本發(fā)明屬于燃?xì)鈹U(kuò)散監(jiān)測，涉及一種基于傳感器陣列的電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散監(jiān)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代城市的地下管網(wǎng)系統(tǒng)中，燃?xì)夤艿篮碗娏艿莱３Ｓ捎诳臻g限制而被平行或相鄰敷設(shè)。盡管兩種管道系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和施工中都遵循嚴(yán)格的安全規(guī)范，但由于燃?xì)獾囊兹家妆匦砸约半娏艿乐写嬖诘母唠妷猴L(fēng)險(xiǎn)，燃?xì)夤艿赖男孤┡c電力管道系統(tǒng)之間具有潛在的耦合風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)燃?xì)鉂B漏至電力管道的過程中，燃?xì)庠陔娏νǖ纼?nèi)積聚，若此時(shí)電力設(shè)備發(fā)生故障或電弧現(xiàn)象，極易引發(fā)燃?xì)獗?，進(jìn)而造成嚴(yán)重的安全事故。

2、目前，盡管在燃?xì)夤艿篮碗娏艿赖膯为?dú)監(jiān)測方面已取得較大進(jìn)展，但對(duì)于燃?xì)庑孤┲岭娏艿老到y(tǒng)的情況，仍缺乏有效的監(jiān)測手段。如申請(qǐng)公開號(hào)為cn114664057a的發(fā)明專利公開了一種狹長受限空間氣電監(jiān)測設(shè)備及監(jiān)測方法，通過甲烷傳感器采集燃?xì)鉂舛?，?shù)據(jù)處理單元對(duì)采集的燃?xì)鉂舛冗M(jìn)行分析，判斷是否出現(xiàn)燃?xì)庑孤?，并記錄輸出燃?xì)鉂舛惹€。然而，現(xiàn)有技術(shù)難以實(shí)時(shí)檢測到燃?xì)庑孤┻M(jìn)入電力通道的過程，且無法準(zhǔn)確判斷燃?xì)庑孤┑臄U(kuò)散路徑和濃度變化。此外，現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)通常無法與電力系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，導(dǎo)致當(dāng)燃?xì)鉂B漏至電力通道時(shí)，電力設(shè)備仍在正常運(yùn)行，加劇燃?xì)獗ǖ娘L(fēng)險(xiǎn)。

3、現(xiàn)有燃?xì)獗O(jiān)測裝置局限于管道內(nèi)部的壓力和流量檢測，而對(duì)于燃?xì)庑孤┻M(jìn)入其他空間，特別是進(jìn)入電力通道后的擴(kuò)散行為，現(xiàn)有的技術(shù)手段無法提供足夠的數(shù)據(jù)支持。此外，由于燃?xì)庠谶M(jìn)入電力通道后會(huì)隨氣流擴(kuò)散，其濃度變化不易被單一位置的傳感器捕捉，因此傳統(tǒng)的監(jiān)測方法很難準(zhǔn)確判斷燃?xì)獾男孤┝?、擴(kuò)散路徑及聚集情況，無法為預(yù)防爆炸提供及時(shí)有效的警告。

4、隨著城市地下管網(wǎng)的復(fù)雜化和老化，燃?xì)夤艿琅c電力管道之間的耦合風(fēng)險(xiǎn)日益突出，亟需一種能夠監(jiān)測電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散行為的方法，避免燃?xì)庑孤?duì)電力系統(tǒng)的危害，減少燃?xì)庠陔娏νǖ纼?nèi)爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，為制定相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)及防護(hù)措施提供有效科學(xué)依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于如何監(jiān)測電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散行為。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的：

3、基于傳感器陣列的電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散監(jiān)測方法，包括以下步驟：

4、s1、將電力通道劃分為三維網(wǎng)格，將電力通道截面分割為的網(wǎng)格，初始化電力通道截面的幾何尺寸，將傳感器陣列布置在電力通道截面的各個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)，其中，表示沿x方向的網(wǎng)格數(shù)量，表示沿z方向的網(wǎng)格數(shù)量；

5、s2、傳感器采集實(shí)時(shí)燃?xì)鉂舛刃畔ⅲ?jì)算電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散系數(shù)，利用燃?xì)鈹U(kuò)散方程分析電力通道內(nèi)的燃?xì)鉂舛茸兓?/p>

6、s3、根據(jù)傳感器采集實(shí)時(shí)燃?xì)鉂舛刃畔?，基于差分法和燃?xì)鉂舛忍荻扔?jì)算各網(wǎng)格單元在y方向上的燃?xì)鉂舛忍荻群腿細(xì)鈹U(kuò)散通量，計(jì)算各網(wǎng)格單元的燃?xì)庑孤┝?，?duì)各網(wǎng)格單元的燃?xì)庑孤┝繉?shí)時(shí)積累，計(jì)算電力通道截面的燃?xì)庑孤┛偭浚?/p>

