本發(fā)明涉及電力火災(zāi)帶電滅火技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水霧絕緣帶電滅火試驗(yàn)方法與裝置。

背景技術(shù)：

近些年，隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)和特高壓電網(wǎng)的加快建設(shè)，電力火災(zāi)頻發(fā)，常造成大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間停電事故，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。電力火災(zāi)防治需要滿足帶電滅火的要求，因此防治難度高，是火災(zāi)防治領(lǐng)域中的國(guó)際性難題。

輸電線路山火是一種具有代表性的電力火災(zāi)。輸電線路下方的山火易導(dǎo)致線路跳閘，現(xiàn)已成為影響電力輸送最嚴(yán)重的電力火災(zāi)之一。近些年，特高壓長(zhǎng)南I線、復(fù)奉線等重要特高壓輸電線路多次因山火引起跳閘或閉鎖。對(duì)輸電線路山火開(kāi)展滅火，是避免山火蔓延引起線路跳閘的最有效的治理手段。但是，現(xiàn)有的干粉滅火劑(如專(zhuān)利CN103170088 A)基于物理覆蓋原理，因野外地面不平無(wú)法有效覆蓋滅火，且環(huán)境污染大，在野外輸電線路環(huán)境應(yīng)用困難；氣體滅火劑(如專(zhuān)利CN102179019A)通過(guò)阻隔氧氣滅火，通常用于室內(nèi)滅火，野外輸電線路環(huán)境受風(fēng)影響，無(wú)法滅火。水是一種山火滅火效率較高的滅火方式。同時(shí)，在水中添加滅火液能顯著提升水的滅火效果(如專(zhuān)利CN103432707A)。但是，利用水滅火時(shí)，由于輸電線路電壓高，在線路下方滅火存在人員觸電和線路跳閘危險(xiǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，將水或添加滅火液的水劑霧化后，由于水霧霧滴間相互隔離，由此產(chǎn)生的大的霧滴間空氣間隙使水霧的電絕緣性能較射流水柱顯著加強(qiáng)。因此，我們提出以水霧的方式絕緣帶電滅火，避免山火跳閘，保障大電網(wǎng)安全運(yùn)行。

但是，現(xiàn)今缺少水霧帶電滅火技術(shù)和裝備。水霧帶電滅火技術(shù)與裝置的開(kāi)發(fā)首先需要對(duì)水霧絕緣帶電滅火試驗(yàn)方法和裝置進(jìn)行研究。本發(fā)明專(zhuān)利提出一種水霧絕緣帶電滅火試驗(yàn)方法與裝置，有力地指導(dǎo)水霧帶電滅火技術(shù)與裝備的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，為解決電力火災(zāi)帶電滅火技術(shù)難題奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于公開(kāi)一種水霧絕緣帶電滅火試驗(yàn)方法與裝置，以指導(dǎo)水霧帶電滅火技術(shù)與裝備的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用及標(biāo)準(zhǔn)制定。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開(kāi)了一種水霧絕緣帶電滅火試驗(yàn)裝置，包括：

水霧發(fā)生模塊，用于設(shè)置水霧發(fā)生的工況，并設(shè)置有噴頭以向試驗(yàn)?zāi)M電極噴射水霧；

所述試驗(yàn)?zāi)M電極，用于與風(fēng)機(jī)及風(fēng)速控制模塊聯(lián)合模擬帶電滅火的應(yīng)用工況，其中包括球型電極、均壓環(huán)電極、棒型電極；

霧滴直徑與濃度測(cè)量模塊，用于在所述水霧射向試驗(yàn)?zāi)M電極的噴射路徑上測(cè)量所述水霧的霧滴直徑與濃度；

擊穿電壓測(cè)量模塊，用于測(cè)量所述水霧在所模擬帶電滅火應(yīng)用工況下的擊穿電壓；

泄露電流測(cè)量模塊，用于測(cè)量所述水霧在所模擬帶電滅火應(yīng)用工況下的泄露電流；

所述球型電極模擬高壓套管應(yīng)用工況，均壓環(huán)電極與棒型電極模擬輸電線路應(yīng)用工況；

所述試驗(yàn)?zāi)M電極與高穩(wěn)定大容量試驗(yàn)電源連接，所述擊穿電壓測(cè)量模塊與所述高穩(wěn)定大容量試驗(yàn)電源的高壓側(cè)連接；

