气源及纳米颗粒对氟碳-碳氢表面活性剂泡沫性能影响研究

以双子短链氟碳表面活性剂(Gemini)和两性碳氢表面活性剂(LAMC)为核心组分制备了环保型泡沫分散体。研究了纳米SiO_(2)颗粒和压缩气源种类对泡沫分散体起泡性、稳定性及铺展特性的影响。结果表明,纳米SiO_(2)颗粒与短链氟碳表面活性剂存在分子间相互作用,在试验范围内,与压缩空气相比,未添加纳米SiO_(2)颗粒的压缩氮气泡沫高度提升约5.8%,添加浓度为3%的纳米SiO_(2)颗粒后分散体发泡性能略微下降。随着纳米SiO_(2)颗粒的加入,泡沫的稳定性显著增加,氮气泡沫稳定性比空气泡沫提升约5%。纳米SiO_(2)颗粒形成网状结构聚集体堵塞在Plateau边界中,有效延缓泡沫析液和粗化,从而增强泡沫的稳定性。由于氮气和空气自身密度及对泡沫液膜渗透性的不同,压缩空气泡沫在油面上的平均铺展速率较压缩氮气泡沫提升2.6%。研究结果能够为纳米SiO_(2)颗粒在环保型泡沫灭火剂的研发和灭火应用方面提供理论指导。

高压开关柜故障起火自动灭火装置优化设计研究

近年来发生了多起高压开关柜火灾事故,传统开关柜灭火通过人工方式灭火,存在灭火效率低、人员风险大等问题。现有开关柜自动灭火装置研究存在引入电场畸变、启动阈值不清及灭火剂选择不当等问题。为解决上述问题,文中开展了高压开关柜故障起火自动灭火系统研究。优化设计了了灭火剂喷头结构,降低了最大场强,避免了绝缘击穿风险。进行了真型开关柜火灾模拟试验,基于试验过程中温度场分布确定了灭火装置启动阈值。探索了灭火剂类型与用量,确定了合理的高压开关柜灭火剂设置方案。建立了完整的高压开关柜自动灭火系统,试验结果表明文中所提出灭火系统快速有效。

全尺寸高压开关柜电缆绝缘故障电致燃烧试验研究及机理分析

由于开关柜的封闭特性,长期以来研究人员对于开关柜内火灾发展的时空演变规律缺乏认知,对电缆放电能否引燃、如何燃烧有争议,针对性的防范措施缺乏依据。燃烧试验难度大,全尺寸试验难以开展。文中针对高压开关柜电缆单相接地短路引发火灾的过程开展研究。搭建全尺寸试验平台,研究掌握了电缆短路起火过程中开关柜内外以及电缆外皮的温度分布情况。开展了多物理场仿真研究,构建了开关柜起火模型,掌握了火灾蔓延规律。基于仿真和试验结果对电缆电致燃烧过程中电缆材料分解过程及材料分解对燃烧的影响进行了分析。通过上述研究,掌握了高压开关柜电缆绝缘故障燃烧机理,掌握了电缆外皮温度可以很好的反应开关柜内部故障温度,为开关柜火灾预防奠定了基础。

不同着火位置对高压开关柜火灾影响的数值研究

基于流体动力学计算软件文中研究了不同着火位置对高压开关柜火灾的影响,分析了柜内温度场、无量纲温度因子、烟气分布及总热释放率火灾特征参量。计算结果表明,手车室发生火灾时最高温度低于电缆室或母线室最高温度,且不同着火位置下顶壁或侧壁无量纲温度因子差异明显,可用来进行早期火灾安全预警的诊断手段。烟气场和总热释放速率分布表明,电缆室和手车室着火时,其烟气可充满整个高压开关柜柜体,而母线室着火时烟气仅充满整个母线舱室。另外,电缆室火灾具有较大的总热释放率,因其相邻手车室可燃构件也被引燃进而释放更多的热量。通过文中的研究结果,可进一步认识和了解高压开关柜火灾蔓延发展趋势,也可为高压开关柜的早期安全预警提供技术和理论支撑。

