统6并切断电源；
s4、观察记录：
观察记录预燃过程中的火焰形态、烟气、温度、热辐射等的变化情况，记录热熔板12出现掉落时间和掉落数量；
s5、灭火时机判别：
开口油池21上方15cm与热熔板12下方10cm的空间内设置3个热电偶，且3个热电偶在竖直方向的投影位于开口油池21范围内，相邻两个热电偶间距不小于10cm，根据开口油池21上方3个热电偶温度或热熔板12掉落数量判别灭火开始时间，判别规则如下：
a、3个热电偶温度均超过1200℃，且其中任两个温度持续15s内温升不超过50℃；
b、3个热电偶温度均超过1200℃，且其中任两个温度超过1400℃；
c、热熔板12全部掉落；
当满足a、b中任意一种条件时，表明火灾已达充分发展阶段，当满足上述a、b、c中任意一种条件时，准备启动配套灭火系统进行灭火；
s6、配套灭火系统灭火：
待模拟的火灾达到充分发展阶段或者热熔板12全部掉落时，启动配套灭火系统进行灭火，观察并记录灭火过程中热熔板12脱落情况和完全脱落时间，火焰形态、烟气、温度、热辐射等参数的变化情况，灭火介质的喷射、覆盖情况；
s7、配套灭火系统继续灭火：
如果配套灭火系统启动10min后，未完全扑灭明火，判别为灭火失败，利用配套灭火系统继续灭火；
s8、熄火判断：
通过图像采集系统判断火源是否熄灭，无明火时，记录无明火时间，同时继续持续喷射配套灭火系统5min后，关闭配套灭火系统，停止施加灭火介质，记录配套灭火系统从开始至关闭持续供给时间；
s9、重复试验：
试验结束后，关闭配套测控系统，保存数据、照片和录像，如果灭火失败，将灭火介质流量设计为上次设计流量的1.5倍，依据上述步骤，再次进行试验，直到配套灭火系统启动10min后完全扑灭明火。
s10、防火门开启(模拟阀厅封堵失效情况)：
首先打开模拟阀厅3和试验台主体1之间的防火门31(模拟阀厅封堵失效情况)，重复步骤s1-s9,以实现模拟阀厅3封堵失效情况下的热熔板12熔断及灭火测试。
进一步的，上述步骤中，具体如下：
s6、固定灭火系统灭火：
待模拟的火灾达到充分发展阶段或者热熔板12全部掉落时，准备启动固定灭火系统4进行灭火，当灭火介质分别为水喷雾、泡沫喷雾和压缩空气泡沫时初始灭火介质流量设计分别为20L/min.m2、8L/min.m2、8L/min.m2，观察并记录灭火过程中热熔板12脱落情况和完全脱落时间，火焰形态、烟气、温度、热辐射等参数的变化情况，灭火介质的喷射、覆盖情况；
s7、移动式灭火系统灭火：
如果固定灭火系统4启动10min后，未完全扑灭明火，判别为灭火失败，启动移动式灭火系统5灭火；
s8、熄火判断：
通过图像采集系统判断火源是否熄灭，无明火时，记录无明火时间，同时固定灭火系统4继续持续喷射5min后，关闭固定灭火系统4，停止施加灭火介质，记录固定灭火系统4从开始至关闭持续供给时间；
s9、重复试验：
试验结束后，关闭配套测控系统，保存数据、照片和录像，如果灭火失败，将灭火介质流量设计为上次设计流量的1.5倍，依据上述步骤，再次进行试验，直到固定灭火系统4启动10min后完全扑灭明火。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种换流变压器热熔板熔断测试试验平台，其特征在于：包括试验台主体(1)、模拟火源(2)、模拟阀厅(3)、配套灭火系统以及配套测控系统；
所述试验台主体(1)包括设置在两侧的防火墙(11)，两侧防火墙(11)之间架设热熔板(12)、固定降噪板(13)，且热熔板(12)位于两侧固定降噪板(13)之间，所述热熔板(12)、固定降噪板(13)前端下方设置前侧降噪板(14)；
所述模拟火源(2)包括设置在热熔板(12)下方的开口油池(21)；
所述模拟阀厅(3)设置在试验台主体(1)后侧，且模拟阀厅(3)与试验台主体(1)连接处设置防火门(31)；
所述配套测控系统包括设置在开口油池(21)开口处的点火系统(6)；还包括能够采集试验台主体(1)外部温度、试验台主体(1)内部温度、模拟阀厅(3)内部温度、模拟火源(2)温度的温度采集系统；以及能够采集试验台主体(1)内部图像、整体试验平台图像的图像采集系统；以及能够采集热熔板(12)底部压力的压力采集系统。
2.根据权利要求1所述的换流变压器热熔板熔断测试试验平台，其特征在于：所述试验台主体(1)底部设置废油收集槽(17)，废油收集槽(17)通向外设的事故油池。
3.根据权利要求1所述的换流变压器热熔板熔断测试试验平台，其特征在于：所述开口油池(21)下方设置底座(22)，所述开口油池(21)上设置输油管(23)，输油管(23)上设置阀门(24)。
4.根据权利要求1所述的换流变压器热熔板熔断测试试验平台，其特征在于：所述配套灭火系统包括设置在防火墙(11)上的固定灭火系统(4)，以及设置在试验台主体(1)外部的移动式灭火系统(5)，所述固定灭火系统(4)能够喷向开口油池(21)，所述移动式灭火系统(5)能够喷向试验台主体(1)。
5.根据权利要求4所述的换流变压器热熔板熔断测试试验平台，其特征在于：所述固定灭火系统(4)包括设置在两侧防火墙(11)上的喷头(41)，喷头(41)喷射方向水平朝向开口油池(21)，喷头(41)的数量及间距满足喷射范围能够覆盖试验台主体(1)内部。
