换流站消防管网耐火可靠性测试系统

1.本发明涉及消防管网检测技术领域，具体来说是一种换流站消防管网耐火可靠性测试系统。


背景技术：

2.特高压换流站是指在高压直流输电系统中，为了完成将交流电变换为直流电或者将直流电变换为交流电的转换，并达到电力系统对于安全稳定及电能质量的要求而建立的站点。内部安装有单台容量为125mv
·
a及以上的油浸变压器、200mvar及以上的油浸变压器(电抗器)应设置水喷雾灭火系统或其他固定式灭火装置，在实际工程中，水喷雾灭火系统是特高压换流站最常用的灭火系统之一。
3.消防系统完好是实现灭火能力的前提，而已有的换流变火灾事故案例却表明，水喷雾灭火系统的支管及喷头容易在火灾中遭受破坏，导致管网丧失灭火能力。火灾事故案例中水喷雾灭火系统支管或喷头的损毁，一度认为是换流变套管爆炸所致，而在国家电网公司组织的全尺寸真型水喷雾灭火试验中，发现了水喷雾灭火系统支管及喷头也有被火焰燃烧损毁导致管路灭火失败的情况。
4.试验后支管、喷头和管道的破坏情况，部分直接从站立状态变成下垂状态，部分铜质喷头发生了融化，两侧管道均在卡箍连接处发生了断裂，导致了该次试验水喷雾灭火系统完全不能形成喷雾。这说明期望水喷雾灭火系统在实际中发挥作用，不但要考虑系统抗爆能力，还应考虑水喷雾灭火系统的耐烧能力。
5.特高压换流站安装有油浸变压器(电抗器)，含有可燃性的燃油，当发生火灾的时候，火焰为爆炸式喷射火焰，可以在20s内使管道的温度升高达到1200℃，甚至到达1400℃。一般状态下的消防管为金属管，常规状态下为空管，当发生火灾后，先是预警、然后核查，最后才输送水，整个过程一般平均为3min，在这个阶段，消防用的输水管道完全承受来自高温火源的干烧，而爆炸起火瞬间的高温可能已经融化了消防管，或者加热消防管至一个很高的温度，即使管道没有融化，在输送水源的时候，冷热结合，强降温带来的热胀冷缩和应力变化足以使管道爆开，管道失去应有的输送水源功能，导致着火点没有得到及时的水源进行灭火。实际现场也验证了上述推测，在真实的火灾现场发现多次此类情况，消防管在高温状态下可靠性大大降低，并不是防火系统出问题，而是管道自身无法抗住火焰。
6.目前管网耐火实验装置，一般采用点式火源对管网进行燃烧实验。点式火源存在高温区域小，无法模拟火灾现场的真实温度区域和升温曲线，导致实验显示管道符合要求，实际应用时却经受不住现实的考验。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题在于现有技术的消防管网耐火测试系统无法高度模拟火灾现场情况，导致测试结果不准确，无法保证消防管道能够符合现场要求。
8.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
9.换流站消防管网耐火可靠性测试系统，包括燃烧器、管网、水箱(11)、检测系统；
10.所述燃烧器包括多个喷火器(20)、进气主管(21)；多个所述喷火器(20)固定成整体，每个喷火器(20)通过进气支管(22)与进气主管(21)连通；
11.所述管网包括进水主管(16)、进水支管(19)、喷头(192)、连接件；多根进水主管(16)通过所述连接件首尾相连；多根所述进水支管(19)的一端分别与主管连通，另一端安装还有所述喷头(192)；所述燃烧器的热辐射范围覆盖进水主管(16)、进水支管(19)、连接件、喷头(192)；
12.在所述检测系统包括温度探测器181、流量计(14)、第一压力表(15)、第二压力表(15’)、进水阀(12)、控制器；所述温度探测器(181)安装在管网周边；所述流量计(14)、压力表、进水阀(12)安装在所述进水主管(16)上；所述温度探测器(181)、流量计(14)、进水阀(12)分别与控制器通信连接；所述主管一端与水箱(11)连通，另一端为盲端；所述第一压力表(15)固定在所述进水主管(16)的进水端，第二压力表(15’)固定在进水主管(16)的盲端；所述温度探测器(181)将温度信号发送给控制器，当温度达到设定阈值并超过设定时间时，控制器控制进水阀(12)启动，向管网供水设定时间后控制进水阀(12)关闭；所述第一压力表(15)、第二压力表(15’)分别探测进水主管(16)的进水端和盲端的水压，控制器根据两个水压差判断管网的泄露情况并反馈。
