一种连续溢油条件换流变垂直溢油流淌火模拟实验平台及实验方法

1.本发明属于工程热物理领域，具体涉及一种连续溢油条件换流变垂直溢油流淌火模拟实验平台及实验方法。


背景技术：

2.大型换流站作为我国特高压输电的核心构成，是电力传输的重要载体，一旦发生火灾事故，不仅仅会造成变电站电力传输与使用的中断，影响电力供应能力，同时会造成巨大的经济损失。变电站建筑由于自身结构的特殊性，以及相关设备的运行特点，使得变电站对防火工作有着严格的要求。在换流变设计与建设的过程中,大量使用绝缘材料和变压器油等可燃物。
3.根据对多个变压器火灾的调查分析，大型换流变火灾发展的一般过程可总结为：(1)套管短路电弧产生高温，变压器油在罐体内被加热气化、裂解，靠近短路的区域形成过热、过饱和的两相流；(2)电弧产生的超压，使套管破裂，过热变压器油喷出换流变本体，形成沸腾液体膨胀蒸汽爆炸；(3)喷出的高温油、雾自燃，形成uvce；(4)uvce在变压器表面和四周形成多个着火点，点燃套管升高座处流出的变压器油，形成流淌火(5)流淌火从换流变本体流至集油池形成油池火。其中，流淌火是变压器火灾中主要的火灾分现象之一，流淌火在变压器顶部形成的油池火的基础上，将火灾范围扩大至变压器侧壁，在底部油池积蓄至一定量时，即在底部形成油池火。流淌火对变压器火灾的发展扩大起到了主要作用。
4.然而，目前并没有针对变压器油垂直流淌火燃烧特性及相关的研究成果，因此，设计并加工一套适用于模拟换流变垂直壁面流淌火的实验装置，并确定与之匹配的室验方法，对于研究换流变垂直壁面流淌火的燃烧特性及换流变火灾发展过程，从而防范换流变火灾燃烧范围扩大，具有重要的意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种连续溢油条件换流变垂直溢油流淌火模拟实验平台及实验方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种连续溢油条件换流变垂直溢油流淌火模拟实验平台，包括主实验台、数据采集系统、图像采集系统、燃料加热及供给系统；
7.所述主实验台由油槽、y型进油管、进油孔、竖直流淌平面、流淌面侧挡板、集油池、放油管及放油阀；所述进油孔开设在所述油槽底部，所述y型进油管的两个分支分别通过进油孔与油槽相连，所述竖直流淌面为碳钢钢板，所述竖直流淌面的上边缘与油槽正面下边缘相连，所述流淌面侧挡板焊接布置在所述竖直流淌面上，所述集油池用于收集竖直流淌面流下的未燃烧的变压器油，所述放油管与油槽侧面下部连通用于实验后排出油槽内的变压器油，所述放油阀安装在所述放油管上；
8.所述数据采集系统包括油槽油温热电偶、壁面贴壁热电偶、竖直流淌面油温热电
偶、火羽流热电偶、水冷式热流计、数据采集仪及热电偶支架；所述油槽油温热电偶、壁面贴壁热电偶、竖直流淌面油温热电偶、火羽流热电偶、水冷式热流计通过信号补偿线与数据采集仪相连，所述数据采集仪用于测量并记录电压信号、电流信号以及温度数据，所述油槽油温热电偶、壁面贴壁热电偶、竖直流淌面油温热电偶、火羽流热电偶固定在所述热电偶支架上，所述水冷式热流计放置在实验台正前方1
‑
2m处；
9.所述图像采集系统包括高速摄像机、红外热像仪，所述高速摄像机和红外热像仪放置在竖直流淌面正前方，所述红外热像仪用于读取温度；
10.所述燃料加热及供给系统包括恒温加热器、连接软管、蠕动泵、流量计，所述蠕动泵通过软管分别与恒温加热器及y型进油管相连，所述流量计用于测量变压器油流量。
11.较佳的，所述放油管为不锈钢管，所述放油阀为铜阀。
12.较佳的，所述油槽侧面焊接固定有两个实验台挂耳，所述实验台挂耳为不锈钢挂耳。
13.较佳的，所述流量计为夹钳式微型流量计，所述流量计夹在连接软管外无接触式测量连接软管内变压器油流量。
14.较佳的，所述油槽油温热电偶为直径0.5cm、探针长1.5m的k型铠装热电偶，所述油槽油温热电偶数目为五支，五支所述油槽油温热电偶布置在油槽中心并布置在与油槽底面相距0cm、1cm、2cm、3cm、4mm处。
