高压大容量储能功率转换系统的拓扑结构比较

高压大容量储能功率转换系统的主电路是储能电池进行充放电控制的基础,选择合理的功率转换系统主电路拓扑结构直接关系到高压大容量储能系统实际应用的可行性。分析变压器升压型变流器并联结构、H桥链式多电平变流器、全(半)桥模块化多电平变流器的单级式与双级式主电路拓扑结构,对比上述拓扑结构的材料成本、工作可靠性、材料功率损耗和输出电能质量。基于数学模型与仿真分析综合比较单位容量投资成本、工作可靠性、系统损耗和输出电能质量,结果显示H桥链式多电平变流器和半桥模块化多电平变流器更适合构建10 kV兆瓦级高压大容量储能功率转换系统。

气凝胶毡抑制磷酸铁锂电池模组热失控蔓延特性研究

热失控安全问题是制约锂离子电池储能技术发展的瓶颈。热阻隔是抑制电池热失控蔓延的技术途径之一。本文采用55 Ah磷酸铁锂储能电池模组,对比研究不安放气凝胶毡,以及安放不同厚度气凝胶毡对磷酸铁锂电池模组热失控蔓延特性的影响。研究表明,气凝胶毡可有效抑制磷酸铁锂电池热失控蔓延;气凝胶毡越厚,阻隔热蔓延的效果越好,0.5、1.2、3.0 mm厚的气凝胶毡可分别提升电池模组热阻隔效率75.80%、88.81%和299.92%。研究结论可为储能锂离子电池热失控防治提供参考。

特高压换流变压器含水系灭火剂的水喷雾系统灭火试验研究

采用1∶1全尺寸特高压换流变压器实体火模型,开展添加水系灭火剂的水喷雾灭火系统灭特高压换流变压器全尺寸实体火的试验研究,提出已安装水喷雾灭火系统换流站的消防改造方案,以及水喷雾灭火系统抗烧和抗爆能力提升的解决方案,提升特高压换流变压器消防能力。结果表明,在美国防火协会标准的水喷雾灭火系统设计标准下,添加6%水系灭火剂的水喷雾灭火系统仅34 s就扑灭了全尺寸特高压换流变压器实体火,验证了添加水系灭火剂的水喷雾灭火系统的灭火能力。

基于超级电容电池的移动储能车研制

针对采用超级电容电池的新型移动储能车,介绍超级电容电池特性、移动储能车结构和超级电容电池组装方案,提出储能功率变换器的控制方法和工作模式,设计装备的消防系统,对超级电容电池移动储能车进行了功能测试。测试结果表明,超级电容电池移动储能车在并网时充电、放电及孤岛模式下均运行良好,能量转换效率高,具有较好的应用前景。

添加灭火剂的变压器水喷雾灭火系统应用技术

针对变压器水喷雾灭火系统存在的问题,提出添加灭火剂的变压器水喷雾灭火系统及消防管网防火防爆能力提升方案。为验证系统性能,搭建110 kV真型变压器模型灭火试验平台,研究灭火剂对水喷雾灭火系统灭变压器油火性能的影响。试验结果表明:纯水喷雾难以扑灭水雾未直射区域或半遮蔽区域的变压器油火;添加灭火剂后,42 s内可扑灭变压器模拟大火;16.7%的喷头损坏后,添加灭火剂的水喷雾系统仍可在40 s内高效灭火。试验结果验证了灭火剂可以显著提升水喷雾灭火系统灭火能力,有效提升变压器消防能力。

加热引发三元18650型锂离子电池组的燃烧特性

为研究动力锂电池组的燃烧特性,本工作以三元18650型锂离子电池组为研究对象,在受限空间中开展了加热引发电池组热失控实验,通过温度数据采集及高清摄像的方法,对不同受热位置和不同受热功率时的锂电池组的典型特征参数进行了试验研究,包括着火时间、火焰形态、临界热失控温度等,此外还开展了水雾灭火试验。结果表明:三元锂电池组热失控温度介于120~139℃,最大燃烧温度会随着热源功率的增大而增加,最高温度可达800℃。侧面过热时锂电池组燃烧剧烈程度会随着与热源距离的增加而减弱,出现多次断续复燃现象。相比侧面过热,锂电池组底面负极过热时燃烧程度更剧烈,电池会连续喷射燃烧,同时外部热源功率的增大会缩短着火时间并加剧燃烧强度。此时采用水雾对着火的锂电池组灭火,可以对燃烧中的锂电池组进行有效的抑火降温,使电池内部温度降低到临界温度以下,从而有效防止复燃。