所述泄露電流測(cè)量模塊與所述噴頭連接。

本發(fā)明所公開(kāi)的試驗(yàn)裝置，采用模塊化的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，能模擬帶電滅火各種復(fù)雜的應(yīng)用工況，并結(jié)合所測(cè)量的霧滴直徑與濃度測(cè)量、擊穿電壓和泄露電流來(lái)綜合評(píng)估水霧的帶電滅火能力，其中，風(fēng)速的流動(dòng)、霧滴直徑與濃度都與水霧的絕緣性能密切相關(guān)，而通過(guò)應(yīng)用工況下?lián)舸╇妷汉托孤峨娏鞯臏y(cè)量可以為防止輸電線路對(duì)地閃絡(luò)、相間閃絡(luò)跳閘斷電及保證滅火人員的人身安全提供很好的安全性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開(kāi)了一種水霧絕緣帶電滅火試驗(yàn)方法，包括：

通過(guò)水霧發(fā)生模塊設(shè)置水霧發(fā)生的工況；

通過(guò)試驗(yàn)?zāi)M電極與風(fēng)機(jī)及風(fēng)速控制模塊聯(lián)合模擬帶電滅火的應(yīng)用工況；

在所述水霧射向試驗(yàn)?zāi)M電極的噴射路徑上，通過(guò)霧滴直徑與濃度測(cè)量模塊測(cè)量所述水霧的霧滴直徑與濃度；

通過(guò)擊穿電壓測(cè)量模塊和泄露電流測(cè)量模塊分別測(cè)量所述水霧在所模擬帶電滅火應(yīng)用工況下的擊穿電壓和泄露電流；

通過(guò)改變水霧的發(fā)生工況、應(yīng)用工況及水劑類(lèi)別中的任意一種或任意組合，比較分析相應(yīng)的發(fā)生工況、應(yīng)用工況和/或水劑類(lèi)別對(duì)水霧帶電滅火能力的影響。

本發(fā)明所公開(kāi)的試驗(yàn)方法，通過(guò)改變水霧的發(fā)生工況、應(yīng)用工況及水劑類(lèi)別中的任意一種或任意組合，比較分析相應(yīng)的發(fā)生工況、應(yīng)用工況和/或水劑類(lèi)別對(duì)水霧帶電滅火能力的影響；應(yīng)用范圍全面，獲得試驗(yàn)結(jié)果極具科學(xué)性；能為水霧帶電滅火技術(shù)與裝備的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用及標(biāo)準(zhǔn)制定提供明確的指導(dǎo)。

下面將參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例公開(kāi)的水霧絕緣帶電滅火試驗(yàn)裝置示意圖；

圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例公開(kāi)的水霧絕緣帶電滅火試驗(yàn)方法流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。

實(shí)施例1

本實(shí)施例公開(kāi)一種水霧絕緣帶電滅火試驗(yàn)裝置，如圖1所示，包括：

水霧發(fā)生模塊1，用于設(shè)置水霧發(fā)生的工況，并設(shè)置有噴頭2以向試驗(yàn)?zāi)M電極5噴射水霧；

試驗(yàn)?zāi)M電極，用于與風(fēng)機(jī)及風(fēng)速控制模塊4聯(lián)合模擬帶電滅火的應(yīng)用工況；必要時(shí)，還可以在該試驗(yàn)裝置上設(shè)置風(fēng)洞3，并在該風(fēng)洞關(guān)聯(lián)的合適位置部署風(fēng)機(jī)及風(fēng)速控制模塊；

霧滴直徑與濃度測(cè)量模塊6，用于在水霧射向試驗(yàn)?zāi)M電極的噴射路徑上測(cè)量水霧的霧滴直徑與濃度；

擊穿電壓測(cè)量模塊7，用于測(cè)量水霧在所模擬帶電滅火應(yīng)用工況下的擊穿電壓；

泄露電流測(cè)量模塊8，用于測(cè)量水霧在所模擬帶電滅火應(yīng)用工況下的泄露電流；

其中，試驗(yàn)?zāi)M電極與高穩(wěn)定大容量試驗(yàn)電源(圖中未示出)連接，擊穿電壓測(cè)量模塊與高穩(wěn)定大容量試驗(yàn)電源的高壓側(cè)連接；