15.较佳的，所述壁面贴壁热电偶为k型贴片式热电偶，所述壁面贴壁热电偶布置在竖直流淌面背面共三排三列，分别布置在长与宽的四等分点。
16.较佳的，所述竖直流淌面油温热电偶为直径0.5mm、测温范围0
‑
800℃的k型铠装热电偶，所述竖直流淌面油温热电偶布置在竖直流淌面正面并距油槽上边缘每隔10cm布置一支，所述竖直流淌面油温热电偶共布置6
‑
9支。
17.较佳的，所述火羽流热电偶为直径1mm、探针长1.5m、量程0
‑
1200℃的k型铠装热电偶，所述火羽流热电偶位于油槽中心正上方，所述火羽流热电偶每隔10cm布置一支，共布置3
‑
5支。
18.较佳的，所述水冷式热流计为量程0
‑
50mw水冷式热流计。
19.本发明还提供了一种连续溢油条件换流变垂直溢油流淌火模拟实验方法，包括以下步骤：
20.s1.数据采集系统及图像采集系统调试：实验前测试所有热电偶、水冷式热流计、数据采集仪以及高速摄像机、红外热像仪，保证所有设备均能够正常运行；
21.s2.油料准备并加热：取适量变压器油倒入恒温加热器内，设定目标温度对油进行加热，加热至目标温度后停止加热；
22.s3.向油槽内注油预热油槽：先向油槽内加入部分热油，待油槽温度升高后排出，防止向油槽内注油后油温大幅降低；
23.s4.向油槽内注油：开启蠕动泵，调至合适速率向油槽内注油，当油槽内变压器油积满并有部分油沿着油槽正面上边缘流下时，停止注油；
24.s5.开启数据采集仪、高速摄像机及红外热像仪，开始记录实验；
25.s6.点燃油槽内变压器油：向油槽内注入10ml正庚烷，利用电子打火器点燃正庚烷，利用正庚烷点燃变压器油；
26.s7.变压器油预燃3.5min后，开启蠕动泵，观察流量计实数并调整泵油速率，持续向油槽内泵油；
27.s8.当流淌火蔓延至竖直流淌面下边缘后或蔓延面积达到最大值并持续3min不再发生变化，关闭蠕动泵，停止向油槽内注油，待火焰熄灭后排出油槽内热油；
28.s9.关闭数据采集系统及图像采集系统，保存实验数据，准备下一组实验。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
30.连续溢油条件换流变垂直溢油流淌火模拟实验平台，该实验装置可实现连续溢油条件换流变溢油流淌火的燃烧及蔓延过程模拟，对于掌握换流变火灾发生发展过程中流淌火的燃烧特性，获得换流变火灾燃烧范围的扩大及发展规律，为换流变火灾的防控提供理论基础具有十分重要的作用；连续溢油条件换流变垂直溢油流淌火模拟实验方法，该方法操作起来较为简单，适合进行模拟实验。
附图说明
31.图1是本发明总体示意图；
32.图2是实验台主视图；
33.图3是实验台右视图；
34.图4是实验台后视图；
35.图5是实验台俯视图；
36.附图标记：1、高速摄像机；2、红外热像仪；3、信号补偿线；4、数据采集仪；5、热流计；6、热电偶支架；7、竖直流淌面油温热电偶；8、壁面贴壁热电偶；9、油槽油温热电偶；10、火羽流热电偶；11、恒温加热器；12、连接软管；13、蠕动泵；14、y型进油管；15、油槽；16、流淌面侧挡板；17、竖直流淌面；18、进油孔；19、集油池；20、流量计；21、实验台挂耳；22、放油管。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
38.实施例1
39.请参阅图1至图5，一种连续溢油条件换流变垂直溢油流淌火模拟实验平台，包括主实验台、数据采集系统、图像采集系统、燃料加热及供给系统；
40.主实验台由油槽15、y型进油管14、进油孔18、竖直流淌平面、流淌面侧挡板16、集油池19、放油管22及放油阀；进油孔18开设在油槽15底部，y型进油管14的两个分支分别通过进油孔18与油槽15相连，竖直流淌面17为碳钢钢板，竖直流淌面17的上边缘与油槽15正面下边缘相连，流淌面侧挡板16焊接布置在竖直流淌面17上，集油池19用于收集竖直流淌面17流下的未燃烧的变压器油，放油管22与油槽15侧面下部连通用于实验后排出油槽15内的变压器油，放油阀安装在放油管22上；
