[发明专利]小型山火诱发高压输电线路闪络放电及其预警模拟装置

权利要求书

1.小型山火诱发高压输电线路闪络放电及其预警模拟装置，其特征是包括AC供电模块、火源发生模块（16）、燃料质量损失测定模块、闪络放电模块、温度采集模块、热流密度采集模块、复合型火灾探测报警模块、CCD摄像仪、高速摄像仪和数据采集处理装置；其中，所述闪络放电模块包括箱体（1）和电极（13），电极设于箱体内；AC供电模块与闪络放电模块用导线相连，火源发生模块（16）和燃料质量损失测定模块设于闪络放电模块内，温度采集模块、热流密度采集模块、复合型火灾探测报警模块的输入端与闪络放电模块连接，温度采集模块、热流密度采集模块、复合型火灾探测报警模块、CCD摄像模块、高速摄像模块的输出端与数据采集处理装置相连；

所述AC供电模块包括交流电源（5）、分压器（4）和变压器（3）；所述交流电源（5）、分压器（4）和变压器（3）通过导线连接并与闪络放电模块中的电极连接；所述交流电源规格为三相四线制380V三相交流电源，所述变压器为JMB系列控制变压器，所述分压器为FRC-50型分压器；

所述火源发生模块为小型坐式酒精喷灯或小型森林植被火焰中的一种；所述小型森林植被火焰是将地表植被装入燃料盘中分层堆积，并加入少量酒精点燃而成，所述地表植被包括地下可燃物、地表可燃物、草本可燃物、梯级可燃物和上层树冠可燃物；

所述箱体为半封闭式结构，前后为敞开方式，高600mm，底座规格为400×400mm，由厚度为10-15mm的防火石英板制作而成，侧壁设有两个可上下移动的卡槽（14），卡槽宽20-30mm，长400-500mm，安装于左右侧壁中心线上；

所述电极包括棒电极和板电极；电极均选用不锈钢材料，棒电极为长200mm、直径15mm的圆锥头圆柱体，圆锥锥角为60°，板电极是连接短小钢刺的方形块体，尺寸为350×350×8mm，中间镂空，镂空处为一直径为50mm的圆形区域，火焰可从中穿越；所述电极的组合方式包括：

1）两个棒电极，分别固定在箱体左右侧壁的卡槽上，可进行上下和长短的调节，实现棒-棒电极间不同距离时的水平和斜向放电；

2）棒电极有两个，其中一个固定在左右侧壁的其中一个卡槽上，另一个棒电极通过可调节悬索防火绝缘绳与箱体顶部相连，实现棒-棒电极间不同距离时的垂直放电；

3）棒电极和板电极各有一个，棒电极通过可调节悬索防火绝缘绳与箱体顶部相连，板电极固定在左右侧壁卡槽上可实现棒-板电极间不同距离时的垂直放电；

所述温度采集模块包括箱身热电偶（15）、温度采集器（7）和物理示波器（6）；其中，箱身热电偶（15）连接闪络放电模块中的箱体，温度采集器（7）的输入端与箱身热电偶（15）相连，输出端与数据采集处理装置相连，输入端与闪络放电模块中的电极相连，输出端与数据采集处理装置相连；

所述箱身热电偶为K型M8热电偶，屏蔽线线长1.5m，探头长200mm，测温范围为0-1300℃；箱身热电偶的布置方式为左右两侧箱身热电偶皆从距箱体底部15cm开始，每隔4cm布置一个箱身热电偶，共布置10个热箱身电偶，且保持左侧箱身热电偶探头顶部位于火源中心正上方，保持右侧箱身热电偶探头顶部位于火源边缘正上方；

所述复合型火灾探测报警模块包括复合型火灾探测器（2）和报警单元（8）；所述复合型火灾探测器置于闪络放电模块中的箱体外火源正前方300-400mm处，输出端与报警单元输入端连接，报警单元输出端通过数据线和数据采集处理装置连接；

