可解耦输电线路与山火相互作用的试验装置及使用方法与流程

本发明涉及属于电气工程技术领域，尤其涉及一种可解耦输电线路与山火相互作用的试验装置及使用方法。

背景技术：

受人民生活习俗的影响，如扫墓、祭祖、烧荒、烧秸秆等，再加上当时天气方面的影响，如连续的干旱少雨等，我国很多地区森林火灾频发，而输电线路经常跨越山区森林，一旦发生山火，极易导致输电线路放电引起跳闸。输电线路因山火而跳闸后，由于受绝缘子积污的影响，线路难以重合闸成功，造成供电中断，严重影响国民经济的发展和人民的正常生产生活。

山火火焰形态、烟尘参数等变化速度快，火焰温度影响碳烟颗粒的团聚和分解等特性，同时火焰温度对碳烟颗粒的抬升特性有很大的影响；另外，温度越高，电离越强，碳烟颗粒的荷电约多。因此，影响输电线路山火跳闸的火焰温度、碳烟浓度和电离程度三个主要因素相互耦合。

目前对于输电线路山火跳闸的研究，武汉大学阮江军、黄道春、黎鹏等公开了一系列输电线路山火跳闸试验方法，但是其试验装置与方法均将山火灾害作为一个整体，极难判断山火的火焰高度、火焰温度、电离程度以及碳烟颗粒的浓度等因素对山火跳闸的影响作用大小。因此，难以获得准确、定量的输电线路山火跳闸概率，从而无法判断山火发生后对线路运行的风险。国网湖南电力赵纯等公开了一种可辨析放电成因的输电线路山火跳闸对比试验方法，通过调节输电线路山火跳闸试验间隙和电压判断不同条件下线路的击穿场强，该试验装置也无法解耦上述因素。

此外，目前输电线路放电或者断线掉在植被上，导致植被火灾的试验装置尚未有建立受限空间内部，试验结论易受环境因素的影响，无法获得准确的试验数据，难以建立输电线路引燃植被的概率模型。

因此，亟需发明可解耦输电线路与山火相互作用的试验装置及使用方法，为揭示输电线路山火跳闸机理和输电线路引发山火的模型提供试验装置基础。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种可解耦输电线路与山火相互作用的试验装置及使用方法，从而解决上述问题。

为实现上述目的，本发明首先公开了一种可解耦输电线路与山火相互作用的试验装置，其特征在于，包括受限放电模拟空间、用于向所述受限放电模拟空间提供试验电压的电源系统、用于测量所述受限放电模拟空间试验参数的测量系统和用于模拟输电线路山火跳闸影响因素的工况模拟装置，所述工况模拟装置、电源系统均与所述受限放电模拟空间连接。

进一步的，所述受限放电模拟空间为带有隔热夹层、观测窗和检修门的箱体结构，所述电源系统的一端连接有一模拟导线，所述模拟导线穿过一固定在受限放电模拟空间顶部的带孔的绝缘陶瓷而伸入所述受限放电模拟空间内，所述电源系统的另一端连接至所述受限放电模拟空间的底部以在所述受限放电模拟空间的顶部和底部之间形成可电击穿的击穿间隙，所述受限放电模拟空间内的底部设置有电极。

进一步的，所述工况模拟装置包括超声细水雾发生装置、油盘、烟气发生装置、集烟罩和电加热装置，所述超声细水雾发生装置与所述受限放电模拟空间连通，所述油盘设置在所述受限放电模拟空间内的底部，所述烟气发生装置的输出端与所述受限放电模拟空间连通，所述模拟导线悬挂在所述受限放电模拟空间的顶部且与所述电源系统的另一端连接，所述电加热装置与所述受限放电模拟空间连接以对其加热，所述受限放电模拟空间的底部设置有进风口，所述集烟罩通过一风机连接至所述受限放电模拟空间外。

进一步的，所述测量系统包括热电偶阵列、热流密度计、湿度传感器、称重传感器、烟气采集分析装置和光谱仪，所述热电偶阵列、热流密度计和湿度传感器设置在所述受限放电模拟空间的内壁上，所述光谱仪透过所述观测窗以检测所述受限放电模拟空间内放电发展路径和环境温度，所述称重传感器设置在所述油盘的下方，所述烟气采集分析装置与所述受限放电模拟空间连接以检测其内部的烟气浓度。

进一步的，还包括一可设置于所述受限放电模拟空间内部中心位置、且可与所述电加热装置连接以对其加热的内部受限放电模拟空间，所述内部受限放电模拟空间与所述受限放电模拟空间结构相同。