6.根据权利要求1所述的换流变压器热熔板熔断测试试验平台，其特征在于：所述温度采集系统包括设置在试验台主体(1)前方的红外摄像头(71)，以及设置在试验台主体(1)内部、模拟阀厅(3)内部和模拟火源(2)处的热电偶探头(72)，还包括与红外摄像头(71)及热电偶探头(72)相连接的温度数据采集系统。
7.根据权利要求1所述的换流变压器热熔板熔断测试试验平台，其特征在于：所述图像采集系统包括设置在试验台主体(1)内部的抗爆型视频摄像头(81)、设置在试验台主体(1)前方的高清摄像机(82)、设置在试验平台四周的高清视频摄像头(83)，以及与抗爆型视频摄像头(81)、高清摄像机(82)、高清视频摄像头(83)连接的多通道视频采集系统。
8.根据权利要求1所述的换流变压器热熔板熔断测试试验平台，其特征在于：所述压力采集系统包括设置在热熔板(12)底部的压力传感器探头以及与压力传感器探头连接的配套压力数据采集系统。
9.一种采用如权利要求1-8任一项所述的换流变压器热熔板熔断测试试验平台的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
s1、油量计算：
所用变压器油量满足燃烧持续不小于30min的需求，根据下列公式计算油量：
Figure FDA0002573813030000031
其中，m为试验用变压器油量，单位为kg，
Figure FDA0002573813030000032
为变压器油燃烧速率，单位为kg/(m2·s)；a为燃烧效率，数值取90％-95％，S为火源面积，单位为m2，t为燃烧持续时间，单位为s；
s2、输油：
根据步骤s1中的计算结果确定试验用变压器油量，利用外置的加热装置将试验用变压器油加热至不低于变压器油闪点，随后输入开口油池(21)，待达到步骤s1中计算的试验用变压器油量后，停止输油；
s3、点火：
利用点火系统(6)引燃开口油池(21)中的变压器油，待持续燃烧超过30s后，关闭点火系统(6)；
s4、观察记录：
观察记录预燃过程中的火焰形态、烟气、温度、热辐射等的变化情况，记录热熔板(12)出现掉落时间和掉落数量；
s5、灭火时机判别：
开口油池(21)上方15cm与热熔板(12)下方10cm的空间内设置3个热电偶，且3个热电偶在竖直方向的投影位于开口油池(21)范围内，相邻两个热电偶间距不小于10cm，根据开口油池(21)上方3个热电偶温度或热熔板(12)掉落数量判别灭火开始时间，判别规则如下：
a、3个热电偶温度均超过1200℃，且其中任两个温度持续15s内温升不超过50℃；
b、3个热电偶温度均超过1200℃，且其中任两个温度超过1400℃；
c、热熔板(12)全部掉落；
当满足a、b中任意一种条件时，表明火灾已达充分发展阶段，当满足上述a、b、c中任意一种条件时，准备启动配套灭火系统进行灭火；s6、配套灭火系统灭火：
待模拟的火灾达到充分发展阶段或者热熔板(12)全部掉落时，启动配套灭火系统进行灭火，观察并记录灭火过程中热熔板(12)脱落情况和完全脱落时间，火焰形态、烟气、温度、热辐射等参数的变化情况，灭火介质的喷射、覆盖情况；
s7、配套灭火系统继续灭火：
如果配套灭火系统启动10min后，未完全扑灭明火，判别为灭火失败，利用配套灭火系统继续灭火；
s8、熄火判断：
通过图像采集系统判断火源是否熄灭，无明火时，记录无明火时间，同时继续持续喷射配套灭火系统5min后，关闭配套灭火系统，停止施加灭火介质，记录配套灭火系统从开始至关闭持续供给时间；
s9、重复试验：
试验结束后，关闭配套测控系统，保存数据、照片和录像，如果灭火失败，将灭火介质流量设计为上次设计流量的1.5倍，依据上述步骤，再次进行试验，直到配套灭火系统启动10min后完全扑灭明火。
10.根据权利要求9所述的换流变压器热熔板熔断测试试验平台的试验方法，其特征在于：
所述配套灭火系统包括设置在防火墙(11)上的固定灭火系统(4)，以及设置在试验台主体(1)外部的移动式灭火系统(5)，所述固定灭火系统(4)能够喷向开口油池(21)，所述移动式灭火系统(5)能够喷向试验台主体(1)；
步骤s6为固定灭火系统灭火：
待模拟的火灾达到充分发展阶段或者热熔板(12)全部掉落时，启动固定灭火系统(4)进行灭火，观察并记录灭火过程中热熔板(12)脱落情况和完全脱落时间，火焰形态、烟气、温度、热辐射等参数的变化情况，灭火介质的喷射、覆盖情况；
步骤s7为移动式灭火系统灭火：
如果固定灭火系统(4)启动10min后，未完全扑灭明火，判别为灭火失败，启动移动式灭火系统(5)灭火；
步骤s8为熄火判断：
通过图像采集系统判断火源是否熄灭，无明火时，记录无明火时间，同时固定灭火系统(4)继续持续喷射5min后，关闭固定灭火系统(4)，停止施加灭火介质，记录固定灭火系统(4)从开始至关闭持续供给时间；
步骤s9为重复试验：
试验结束后，关闭配套测控系统，保存数据、照片和录像，如果灭火失败，将灭火介质流量设计为上次设计流量的1.5倍，依据上述步骤，再次进行试验，直到固定灭火系统(4)启动10min后完全扑灭明火。
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