41.数据采集系统包括油槽油温热电偶9、壁面贴壁热电偶8、竖直流淌面油温热电偶7、火羽流热电偶10、水冷式热流计5、数据采集仪4及热电偶支架6；油槽油温热电偶9、壁面
贴壁热电偶8、竖直流淌面油温热电偶7、火羽流热电偶10、水冷式热流计5通过信号补偿线3与数据采集仪4相连，数据采集仪4用于测量并记录电压信号、电流信号以及温度数据，油槽油温热电偶9、壁面贴壁热电偶8、竖直流淌面油温热电偶7、火羽流热电偶10固定在所述热电偶支架6上，所述水冷式热流计5放置在主实验台正前方1
‑
2m处；
42.图像采集系统包括高速摄像机1、红外热像仪2，高速摄像机1和红外热像仪2放置在竖直流淌面17正前方，红外热像仪2用于读取温度；
43.燃料加热及供给系统包括恒温加热器11、连接软管12、蠕动泵13、流量计20，蠕动泵13通过软管分别与恒温加热器11及y型进油管14相连，流量计20用于测量变压器油流量。
44.其中，放油管22为不锈钢管，放油阀为铜阀。
45.其中，油槽15侧面焊接固定有两个实验台挂耳21，实验台挂耳21为不锈钢挂耳。
46.其中，流量计20为夹钳式微型流量计20，流量计20夹在连接软管12外无接触式测量连接软管12内变压器油流量。
47.其中，油槽油温热电偶9为直径0.5cm、探针长1.5m的k型铠装热电偶，油槽油温热电偶9数目为五支，五支油槽油温热电偶9布置在油槽15中心并布置在与油槽15底面相距0cm、1cm、2cm、3cm、4mm处。
48.其中，壁面贴壁热电偶8为k型贴片式热电偶，壁面贴壁热电偶8布置在竖直流淌面17背面共三排三列，分别布置在长与宽的四等分点。
49.其中，竖直流淌面油温热电偶7为直径0.5mm、测温范围0
‑
800℃的k型铠装热电偶，竖直流淌面油温热电偶7布置在竖直流淌面17正面并距油槽15上边缘每隔10cm布置一支，竖直流淌面油温热电偶7共布置6
‑
9支。
50.其中，火羽流热电偶10为直径1mm、探针长1.5m、量程0
‑
1200℃的k型铠装热电偶，火羽流热电偶10位于油槽15中心正上方，火羽流热电偶10每隔10cm布置一支，共布置3
‑
5支。
51.其中，水冷式热流计5为量程0
‑
50mw水冷式热流计5。
52.本实施例还提供了一种连续溢油条件换流变垂直溢油流淌火模拟实验方法，包括以下步骤：
53.s1.数据采集系统及图像采集系统调试：实验前测试所有热电偶、水冷式热流计5、数据采集仪4以及高速摄像机1、红外热像仪2，保证所有设备均能够正常运行；
54.s2.油料准备并加热：取适量变压器油倒入恒温加热器11内，设定目标温度对油进行加热，加热至目标温度后停止加热；
55.s3.向油槽15内注油预热油槽15：先向油槽15内加入部分热油，待油槽15温度升高后排出，防止向油槽15内注油后油温大幅降低；
56.s4.向油槽15内注油：开启蠕动泵13，调至合适速率向油槽15内注油，当油槽15内变压器油积满并有部分油沿着油槽15正面上边缘流下时，停止注油；
57.s5.开启数据采集仪4、高速摄像机1及红外热像仪2，开始记录实验；
58.s6.点燃油槽15内变压器油：向油槽15内注入10ml正庚烷，利用电子打火器点燃正庚烷，利用正庚烷点燃变压器油；
59.s7.变压器油预燃3.5min后，开启蠕动泵13，观察流量计20实数并调整泵油速率，持续向油槽15内泵油；
60.s8.当流淌火蔓延至竖直流淌面17下边缘后或蔓延面积达到最大值并持续3min不再发生变化，关闭蠕动泵13，停止向油槽15内注油，待火焰熄灭后排出油槽15内热油；
61.s9.关闭数据采集系统及图像采集系统，保存实验数据，准备下一组实验。
62.其中，连续溢油条件换流变垂直溢油流淌火模拟实验平台，该实验装置可实现连续溢油条件换流变溢油流淌火的燃烧及蔓延过程模拟，对于掌握换流变火灾发生发展过程中流淌火的燃烧特性，获得换流变火灾燃烧范围的扩大及发展规律，为换流变火灾的防控提供理论基础具有十分重要的作用；连续溢油条件换流变垂直溢油流淌火模拟实验方法，该方法操作起来较为简单，适合进行模拟实验。