然后本发明公开了一种上述所述试验装置的使用方法，包括如下步骤：

1)启动电加热装置对所述受限放电模拟空间加热，并将温度加热至140℃-170℃之间的设定值；

2)启动电加热装置对所述内部受限放电模拟空间加热，并将温度加热至300℃-800℃之间的设定值

3)缓慢升高模拟输电线路的电压，直至间隙被击穿；

4)改变击穿间隙的距离，重复步骤1)-3)以获得不同温度、不同距离的击穿间隙下的击穿电压。

然后本发明公开了一种上述所述试验装置的使用方法，包括如下步骤：

1)分别称取一定量的清水和汽油倒入油盘，置于模拟导线的正下方；

2)打开热流密度计以测量火焰体的辐射热量；

3)打开光谱仪并调整光谱仪的摄像头对准油盘及燃烧物火焰；

4)引燃油盘中的汽油，记录引燃时间和热电偶阵列、称重传感器测量相应的信号，热电偶阵列将测量数据传输至温度记录仪，称重传感器将信号传输至电脑，得到汽油重量曲线；

5)待油盘的重量燃烧至初始重量的55％时，记录时间；

6)缓慢升受限放电模拟空2两侧的电压，直至击穿间隙被击穿；

7)改变击穿间隙的距离，重复步骤1)-6)以获得不同温度、不同距离的击穿间隙下击穿电压。

然后本发明公开了一种上述所述试验装置的使用方法，包括如下步骤：

1)将烟气发生装置的烟气通入受限放电模拟空间内；

2)打开光谱仪，调整光谱仪的摄像头对准观测窗；

3)缓慢升高受限放电模拟空间两侧的电压，直至烟气间隙被击穿；

4)改变击穿间隙的距离，重复步骤1)-3)，获得不同温度、不同距离的击穿间隙下击穿电压；

5)改变烟气发生装置内可燃物类型，重复步骤1)-4)以获得不同温度、不同距离的击穿间隙下击穿电压；

然后本发明公开了一种上述所述试验装置的使用方法，包括如下步骤：

1)在模拟导线下方放置一定量的可燃物；

2)启动电加热装置，控制受限放电模拟空间内的温度为10℃-50℃；

3)启动超声细水雾发生装置，控制受限放电模拟空间内的相对湿度为20％-100％；

4)将受限放电模拟空间两侧的电压升至10kv-220kv；

5)缓慢升高可燃物的摆放台，直至模拟输电线路点燃可燃物；

6)改变可燃物的类型，重复步骤1)-5)；

7)启动轴流风机向所述进风口送风，重复步骤1)-6)以判定不同空气湿度、温度、风速对输电线路放电引发可燃物引燃的影响；

然后本发明公开了一种上述所述试验装置的使用方法，包括如下步骤：

1)在模拟导线下方放置一定量的可燃物；

2)启动电加热装置，控制受限放电模拟空间内的温度为10℃-50℃；

3)启动超声细水雾发生装置，控制受限放电模拟空间内的相对湿度为20％-100％；

4)将受限放电模拟空间两侧的电压升压至10kv-220kv；

5)控制模拟导线的夹紧装置打开以使模拟导线掉落在可燃物上，记录可燃物是否被点燃；

6)改变可燃物的类型，重复步骤1)-5)；

7)启动轴流风机向所述进风口送风，重复步骤1)-6)以判定空气湿度、温度、风速对输电线路放电引发可燃物引燃的影响。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明可有效解耦输电线路山火中的高温、电离、碳烟颗粒等影响输电线路山火跳闸的关键因素，为输电线路山火跳闸机理分析提供试验基础；该装置能模拟不同的温度、湿度、风速、碳烟颗粒浓度等条件下输电线路断线或者输电线路由于安全距离不够对线路放电的多种情况，为分析上述条件对不同可燃物的引燃概率提供依据。

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为本发明实施例公开的可解耦输电线路与山火相互作用的试验装置的第一结构示意图；

图2为本发明实施例公开的可解耦输电线路与山火相互作用的试验装置的第二结构示意图；

图3为本发明实施例公开的可解耦输电线路与山火相互作用的试验装置的整体框架示意图。

图例说明：

1、电源系统；11、电源；12、调压器；13、电脑；14、分压器；15、接地电阻；

2、受限放电模拟空间；21、电极；22、绝缘陶瓷；

3、测量系统；31、热电偶阵列；32、热流密度计；34、光谱仪；

4、工况模拟装置；41、烟气发生装置；42、集烟罩；43、电加热装置；44、模拟导线；45、风机；46、进风口；47、油盘；48、内部受限放电模拟空间；49、超声细水雾发生装置；50、风阀；51、烟气采集分析装置。