高层住宅楼小天井与外廊结构的消防安全问题研究

高层住宅楼已经成为城市建筑中最主要的建筑形式,高层住宅楼的小天井由于具有采光、通风功能又可以节省占地面积而受到开发商和用户的青睐。高层住宅楼采用小天井和外廊结构可能带来的消防安全问题,给城市的消防安全管理增加了不确定因素。采用数值模拟的方法构建了采用小天井与外廊结构的高层住宅楼火灾场景,并开展现场热烟试验,研究了小天井与外廊结构的火灾危险性,对采用防火玻璃分隔方法的可行性进行了论证。研究结果显示,采取使用防火玻璃将小天井和外廊进行分隔的消防措施,不利于外廊烟气的排放和人员疏散。

全氟己酮远距离喷射特征及射流特性研究

通过测试不同喷头类型、喷射压力下全氟己酮远距离喷射特征,获得了全氟己酮射流特性,可为其在阀厅等大空间火灾防治的应用提供指导。试验结果表明:要实现全氟己酮远距离喷射,应采用单喷孔喷头。DN16和DN28喷枪在0.8~1.0 MPa压强下,全氟己酮喷射距离达到18~22 m,但如果采用更大口径DN40喷枪,射流末端雾化明显,喷射距离会减小,此外水平角度更有利于远距离喷射全氟己酮。在大口径喷枪下,全氟己酮落地后覆盖范围远超水介质,范围达6~10 m。

特高压变压器消防能力提升设计方案及分析

分析了目前特高压换流站/变电站变压器的固定灭火系统技术现状,针对水喷雾系统、泡沫喷雾系统和压缩空气泡沫系统的提升方案,进行灭火性能、防爆能力、防风能力、安全稳定性等方面的分析研究,旨在对特高压换流站/变电站变压器固定灭火系统的改造与建设提供参考。

磷酸铁锂和三元锂电池外部过热条件下的热失控特性

锂离子电池已广泛应用于储能和电动汽车中,但由于其易燃性,存在火灾和爆炸的风险。本文以单体40 A·h三元锂和72 A·h磷酸铁锂电池为对象,采用不同位置外部过热研究其热失控特性。实验结果表明磷酸铁锂电池在外部过热条件下不会引燃,而三元锂电池会自发引燃和喷射;侧面加热比底部加热能更早进入热失控;通过传热分析得到40 A·h三元锂电池热失控所需的单位受热面积导热量为1650~3788.76 kJ/m^(2),72 A·h磷酸铁锂离子热失控所需的单位受热面积导热量为3264.84~7856.67 kJ/m^(2)。以720 A·h磷酸铁锂电池组为对象,研究电池组燃烧蔓延特性,实验结果表明外部引燃后,若热源一直存在会蔓延至周围电池,持续发生喷射现象;通过传热分析得到相邻电池间的传热量为39.7~43 kJ。本研究结果可对储能电站火灾风险评估和锂电池火灾防护提供理论指导意义。

真型变压器灭火试验平台开发与耦合灭火试验

现有变压器灭火系统优缺点各异,变压器种类较多,形状极不规则,适用于何种灭火系统需通过真型试验来确定。研制涵盖多种灭火方式的真型变压器灭火试验平台,为真型试验提供参考。10 kV真型变压器灭火试验表明,添加油乳化灭火剂使细水雾和移动灭火平台的灭火效果提高2倍以上,移动灭火平台对细水雾灭火系统的辅助效果显著。

电场条件下变压器油的引燃温度特性

以目前在运变压器常用的25#绝缘油为例,测试了不同温度条件下变压器油在电极针产生的电场下的点燃特性,为变压器起火机理与防治研究提供指导。试验表明,25#变压器油在电火花能量18 J、最大电场强度为6.56×10^(3) kV/m的针-针电极电场条件下,点燃的临界温度约为172℃;其引燃有爆燃和稳定燃烧2个过程,爆燃时燃烧瓶内压力最大,为510 kPa左右,其引燃过程与单一气体组分丁烷有较大差异。