7、s4、根據(jù)燃?xì)庑孤┝颗c真實(shí)泄漏量計(jì)算相對(duì)誤差，若相對(duì)誤差小于5%，輸出當(dāng)前燃?xì)鈹U(kuò)散系數(shù)和燃?xì)庑孤┝?；若相?duì)誤差大于等于5%，修訂燃?xì)鈹U(kuò)散系數(shù)，執(zhí)行s3，重新計(jì)算燃?xì)庑孤┝俊?/p>

8、進(jìn)一步地，所述s2中利用下述公式計(jì)算電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散系數(shù)：

9、

10、式中，表示當(dāng)前電力通道截面的燃?xì)鈹U(kuò)散系數(shù)，單位為，為自由擴(kuò)散系數(shù)，為調(diào)整后的自由擴(kuò)散系數(shù)，為阻尼系數(shù)。

11、進(jìn)一步地，所述s2中所述燃?xì)鈹U(kuò)散方程的表達(dá)式如下：

12、

13、式中，表示電力通道內(nèi)在時(shí)間t和空間位置的燃?xì)鉂舛龋瑔挝粸?，表示燃?xì)鉂舛鹊目臻g二階偏導(dǎo)數(shù)。

14、進(jìn)一步地，所述s3中利用下述公式計(jì)算各網(wǎng)格單元在y方向上的燃?xì)鉂舛忍荻龋?/p>

15、

16、式中，表示各網(wǎng)格單元在y方向上的濃度梯度，單位為，表示網(wǎng)格單元中的燃?xì)鉂舛?，表示網(wǎng)格單元外側(cè)位置的燃?xì)鉂舛龋硎揪W(wǎng)格單元的單位步長在y方向上的變化量。

17、進(jìn)一步地，所述s3中利用下述公式計(jì)算各網(wǎng)格單元在y方向上的燃?xì)鈹U(kuò)散通量：

18、

19、式中，表示各網(wǎng)格單元在y方向上的燃?xì)鈹U(kuò)散通量，單位為，其中，。

20、進(jìn)一步地，所述s3中利用下述公式計(jì)算各網(wǎng)格單元的燃?xì)庑孤┝浚?/p>

21、

22、式中，表示各網(wǎng)格單元的燃?xì)庑孤┝浚硎倦娏νǖ澜孛鎸挾?，表示電力通道截面高度?/p>

23、進(jìn)一步地，所述s3中利用下述公式計(jì)算電力通道截面的燃?xì)庑孤┛偭浚?/p>

24、

25、式中，表示電力通道截面的燃?xì)庑孤┛偭?，t表示當(dāng)前時(shí)間，燃?xì)獬跏夹孤┻M(jìn)入電力通道的時(shí)間為0。

26、進(jìn)一步地，所述s4中利用下述公式計(jì)算相對(duì)誤差：

27、

28、式中，表示相對(duì)誤差，表示電力通道泄漏總量，表示真實(shí)泄漏量。

29、進(jìn)一步地，所述s4中利用下述公式修訂燃?xì)鈹U(kuò)散系數(shù)：

30、

31、式中，表示修訂后的燃?xì)鈹U(kuò)散系數(shù)，表示調(diào)整系數(shù)。

32、基于傳感器陣列的電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散監(jiān)測系統(tǒng)，包括傳感器陣列布置模塊、燃?xì)鉂舛确治瞿K、燃?xì)鈹U(kuò)散狀態(tài)判斷模塊和燃?xì)庑孤┱`差分析模塊；

33、所述傳感器陣列布置模塊用于將電力通道劃分為三維網(wǎng)格，將電力通道截面分割為的網(wǎng)格，初始化電力通道截面的幾何尺寸，將傳感器陣列布置在電力通道截面的各個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)，其中，表示沿x方向的網(wǎng)格數(shù)量，表示沿z方向的網(wǎng)格數(shù)量；

34、所述燃?xì)鉂舛确治瞿K用于傳感器采集實(shí)時(shí)燃?xì)鉂舛刃畔?，?jì)算電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散系數(shù)，利用燃?xì)鈹U(kuò)散方程分析電力通道內(nèi)的燃?xì)鉂舛茸兓?/p>