泄露電流測(cè)量模塊與噴頭連接。

可選的，本實(shí)施例中的霧滴直徑與濃度測(cè)量模塊可采用激光進(jìn)行測(cè)量，并在水霧射向試驗(yàn)?zāi)M電極的噴射路徑的兩側(cè)分別部署有激光信號(hào)發(fā)射單元和激光信號(hào)接收單元。例如，霧滴直徑與濃度測(cè)量模塊采用相位多普勒激光測(cè)速儀、相位多普勒粒子分析系統(tǒng)或粒子成像測(cè)速系統(tǒng)中的一種。

電力火災(zāi)通常電壓高，水霧泄露電流值大，試驗(yàn)所需電源要求電壓高、電流大。優(yōu)選地，本實(shí)施例中的高穩(wěn)定大容量試驗(yàn)電源的電壓高于500kV、電流大于4A，以勝任高電壓的水霧擊穿試驗(yàn)和大的泄露電流。試驗(yàn)?zāi)M電極可采用球型電極、均壓環(huán)電極和棒型電極的一種，其中具體的應(yīng)用根據(jù)試驗(yàn)條件確定。換言之，不同的模擬電極適合應(yīng)用于模擬不同電場(chǎng)均勻程度的應(yīng)用工況。比如說(shuō)，球形電極的電場(chǎng)分布較均勻，適合應(yīng)用于模擬電場(chǎng)較均勻的應(yīng)用工況；均壓環(huán)和棒型電極的電場(chǎng)分布較不均勻，可以用來(lái)模擬輸電線路這種電場(chǎng)分布較不均勻的應(yīng)用工況。

一般認(rèn)為，通過(guò)人體的極限安全電流要求為1mA及以下。因此，高于1mA的電流認(rèn)為是人體不安全電流。因此，本發(fā)明進(jìn)一步的方案是，泄露電流測(cè)量與記錄模塊的最小電流測(cè)量值參數(shù)設(shè)置選擇為0.01mA，確保有害電流的監(jiān)測(cè)值準(zhǔn)確且精度較高。

本實(shí)施例中，試驗(yàn)?zāi)M電極、擊穿電壓測(cè)量模塊及泄露電流測(cè)量模塊的部署及其相應(yīng)的參數(shù)測(cè)量方法可參考現(xiàn)今污穢試驗(yàn)方法(GB/T 4585-2004/IEC 60507:1991)。

優(yōu)選地，如圖1所示，本實(shí)施例中的泄露電流測(cè)量模塊接地，以保護(hù)設(shè)備和試驗(yàn)人員的安全。

綜上，本發(fā)明所公開(kāi)的試驗(yàn)裝置，采用模塊化的設(shè)計(jì)，且各模塊均可采購(gòu)市售的現(xiàn)有模塊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，能模擬帶電滅火各種復(fù)雜的應(yīng)用工況，并結(jié)合所測(cè)量的霧滴直徑與濃度測(cè)量、擊穿電壓和泄露電流來(lái)綜合評(píng)估水霧的帶電滅火能力。其中，水霧發(fā)生模塊用于產(chǎn)生及調(diào)控水霧的物理特性參數(shù)；大容量試驗(yàn)電源用于水霧擊穿和泄露電流測(cè)量試驗(yàn)；風(fēng)機(jī)及風(fēng)速控制模塊用于控制和調(diào)節(jié)風(fēng)速；試驗(yàn)?zāi)M電極用于與風(fēng)機(jī)及風(fēng)速控制模塊聯(lián)合模擬帶電滅火的應(yīng)用工況；霧滴直徑和含量測(cè)量模擬用于測(cè)量水霧的霧滴直徑和含量；泄露電流測(cè)量與記錄模塊用于測(cè)量水霧的泄露電流值。