13.本发明所提供的消防管网耐火测试系统，通过由多个喷火器组合构成的燃烧器实现较大的燃烧面积，满足对管网的高温覆盖，且每个喷火器均独立供气，可通过调节每个喷火器的供气量实现不同温度区域的组合，真实仿真火灾现场，满足实验需求。具有较大燃烧面积的燃烧器，可同时对应主管、支管、喷头、连接件进行耐火，无需移动火源或管网，实验过程简单高效。通过两个压力表的压力差计算，即可判断管网的变形和泄露情况，无需人员近距离观察，降低实验风险。
14.进一步的，9个所述喷火器(20)为一组，形成3
×
3阵列的喷火单元，进气支管(22)呈田字形，进气支管(22)的田字形中心位置与所述进气主管(21)连通，9个所述喷火器(20)的进气口分别与进气支管(22)田字形的9个节点连通。
15.进一步的，多个喷火单元阵列排布形成所述燃烧器。
16.进一步的，多个所述进气支管(22)通过支架固定成整体。
17.进一步的，所述喷火器(20)包括筒体(201)、连接管(23)、进气孔、喷嘴；所述筒体(201)为一端敞口一端封闭结构，其封闭端的中心位置固定有贯通筒体(201)内外的连接管(23)，所述连接管(23)处于筒体(201)外部的一端与进气支管(22)固定连通，位于筒体(201)内部一端与喷嘴(25)固定；在所述筒体(201)封闭端位于连接管(23)周围开设有多个进气孔。
18.进一步的，所述连接管(23)与进气支管(22)可拆卸固定。
19.进一步的，所述连接管(23)与进气支管(22)螺纹配合固定。
20.进一步的，所述燃烧器还包括外壳(26)，所述外壳(26)为四周围合、顶部和底板敞口的壳体，多个所述喷火器(20)均通过支架固定在外壳(26)内。
21.进一步的，所述外壳(26)底板还设置有支脚(28)；所述支脚(28)高度可调。
22.进一步的，所述外壳(26)顶部还固定有金属网(29)。
23.进一步的，所述第一压力表(15)和第二压表(15’)机位于所述燃烧器的燃烧范围
外。
24.进一步的，在位于所述第一压力表(15)的上游的进水主管上还安装有水泵(13)。
25.本发明的优点在于：
26.本发明所提供的消防管网耐火测试系统，通过由多个喷火器组合构成的燃烧器实现较大的燃烧面积，满足对管网的高温覆盖，且喷火器独立供气，可通过调节每个喷火器的供气量实现不同温度区域的组合，真实仿真火灾现场，满足实验需求。具有较大燃烧面积的燃烧器，可同时对应主管、支管、喷头、连接件进行耐火，无需移动火源或管网，实验过程简单高效。通过两个压力表的压力差计算，即可判断管网的变形和泄露情况，无需人员近距离观察，降低实验风险。
27.采用阵列排布的燃烧器，可使燃烧面温度均匀，温度调节范围可控性强。支管成田字形，从田字形中间供气，可将燃气均匀分散到田字形的9个节点。每个喷火单元独立供气，调节供气即可调节燃烧面的高低温区域，且区域范围可知，易计算温度与管网变形的关系。
28.燃烧器通过外壳形成整体，并安装有可调高度的支脚，根据实验需求，通过调节支脚的高度，可满足管网与燃烧面的距离，实验范围广。
附图说明
29.图1为本发明实施例中实验装置的整体结构示意图；
30.图2为本发明实施例中实验装置的典型不同升温曲线30分钟内温度对比图；
31.图3为本发明实施例中实验装置的不同升温曲线前3分钟温度值对比表；
32.图4为本发明实施例中实验装置的测试件局部放大安装结构图；
33.图5为本发明实施例中实验装置的连接件的一种结构图；
34.图6为本发明实施例中实验装置中气体喷射燃烧器排列分布结构图；