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。

如图1-3所示，本发明实施例首先公开了一种可解耦输电线路与山火相互作用的试验装置，包括受限放电模拟空间2、用于向受限放电模拟空间2提供试验电压的电源系统1、用于测量受限放电模拟空间2试验参数的测量系统3和用于模拟输电线路山火跳闸影响因素的工况模拟装置4，工况模拟装置4、电源系统1均与受限放电模拟空间2连接，其中电源系统1包括电源11、调压器12、电脑13、分压器14和接地电阻15，电源11、电脑13和调压器12依次串联后与分压器14并联，分压器14的一端与受限放电模拟空间2的一端连接，分压器14的另一端通过连接接地电阻15后接地，受限放电模拟空间2的另一端连接至调压器12。

在本实施例中，受限放电模拟空间2为带有隔热夹层、观测窗和检修门的箱体结构，该受限放电模拟空间2内部的下方设置有与电源系统1一端连接的电极21，其中，电极21包括不锈钢网材质的板电极以及对称设置板电极上的定位电极，从而对击穿时的电流方向进行有效的引导，受限放电模拟空间2的上方设置有一带孔的绝缘陶瓷22，绝缘陶瓷22内部设置有用于电源系统1一端的模拟导线44穿过而进入受限放电模拟空间2内部的通孔，其中电源系统1另一端的模拟导线44连接至受限放电模拟空间2的底部，从而在受限放电模拟空间2的顶部和底部之间形成可电击穿的击穿间隙(包括不同试验条件下的空气间隙、油火火焰间隙、烟气间隙等)。同时，受限放电模拟空间2形状为长方体，尺寸为1.6m*1.6m*1.8m，外部由100mm*100mm不锈钢龙骨作为支撑；四个面为304不锈钢材料，由两层不绣钢板和夹在其中的厚硅酸铝岩棉板构建而成；观测窗为耐1000℃高温玻璃，间采用螺丝紧固连接，避免气体散热严。在受限放电模拟空间2任意一面不锈钢、距离底部0.3m位置处设置一个1.0m*0.5m的检修门，用于检修内部元件、清洗内部壁面和放置油盘47等。

在本实施例中，工况模拟装置4包括超声细水雾发生装置49、油盘47、烟气发生装置41、集烟罩42、电加热装置43和模拟导线44，超声细水雾发生装置49与受限放电模拟空间2连通，油盘47设置在受限放电模拟空间2内的底部，烟气发生装置41的输出端与受限放电模拟空间2连通，模拟导线44悬挂在受限放电模拟空间2的顶部且与电源系统1的另一端连接，电加热装置43与受限放电模拟空间2连接以对其加热，受限放电模拟空间2的底部设置有进风口46，集烟罩42通过一风机45连接至受限放电模拟空间2外(通过风阀50控制开关)。

在本实施例中，测量系统3包括热电偶阵列31、热流密度计32、湿度传感器(未示出)、称重传感器(未示出)、烟气采集分析装置51和光谱仪34，热电偶阵列31、热流密度计32和湿度传感器设置在受限放电模拟空间2的内壁上，光谱仪34透过观测窗以检测受限放电模拟空间2内放电发展路径和环境温度，称重传感器设置在油盘47的下方，烟气采集分析装置51与受限放电模拟空间2连接以检测其内部的烟气浓度。

在本实施例中，还包括一可设置于受限放电模拟空间2内部中心位置、且可与电加热装置43连接以对其加热的内部受限放电模拟空间48，该内部受限放电模拟空间48(同样采用带有隔热夹层、观测窗和检修门的箱体结构，同样其内的底部放置有电极21)，同样可以与电源系统1连接加压，避免受限放电模拟空间2无法加热到目标的800℃高温。

电源11采用220kv工频高压电源，电源容量1500kva；调压器12采用中国上海森普电器研究所生产的tsja-1500型单相调压器，额定容量1500kva，输入电压10kv，输出电压0-10.5kv；电脑13采用市售thinkpadr480，分压器14采用市售cyfr-600h，15接地电阻为电阻值不大于10ω的电阻，模拟导线44和其他连接线路采用市售型号lgj-300导线。