本實(shí)施例中，風(fēng)速的流動(dòng)、霧滴直徑與濃度都與水霧的絕緣性能密切相關(guān)，而通過(guò)應(yīng)用工況下?lián)舸╇妷汉托孤峨娏鞯臏y(cè)量可以為防止輸電線路對(duì)地閃絡(luò)、相間閃絡(luò)跳閘斷電及保證滅火人員的人身安全提供很好的安全性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。為此，本實(shí)施例還公開(kāi)一種基于圖1所示裝置的水霧絕緣帶電滅火試驗(yàn)方法。

如圖2所示，本實(shí)施例公開(kāi)的水霧絕緣帶電滅火試驗(yàn)方法包括：

步驟S1、通過(guò)水霧發(fā)生模塊設(shè)置水霧發(fā)生的工況。

步驟S2、通過(guò)試驗(yàn)?zāi)M電極與風(fēng)機(jī)及風(fēng)速控制模塊聯(lián)合模擬帶電滅火的應(yīng)用工況。

步驟S3、在水霧射向試驗(yàn)?zāi)M電極的噴射路徑上，通過(guò)霧滴直徑與濃度測(cè)量模塊測(cè)量水霧的霧滴直徑與濃度。

步驟S4、通過(guò)擊穿電壓測(cè)量模塊和泄露電流測(cè)量模塊分別測(cè)量水霧在所模擬帶電滅火應(yīng)用工況下的擊穿電壓和泄露電流。

步驟S5、通過(guò)改變水霧的發(fā)生工況、應(yīng)用工況及水劑類(lèi)別中的任意一種或任意組合，比較分析相應(yīng)的發(fā)生工況、應(yīng)用工況和/或水劑類(lèi)別對(duì)水霧帶電滅火能力的影響。

基于上述圖2所示方法一種具體應(yīng)用例的試驗(yàn)流程如下：

1)確定水劑的類(lèi)別，確定水霧的發(fā)生工況參數(shù)，獲得一定物理特性的水霧。水霧的發(fā)生工況參數(shù)包括水霧發(fā)生所用噴頭的類(lèi)型和流量系數(shù)、噴霧壓力、噴放距離等。

2)實(shí)時(shí)測(cè)量水霧的霧滴直徑和含量參數(shù)。

3)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)速，確定風(fēng)速值。

4)在控制風(fēng)速的情況下同時(shí)測(cè)量水霧的擊穿電壓和泄露電流值，獲得擊穿電壓和泄露電流值規(guī)律曲線，獲得科學(xué)評(píng)估水霧帶電滅火安全性的參數(shù)指標(biāo)。

5)重復(fù)以上四步，改變水霧發(fā)生工況參數(shù)和風(fēng)機(jī)風(fēng)速，研究水霧發(fā)生工況參數(shù)和風(fēng)機(jī)風(fēng)速對(duì)水霧帶電滅火能力的影響。

6)改變水劑的類(lèi)別，重復(fù)以上五步，研究水劑類(lèi)別對(duì)水霧帶電滅火能力的影響。

其中，實(shí)時(shí)測(cè)量水霧的霧滴直徑和含量參數(shù)的原因在于，經(jīng)本案申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)：水霧的絕緣性能同時(shí)與霧滴直徑和密度含量密切相關(guān)。其中，霧滴含量是代表霧滴之間間隙的參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于霧滴直徑較小的水霧，霧滴含量的變化對(duì)電場(chǎng)畸變的影響很?。坏珜?duì)于霧滴直徑較大的水霧，霧滴含量的增加顯著增大電場(chǎng)的畸變程度，極大地降低水霧的絕緣性能。對(duì)于霧滴含量較小的水霧，霧滴直徑對(duì)電場(chǎng)畸變的影響較小；但是，對(duì)于霧滴含量較大的水霧，霧滴直徑對(duì)電場(chǎng)畸變的影響十分顯著，霧滴直徑的增加極大地降低了水霧的絕緣性能。因此，評(píng)價(jià)水霧的帶電滅火能力，必須同時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量水霧的霧滴直徑和霧滴含量。