35.图7为本发明实施例中实验装置中气体喷射燃烧器供气管路结构图；
36.图8为本发明实施例中实验装置中单个喷火器底部结构图；
37.图9为本发明实施例中实验装置中单个喷火器顶部结构图；
38.图10为本发明实施例中实验装置中燃烧器支脚结构图；
39.图11为本发明实施例中实验装置中燃烧器外壳安装结构图；
40.图12为本发明实施例中实验装置中燃烧器金属网安装结构图。
具体实施方式
41.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。
42.如图1、图4所示：换流站消防管网耐火可靠性测试系统，按照供水方向，进水主管16上依次串接有水箱11，进水阀12、水泵13、第一压力表15、流量计14、第二压力表15’、控制，进水主管16末端通过堵头密封；进水主管16由多根短管通过第一连接件161连接，进水主管16侧壁并联有多个进水支管19，进水支管19与进水主管16之间通过第二连接件191连接，进水支管19的末端连接有喷头192；进水主管16的下方安装有模拟高温火源的燃烧器2，
测试件包括进水主管16、第一连接件161、第二连接件191、进水支管19和喷头192；在主管16周边设置有温度探测器181，本实施例中，温度探测器181为热电偶。多个热电偶安装在立柱180的不同高度上，立柱固定在测试区域的周边，使得不同高度的热电偶能够测得测试区域不同高度的温度，包括燃烧器的问题、待测试件所处环境的温度。
43.第一压力表15、第二压力表15’、流量计14、温度探测器181均与控制器通信连接。温度探测器将温度信号发送给控制器，当温度达到设定阈值并超过设定时间时，控制器控制进水阀启动，向管网供水设定时间后控制进水阀关闭；所述第一压力表、第二压力表分别探测进水主管的进水端和盲端的水压，控制器根据两个水压差判断管网的泄露情况并反馈。
44.本实施例中，测试件距离燃烧器2的水平高度为200mm，燃烧器具有不小于1m2的燃烧面。
45.本实施例的换流站消防管网耐火可靠性测试的方法，包括以下几个步骤：
46.(1)干烧前对所有管道进行严密性试验，保证各连接部位无泄漏，试验完成后，将水排尽；
47.(2)启动燃烧器对应测试件进行干烧，干烧时间不小于3min；
48.(3)先记录3min后测试件的外观表现，然后启动水泵和阀门产生压力不小于0.4mpa的水流，通入水流不小于3min，记录通水后测试件的爆裂和泄漏情况(此过程可通过人工观察和第一压力表第二压力表的压差计算而得)。
49.主管、第一连接件、第二连接件、支管和喷头均为被检测试件，主要是检测主管、连接件和喷头的质量情况，是否满足要求等。在模拟换流站火灾场景的情况下，各个测试件是否可以耐受该场景下的高温。在设定的高温环境下，可以经受高温度条件的测试则符合标准，如果发生损坏则不符合要求。本实施例中，如图5所示，第一连接件和第二连接件均为消费管网中常用连接件，在此不再详述。
50.试验针对不同的测试件开展了32组，试验结果表明：
51.一、即使符合规定卡箍连接件，也并不能适用于更严酷的变压器油火场景。
52.二、针对换流站火灾的特点，利用气体燃烧器原理设计了试验火源，开展试验能更符合实际可能的受热情况。
53.三、膨胀型防火涂料喷涂厚度小于1.1mm时，发泡不明显，且通水后容易脱落。
54.四、无防火涂料或防火涂料厚度在1.5mm以下时，卡箍连接方式的橡胶垫圈易受高温破坏而发生严重漏水，铝质或铜质喷头在高温中也可能被直接融化而丧失喷雾功能。
55.五、膨胀型防火涂料厚度不小于2mm时对管道、喷头和连接处均具有良好的保护效果，可承受至少3分钟1200℃高温干烧。
56.六、在管道面漆上直接喷涂防火涂料，未发现对防火材料的发泡隔热性能有明显影响。