变压器消防管网抗干烧能力提升研究

针对变压器消防管网抗干烧的要求,搭建变压器消防管网抗干烧试验平台,开展3 min和6 min的消防管网干烧试验,对比三元乙丙橡胶材质消防卡箍和氟硅橡胶材质消防卡箍的抗干烧能力,评价防火涂料对变压器消防水管抗干烧能力的影响,提出变压器消防管网抗干烧能力提升方案,指导变压器火灾的可靠防治,为变压器消防改造与建设提供参考。

锂离子电池储能灭火防复燃技术研究

储能锂离子电池存在热失控和起火爆炸风险,严重制约电池储能系统发展。针对锂电池储能系统灭火防复燃难的问题,提出氟基快速灭火和钝化降温防复燃方法,并开展大尺寸电池模组灭火试验。结果表明该方法可实现快速扑灭储能锂电池组初期明火,灭火后不复燃。研究结果可对锂电池储能系统灭火技术应用和未来重点攻关方向提供一定指导。

抗爆型变压器泡沫喷雾灭火系统设计与试验

针对传统变压器泡沫喷雾灭火系统存在的管网抗爆能力较差、不易调试、灭火剂使用寿命短、易堵塞喷头的问题,提出一种使用远距离喷射喷头的抗爆型变压器泡沫喷雾灭火系统。搭建变压器模拟灭火试验平台,对比采用抗爆型泡沫喷雾管道和采用传统泡沫喷雾管道的灭火性能。试验结果表明该系统灭火高效、经济实用、运维简单。

密度板木糠粉热解特性及自燃危险性研究

通过热重实验分析3种粒度和3种升温速率对木糠粉的热解过程的影响,并采用KAS法求解其活化能。采用恒温微量热仪对原样和添加水后的样品开展实验。结果表明:木糠粉热解过程分为水分和轻质组分挥发、半纤维素和纤维素热解氧化、木质素热解氧化3个阶段。添加水后的样品会由于微生物新陈代谢作用而自加速放热,存在自燃危险。提出氧耗法在生物质自燃产热中的适用性。

磷酸铁锂电池储能舱热失控监测传感器有效性评价及探测策略

磷酸铁锂储能电池在故障时易发生热失控,产生大量可燃易爆气体,引发起火和爆炸。利用传感器对电池热失控进行监测,是避免储能电池事故蔓延扩大的有效手段。该文自制了5种不同探测原理的多合一复合传感器,探测参数包括H_(2)、CO、CO_(2)、挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOC)的体积分数和烟雾质量分数、舱体气压和温度;在40尺真型储能舱中,开展了不同位置的电池热失控监测试验,对比了点火对电池热失控探测的影响。研究结果表明:催化燃烧原理的H_(2)传感器较电化学原理的H_(2)传感器更快检测到H_(2),光离子原理的VOC传感器较电化学原理的VOC传感器更快检测到VOC;VOC比H_(2)、CO更早被探测到,一方面是电解液挥发早于H_(2)等的生成,另一方面是由于电池蓝膜等受热产生了一部分VOC;H_(2)被探测到的时间略早于CO和烟雾;未点火的情况下,舱顶的气压和温度不适合电池热失控的预警;点火情况下,CO、烟雾、CO_(2)浓度增加,而H_(2)和VOC浓度不同程度减少,同时舱内温度快速提升。基于电池热失控探测试验,提出了磷酸铁锂电池储能舱电池热失控及火灾探测的建议策略及探测器布置间距建议。

加热引发三元18650型锂离子电池组的燃烧特性

为研究动力锂电池组的燃烧特性,本工作以三元18650型锂离子电池组为研究对象,在受限空间中开展了加热引发电池组热失控实验,通过温度数据采集及高清摄像的方法,对不同受热位置和不同受热功率时的锂电池组的典型特征参数进行了试验研究,包括着火时间、火焰形态、临界热失控温度等,此外还开展了水雾灭火试验。结果表明:三元锂电池组热失控温度介于120~139℃,最大燃烧温度会随着热源功率的增大而增加,最高温度可达800℃。侧面过热时锂电池组燃烧剧烈程度会随着与热源距离的增加而减弱,出现多次断续复燃现象。相比侧面过热,锂电池组底面负极过热时燃烧程度更剧烈,电池会连续喷射燃烧,同时外部热源功率的增大会缩短着火时间并加剧燃烧强度。此时采用水雾对着火的锂电池组灭火,可以对燃烧中的锂电池组进行有效的抑火降温,使电池内部温度降低到临界温度以下,从而有效防止复燃。