調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)速，確定風(fēng)速值的原因在于，經(jīng)本案申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)：水霧絕緣性能與風(fēng)速密切有關(guān)。有風(fēng)存在情況下，水霧周?chē)諝獾牧鲃?dòng)的加快可以拉伸電弧的長(zhǎng)度，空氣的流動(dòng)將抑制電子崩的發(fā)展，使放電的發(fā)展持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，電弧更易熄滅，絕緣性能增強(qiáng)。因此，水霧絕緣帶電滅火需要研究風(fēng)速對(duì)水霧絕緣性能的影響。此外，為了確保試驗(yàn)的科學(xué)性與可重復(fù)性，水霧絕緣對(duì)比試驗(yàn)需要在相同的風(fēng)速下開(kāi)展。

同時(shí)測(cè)量水霧擊穿電壓和泄露電流值得原因在于：電力火災(zāi)的帶電撲救需要同時(shí)滿足兩大要求，防止電力設(shè)備的閃絡(luò)跳閘和保證滅火人員的人身安全。例如，對(duì)于輸電線路山火，需要滿足防止輸電線路對(duì)地閃絡(luò)、相間閃絡(luò)跳閘斷電的安全要求，因此需要測(cè)量水霧在工況下的擊穿電壓。同時(shí)，電擊對(duì)人體的傷害程度由電流大小決定。因此，為了需要滿足保證滅火人員的人身安全，需要測(cè)量水霧傳導(dǎo)至人的泄露電流值。所以，評(píng)價(jià)水霧的帶電滅火能力需要同時(shí)測(cè)量水霧的擊穿電壓和泄露電流值。

上述所公開(kāi)的水霧絕緣帶電滅火試驗(yàn)方法，通過(guò)改變水霧的發(fā)生工況、應(yīng)用工況及水劑類(lèi)別中的任意一種或任意組合，比較分析相應(yīng)的發(fā)生工況、應(yīng)用工況和/或水劑類(lèi)別對(duì)水霧帶電滅火能力的影響；應(yīng)用范圍全面，獲得試驗(yàn)結(jié)果極具科學(xué)性；能為水霧帶電滅火技術(shù)與裝備的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用及標(biāo)準(zhǔn)制定提供明確的指導(dǎo)。

基于上述試驗(yàn)方法與裝置的典型應(yīng)用如下：

11)水劑采用自來(lái)水。確定水霧的發(fā)生工況參數(shù)，獲得一定物理特性的水霧。水霧的發(fā)生工況參數(shù)中，水霧發(fā)生所用噴頭的類(lèi)型為壓力直射式，流量系數(shù)為5，噴霧壓力確定為5MPa，噴放距離為5m。

12)實(shí)時(shí)測(cè)量水霧的霧滴直徑和含量參數(shù)，重復(fù)5次，獲得水霧的霧滴直徑為500μm，霧滴含量為3％。

13)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)速，確定風(fēng)速值為2m/s。

14)在控制風(fēng)速為2m/s的情況下，同時(shí)測(cè)量水霧的擊穿電壓和泄露電流值。

15)重復(fù)以上四步，改變水霧發(fā)生工況參數(shù)中的水霧噴頭距離為3-15m，研究水霧噴頭距離對(duì)水霧帶電滅火能力的影響。獲得擊穿電壓和泄露電流值與水霧噴頭距離的規(guī)律曲線。該曲線可以判斷不同水霧噴頭距離下的水霧帶電安全性能，為水霧帶電滅火技術(shù)與裝備開(kāi)發(fā)提供理論指導(dǎo)。

16)改變水劑的類(lèi)別，在水中添加1wt.％濃度的滅火液。重復(fù)以上五步，研究1wt.％滅火液濃度水劑下，水霧噴頭距離對(duì)水霧帶電滅火能力的影響。獲得1wt.％滅火液添加下?lián)舸╇妷汉托孤峨娏髦蹬c水霧噴頭距離的規(guī)律曲線。該曲線可以判斷1wt.％滅火液添加下不同水霧噴頭距離下的水霧帶電安全性能，為添加滅火液的水霧帶電滅火技術(shù)與裝備開(kāi)發(fā)提供理論指導(dǎo)。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。