57.如图6、图7所示：燃烧器2为气体喷射型燃烧器，包括多个喷火器20，喷火器20包括筒体201、连接管23、进气孔24、喷嘴25；筒体201为一端敞口一端封闭结构，其封闭端的中心位置固定有贯通筒体201内外的连接管23，连接管23处于筒体201外部的一端与进气支管22固定连通，位于筒体201内部一端与喷嘴25固定；在筒体201封闭端位于连接管23周围开设有多个进气孔24。本实施例中，连接管与进气支管螺纹配合固定，便于拆卸。本实施例中进
气孔24环绕连接管23均匀设置。
58.如图8所示，筒体201的口径为10-15cm，气体喷射燃烧器之间的间距为3-6cm，气体喷射燃烧器2每九个为一组，每组气体喷射燃烧器2的下方均设置有进气支管22，所述进气支管22呈田字形，所述进气支管22的一侧中央连通有进气主管21，进气主管与进气支管的连通处位于田字的中央交叉处，所述进气支管22另一侧分别与气体喷射燃烧器2的底部中央连通；用于进气均匀，气体为燃烧气，可以是煤气、瓦斯等，一个进气主管同时供应一组气体喷射燃烧器，进气主管21的连接端位于进气支管22的中央，同时对各个气体喷射燃烧器的供气都比较均匀，多组气体喷射燃烧器的常规排列方式使一共九组，每组九个气体喷射燃烧器，组合后呈正方形。
59.如图1所示，本实施例中，为了扩大燃烧面积，采用9个所述喷火器20为一组，形成3
×
3阵列的喷火单元，进气支管22呈田字形，进气支管22的田字形中心位置与所述进气主管21连通，9个所述喷火器的进气口分别与进气支管田字形的9个节点连通。多个喷火单元阵列排布形成所述燃烧器2。多个所述进气支管通过支架固定成整体。
60.本发明中，喷火器20的上侧为喷火口，下侧为连接管连通，用于进气。需要注意的是：喷火器20的底部除了连通连接管用于进气，同时设置了多个气孔，用于空气进入，用于产生预混燃烧的效果，进入的气体进入喷火器20先是与气孔进入的空气进行预混合，然后点燃，在气体的压力作用下喷射而出，这里进气主管内部燃烧气具有一定的压力值，连接管喷出的气体具有一定的初速度，从而在燃气喷出喷火器20底部的时候，连同使喷火器20产生负压作用，主动通过气孔进行吸入空气，并与燃烧气进行预混，从而瞬间产生高温、稳定的火焰，稳定的温度达到1200-1300℃，较为真实地模拟了自然条件下实际过程中变压器爆炸起火的特征，有利于对该部分位置的灭火管路进行有效的耐火性能测试。
61.本实施例中，燃烧器2有多个喷火器20组成，每个喷火器20均单独供气。实际实验时，可根据现场高温需求，及升温曲线，通过调节多个喷火器20的供气量来实现不同温度区域变化，演示不同火灾场景，调节随机性强，满足不同要求的管网耐火实验需求。
62.这里喷火器20与喷火器20之间存在间距，在燃烧的时候用于空气由下至上进行补充，提供足够量的氧气。
63.如图8所示：所述喷火器20可拆卸式安装于进气支管22。用于便捷的对喷火器20进行安装和拆卸，有利于更换。
64.如图8所示：所述连接管23与进气支管22螺纹连接。通过转动喷火器20就可以轻松的取下喷火器20，螺纹连接处为套接。
65.如图8所示：所述连接管23对应喷火器202的位置设置有喷嘴25，所述喷嘴25为锥形。用于提高燃气喷出时的压力。
66.如图10所示：包括设置于外部的外壳26，所述外壳26对应的底部镂空。外壳用于起到防护作用，底部镂空用于气体交换，外壳为方形。
67.如图9所示：所述外壳26与进气支管22之间设置有支架27。用于支撑喷火器20，防止热传递和防止工作人员烫伤。
68.如图9、图10所示：所述外壳26的底部设置有支脚28，所述支脚28设置有可螺纹伸缩高度的螺纹杆281。用于调节整体设备的高度，由于火焰的温度分为内焰外焰，温度由等级区分，适当垫高整体设备使测试管道处于最佳测试位置。
69.如图11所示：所述外壳26上侧设置有可拆卸的金属网29。金属网可以让气流更加稳定，燃烧更稳定，同时也防止烧融的东西往下掉。
70.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。