35、所述燃?xì)鈹U(kuò)散狀態(tài)判斷模塊用于根據(jù)傳感器采集實(shí)時(shí)燃?xì)鉂舛刃畔?，基于差分法和燃?xì)鉂舛忍荻扔?jì)算各網(wǎng)格單元在y方向上的燃?xì)鉂舛忍荻群腿細(xì)鈹U(kuò)散通量，計(jì)算各網(wǎng)格單元的燃?xì)庑孤┝?，?duì)各網(wǎng)格單元的燃?xì)庑孤┝繉?shí)時(shí)積累，計(jì)算電力通道截面的燃?xì)庑孤┛偭浚?/p>

36、所述燃?xì)庑孤┱`差分析模塊用于根據(jù)燃?xì)庑孤┝颗c真實(shí)泄漏量計(jì)算相對(duì)誤差，若相對(duì)誤差小于5%，輸出當(dāng)前燃?xì)鈹U(kuò)散系數(shù)和燃?xì)庑孤┝?；若相?duì)誤差大于等于5%，修訂燃?xì)鈹U(kuò)散系數(shù)，執(zhí)行燃?xì)鈹U(kuò)散狀態(tài)判斷模塊，重新計(jì)算燃?xì)庑孤┝俊?/p>

37、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

38、本發(fā)明利用傳感器陣列采集的燃?xì)鉂舛刃畔?shí)現(xiàn)電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散行為的監(jiān)測，通過將多點(diǎn)傳感器陣列布置在電力通道截面，考慮到電力通道內(nèi)障礙物特征對(duì)燃?xì)鈹U(kuò)散的影響，結(jié)合燃?xì)鈹U(kuò)散規(guī)律計(jì)算電力通道截面濃度分布，通過循環(huán)修正完善監(jiān)測模型，為電力通道燃?xì)獗O(jiān)測預(yù)警提供理論支撐，為事故預(yù)防及處理提供科學(xué)依據(jù)，避免燃?xì)庑孤?duì)電力系統(tǒng)的危害，減少燃?xì)庠陔娏νǖ纼?nèi)爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)特征：

1.基于傳感器陣列的電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳感器陣列的電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散監(jiān)測方法，其特征在于，所述s2中利用下述公式計(jì)算電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散系數(shù)：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于傳感器陣列的電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散監(jiān)測方法，其特征在于，所述s2中所述燃?xì)鈹U(kuò)散方程的表達(dá)式如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于傳感器陣列的電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散監(jiān)測方法，其特征在于，所述s3中利用下述公式計(jì)算各網(wǎng)格單元在y方向上的燃?xì)鉂舛忍荻龋?/p>

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于傳感器陣列的電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散監(jiān)測方法，其特征在于，所述s3中利用下述公式計(jì)算各網(wǎng)格單元在y方向上的燃?xì)鈹U(kuò)散通量：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于傳感器陣列的電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散監(jiān)測方法，其特征在于，所述s3中利用下述公式計(jì)算各網(wǎng)格單元的燃?xì)庑孤┝浚?/p>

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于傳感器陣列的電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散監(jiān)測方法，其特征在于，所述s3中利用下述公式計(jì)算電力通道截面的燃?xì)庑孤┛偭浚?/p>

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于傳感器陣列的電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散監(jiān)測方法，其特征在于，所述s4中利用下述公式計(jì)算相對(duì)誤差：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于傳感器陣列的電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散監(jiān)測方法，其特征在于，所述s4中利用下述公式修訂燃?xì)鈹U(kuò)散系數(shù)：

10.基于傳感器陣列的電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括傳感器陣列布置模塊、燃?xì)鉂舛确治瞿K、燃?xì)鈹U(kuò)散狀態(tài)判斷模塊和燃?xì)庑孤┱`差分析模塊；

技術(shù)總結(jié)
基于傳感器陣列的電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散監(jiān)測方法及系統(tǒng)，屬于燃?xì)鈹U(kuò)散監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，解決如何監(jiān)測電力通道內(nèi)燃?xì)鈹U(kuò)散行為的問題；本發(fā)明通過將多點(diǎn)傳感器陣列布置在電力通道截面，考慮到電力通道內(nèi)障礙物特征對(duì)燃?xì)鈹U(kuò)散的影響，結(jié)合燃?xì)鈹U(kuò)散規(guī)律計(jì)算電力通道截面濃度分布，通過循環(huán)修正完善監(jiān)測模型，為電力通道燃?xì)獗O(jiān)測預(yù)警提供理論支撐，為事故預(yù)防及處理提供科學(xué)依據(jù)，避免燃?xì)庑孤?duì)電力系統(tǒng)的危害，減少燃?xì)庠陔娏νǖ纼?nèi)爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：范明豪,祝琳,蘇文,翟玥,黃杰,趙小龍,馬雙陽,付明,秦文龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9