63.实施例2
64.一种连续溢油条件换流变垂直溢油流淌火模拟实验平台及实验方法，包括主实验台、数据采集系统、图像采集系统、燃料加热及供给系统。
65.主实验台由油槽15、y型进油管14、进油孔18、竖直流淌平面、流淌面侧挡板16、集油池19、实验台挂耳21、放油管22及放油阀构成。所述油槽15为长方体，底部开两个进油孔18，高5cm，长100cm，宽20cm，其中两个侧面及后面高为6cm，正面高为5cm，正面下方与竖直流淌面17相连。所述y型进油管14直径为1cm，两个分支通过进油孔18与油槽15相连，主管通过输油软管与蠕动泵13相连。所述进油孔18位于油槽15底面，直径为1cm，横向位于两个三等分点，纵向位于中心线上。所述竖直流淌面17为长1m，宽95cm，厚度为1cm的碳钢钢板，竖直流淌面17上边缘与油槽15正面下边缘相连。所述流淌面侧挡板16通过焊接布置在流淌面上，高度为101cm，与油池侧面高度相等，防止变压器油从竖直流淌面17侧面流出。所述集油池19为长1.2m，宽20cm，高10cm的无盖长方体铁箱，材质为3mm厚钢板，用于收集竖直流淌面17流下的未燃烧的变压器油。所述实验台挂耳21为边长为2cm的方形不锈钢金属棒，长度为20cm，左右各一个，通过焊接与油槽15侧面连接，用于固定实验台。所述放油管22及放油阀为不锈钢管及铜阀，耐温0
‑
200℃，通过焊接与油槽15侧面下部相连，连接处开孔与油槽15内导通，用于实验后排出油槽15内的变压器油。
66.所述数据采集系统包括油槽油温热电偶9、壁面贴壁热电偶8、竖直流淌面油温热电偶7、火羽流热电偶10、水冷式热流计5、数据采集仪4及热电偶支架6组成。所述油槽油温热电偶9为直径0.5cm、探针长1.5m的k型铠装热电偶，最大量程800℃，共五支，布置在油槽15中心，与油槽15底面垂直底面，距油槽15底面0cm、1cm、2cm、3cm、4mm处分别布置一支，测量变压器油油温。所述壁面贴壁热电偶8为k型贴片式热电偶，测温范围为0
‑
600℃，布置在竖直流淌面17背面，共三排三列，分别布置在长与宽的四等分点，测量不同位置壁面温度变化过程。所述竖直流淌面油温热电偶7为k型铠装热电偶，直径0.5mm，测温范围0
‑
800℃，布置在竖直流淌面17正面，距油槽15上边缘每隔10cm布置一支，共布置6
‑
9支。所述火羽流热电偶10为直径1mm，探针长1.5m的k型铠装热电偶，量程0
‑
1200℃，位于油槽15中心正上方，每隔10cm布置一支，共布置3
‑
5支，用于测量火羽流温度。所述水冷式热流计5为量程0
‑
50mw水冷式热流计5，用于测量流淌火热释放速率。所述各类热电偶及水冷式热流计5通过信号补偿线3与数据采集仪4相连。所述数据采集仪4可测量并记录电压信号、电流信号以及温度数据等，采集频率不小于20hz，通道数不小于30个，并能够实时记录数据。所述热电偶支架6用于固定各类热电偶，由方形钢管焊接而成，底面为十字结构，竖直高度为2m。
67.所述图像采集系统包括高速摄像机1、红外热像仪2。所述高速摄像机1放置在竖直
流淌面17正前方10m处，拍摄帧率不小于60帧/秒，连续拍摄时间不小于240分钟。所述红外热像仪2量程不低于1100℃，连续拍摄时间不低于240分钟，并可读取画面内任意点的温度数据。
68.所述燃料加热及供给系统包括恒温加热器11、连接软管12、蠕动泵13、流量计20。所述恒温加热器11容量不小于50l，加热速率不小于3℃每分钟，并能够设定预定温度，达到设定温度后停止加热并保持恒温。所述蠕动泵13通过软管分别与恒温加热器11及y型进油管14相连，泵油能力为0
‑
3l每分钟，可无极调速。所述流量计20为夹钳式微型流量计20，可夹在软管外无接触式测量管内变压器油流量，测量范围0
‑
5l每分钟，误差小于5ml每分钟。
69.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。