测试山火诱发输电线路闪络典型过程特性的方法为升压法，包括以下步骤：

1）燃烧：将各模块及数据采集处理装置连接好，选择电极组合方式，调整好电极位置，并全程保持不动，控制火源发生模块的火焰强度，保证箱体内的温度稳定；

2）通电：待火焰稳定并包络后，开始施加电压并逐步升高电压，在火焰区出现低频电晕放电声时，减慢升压速度并采用耐受法，即每次升高电压一次，耐受 1min，若没有发生击穿则点加升压，如此反复直至击穿；同样条件下进行 3~5 次击穿试验，选择最低放电电压作为击穿电压；

3）温度及热流密度采集：将温度采集模块所测得的温度数据输入数据采集处理装置并储存，将热流密度采集模块输入数据采集处理装置并储存；

4）电学性能采集及分析：利用温度采集模块中的物理示波器记录空气击穿特性，从受端A/B/C相电流和送端A/B/C相故障波形中提炼脉冲周期、脉冲频次、电弧脉冲、稳态泄漏电流信息，算出平均击穿场强、故障波形参数与电板间隙、环境温度、火场温度、火场热流密度、火源强度间的参量关系，推导模拟高温高热空气击穿和放电特性；

5）燃料质量变化采集：利用燃料质量损失测定模块实时记录并储存火源发生模块的重量，进而绘制出燃料质量损失曲线，核算相应火源功率；

6）图像收集及分析：利用高速摄像仪对火焰形状、轮廓、基本结构、高度、亮度、放电时电弧形成过程及轨迹进行记录，利用图像对火源燃烧状态进行分析，并辅助进行电弧形成机理的研究；

7）模拟预警：采用感温和火焰图像复合型火灾探测器检测距火源一定距离的温度和火焰强度，并把数据传输到复合型火灾探测报警模块中，复合型火灾探测报警模块在温度和火源强度达到一定的阈值后进行警报；提炼和标定闪络放电时刻前、中和后时段火源及工频电源预警参数，发展以上参量复合预警指标；

8）重复试验：试验结束后，更换综合火源的类型，或调整电极摆放位置，重复上述步骤；

测试山火诱发输电线路闪络典型过程特性的方法为稳压法，包括以下步骤：

1）燃烧：将各模块及数据采集处理装置连接好，电极组合方式选择棒-板电极组合，调整好电极位置，控制火源发生模块的火焰强度，保证箱体内的温度稳定；

2）通电：选择合适的电压值，待火焰稳定稳定并包络后，开始施加电压，且整个实验过程中电压保持不变；

3）调整电极位置：将板电极从可调节最低处开始上升，过程中棒电极位置维持不变，火焰区出现低频电晕放电声时，减缓板电极抬升速度并采用耐受法，即每次抬升板电极一次，耐受1min，若没有发生击穿则微微抬起板电极，如此反复直至击穿，同样条件下进行 3~5次击穿试验，选择最小电极距离作为击穿距离；

4）温度及热流密度采集：将温度采集模块所测得的温度数据输入数据采集处理装置并储存，将热流密度采集模块输入数据采集处理装置并储存；

5）电学性能采集及分析：利用温度采集模块中的物理示波器记录空气击穿特性，从受端A/B/C相电流和送端A/B/C相故障波形中提炼脉冲周期、脉冲频次、电弧脉冲、稳态泄漏电流信息，算出平均击穿场强、故障波形参数与电板间隙、环境温度、火场温度、火场热流密度、火源强度间的参量关系，推导模拟高温高热空气击穿和放电特性；

6）燃料质量变化采集：利用燃料质量损失测定模块实时记录并储存火源发生模块的重量，进而绘制出燃料质量损失曲线，核算相应火源功率；

7）图像收集及分析：利用高速摄像仪对火焰形状、轮廓、基本结构、高度、亮度、放电时电弧形成过程及轨迹进行记录，利用图像对火源燃烧状态进行分析，并辅助进行电弧形成机理的研究；

8）模拟预警：采用感温和火焰图像复合型火灾探测器检测距火源一定距离的温度和火焰强度，并把数据传输到复合型火灾探测报警模块中，复合型火灾探测报警模块在温度和火源强度达到一定的阈值后进行警报；提炼和标定闪络放电时刻前、中和后时段火源及工频电源预警参数，发展以上参量复合预警指标；

9）重复试验：试验结束后，更换综合火源的类型，或调整电极摆放位置，重复上述步骤。