热电偶阵列31每束热电偶组包含十三根直径为1.0mm的k型热电偶，热电偶采用市售wrn-231，从上而下均匀布置，最上端的热电偶距顶部10cm,其余每隔20cm均匀布置；热电偶的伸入距离可以调节。电极21的定位电极为铜电极，电极高约4cm，直径为10mm，顶部为半球形，2个定位电极间距16cm。棒电极的直径为10mm，尖电极的端部半径为0.5mm，尖端长10mm。测量系统3的光谱仪34采用市售pikanir-640，用于记录放电发展的路径和受限放电模拟空间2的环境温度。在本实施例中，考虑到受限放电模拟空间2的尺寸较大，无法将空间内纯空气加热至300℃以上，在开展纯空气加热试验时，采用内部受限放电模拟空间48，内部受限放电模拟空间48的尺寸为50mm*50mm*50mm。受限放电模拟空间2的电加热装置43采用市售远红外电加热装置swdl-f，内部受限放电模拟空间48的电加热装置43可采用市售红外电加热装置tf型号。

进一步的，为了模拟纯高温对输电线路放电击穿的影响，本实施例公开的试验步骤如下：

1)启动电加热装置43对受限放电模拟空间2加热，并将温度加热至140℃-170℃之间的设定值；

2)启动电加热装置43对内部受限放电模拟空间48加热，并将温度加热至300℃-800℃之间的设定值；

3)缓慢升高受限放电模拟空间2两侧的电压，直至间隙被击穿；

4)改变空气间隙，重复步骤1)-3)以获得不同温度、不同长度空气间隙下的击穿电压。

为了研究纯净火焰条件下输电线路击穿电压，本实施例公开的试验步骤如下：

1)分别称取一定量的清水和汽油倒入油盘47，置于模拟导线44的正下方；

2)打开热流密度计32以测量火焰体的辐射热量；

3)打开光谱仪34并调整光谱仪34的摄像头对准油盘47及燃烧物火焰；

4)引燃油盘47中的汽油，记录引燃时间和热电偶阵列31、称重传感器测量相应信号，热电偶阵列31将测量数据传输至温度记录仪，称重传感器将信号传输至电脑13，得到汽油重量曲线；

5)待油盘47的重量燃烧至初始重量的55％时，记录时间；

6)缓慢升高受限放电模拟空间2两侧的电压，直至油火火焰间隙被击穿；

7)改变油火火焰间隙，重复步骤1)-6)以获得不同温度、不同油火火焰间隙长度下击穿电压。

为了研究碳烟颗粒条件下输电线路击穿电压，本实施例公开的试验步骤如下：

1)将烟气发生装置41的烟气通入受限放电模拟空间2内；

2)打开光谱仪34，调整其摄像头对准观测窗；

3)缓慢升高受限放电模拟空间2两侧的电压，直至烟气间隙被击穿；

4)改变烟气间隙，重复步骤1)-3)，获得不同温度、不同烟气间隙长度下击穿电压；

5)改变烟气发生装置41内可燃物类型，重复步骤1)-4)以获得不同温度、不同烟气间隙长度下击穿电压。

为了模拟输电线路线路放电导致火灾试验，本实施例公开的试验步骤如下：

1)在模拟导线44下方放置一定量的可燃物(茅草、灌木、木垛、杉树、松树等典型输电线路附近可燃物)；

2)启动电加热装置43，控制受限放电模拟空间2内的温度为10℃-50℃；

3)启动超声细水雾发生装置49，控制受限放电模拟空间2内的相对湿度为20％-100％；

4)将受限放电模拟空间2两侧的电压升至10kv-220kv；

5)缓慢升高可燃物的摆放台，直至模拟输电线路点燃可燃物；

6)改变可燃物的类型，重复步骤1)-5)；

7)启动轴流风机向进风口46送风，重复步骤1)-6)以判定不同空气湿度、温度、风速对输电线路放电引发可燃物引燃的影响。

为了模拟输电线路线路断线导致火灾试验，本实施例公开的试验步骤如下：

1)在模拟导线44下方放置一定量的可燃物；

2)启动电加热装置43，控制受限放电模拟空间2内的温度为10℃-50℃；

3)启动超声细水雾发生装置49，控制受限放电模拟空间2内的相对湿度为20％-100％；

4)将受限放电模拟空间2两侧的电压至10kv-220kv；

5)控制模拟导线44的链条夹紧装置放开链条以使模拟导线44掉落在可燃物上，记录可燃物是否被点燃；

6)改变可燃物的类型，重复步骤1)-5)；

7)启动轴流风机向进风口46送风，重复步骤1)-6)以判定空气湿度、温度、风速对输电线路放电引发可燃物引燃的影响。

上述试验装置与使用方法经试制试用，证明可以有效解耦影响输电线路山火跳闸的温度、烟尘浓度等因素，可以模拟不同温度、湿度、风速等条件下输电线路放电或者断线导致山火的概率，效果良好，同时，该装置具有结构简单、安全可靠和操作使用方便的特点。

以上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。