特高压变压器水成膜泡沫全尺寸灭火污染研究

为了探究灭火的环境污染,开展了特高压变压器水成膜泡沫全尺寸灭火试验,采集大气、水体及土壤样品进行分析。首先,利用气体分析仪测得灭火瞬间CO、SO和NO2的体积分数远超标准阈值,同时使用气相色谱/质谱联用仪发现大气中存在氟碳表面活性剂和轻质支链烷烃等。通过液相萃取-气相色谱/质谱试验,测定水体内的有机污染物主要为乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚和重质正构烷烃。X射线荧光光谱仪检测出灭火后土壤中铜元素明显提升,热脱附-气相色谱/质谱测定土壤中的有机成分主要是未充分燃烧的变压器油和本该存在于烟气中的的4-乙基邻二甲苯和1,3-二甲基-4-乙基苯。这些研究对水成膜泡沫灭火的环境污染治理、灾后评估和灭火剂的改良具有一定指导意义。

水成膜泡沫灭火剂成分分析及热解产物污染特性研究

水成膜泡沫灭火时,部分气液污染物将进入环境,因此全面研究其污染特性具有现实意义。首先,采用元素分析、红外光谱和液相色谱/质谱联用方法对水成膜泡沫原液成分开展分析。结果显示,该原液含有多种存在潜在风险的危害物质,使用后会渗入环境中。其次,对原液热解气体开展定性定量分析。结果显示,当温度低于400℃时,原液热裂解仅释放CO,且质量浓度较低;温度高于400℃时,会释放CO、SO_(2)、NO、HF等气体,其中600℃时这些气体质量浓度的峰值远超《环境空气质量标准》规定的阈值。此外,有机气体产物中除挥发性有机物外,还包含多种全氟烷基化合物。由此推断,不同温度下,氟碳表面活性剂受热分解具有两种路径,即低温下尾部自由基脱离和高温下全氟链断裂。

常见泡沫灭火剂在变压器油面铺展性能及隔热性能试验研究

铺展性能和隔热性能是衡量泡沫灭火剂的重要指标。为优选更适合变压器油火灾的泡沫灭火剂,对水成膜泡沫灭火剂(Aqueous film-forming foam,AFFF)、氟蛋白泡沫灭火剂(Fluoroprotein foam,FP)和合成泡沫灭火剂(Synthetic foam,S)3类常见泡沫灭火剂在不同初始温度变压器油面的铺展特性及外加热辐射下泡沫在高温油面的隔热性能开展试验研究。结果显示:AFFF泡沫铺展速率最快,其次是FP泡沫,S泡沫铺展最慢。在外加热辐射条件下,AFFF泡沫层温度变化及泡沫高度衰减最慢,FP泡沫稍快,S泡沫最快。表明AFFF泡沫隔热性能最好,S泡沫最差。此外,在前人建立的泡沫质量蒸发模型基础上,针对FP和S泡沫提出了质量蒸发模型的修正系数,修正后的模型能更好地预测外加热辐射下FP和S泡沫蒸发质量的变化。

换流阀阀塔传感器绝缘和散热性能设计及研究

研制出一种植入换流阀阀塔内部的监测传感器,以实现对阀塔内部元件运行状态的实时监控。以±800 kV换流阀阀塔为研究对象,首先,采用静电场有限元分析方法(FEM),对阀塔在稳态运行工况下的电场分布进行计算,分析传感器的植入对阀塔绝缘性能的影响。其次,利用ANSYS Icepak对传感器的散热性能进行分析。最后,研制出传感器样机并对其成像技术进行验证。分析结果表明:传感器植入阀塔后仅影响阀塔内部的局部电场,且阀塔的最大场强值为2.107 kV/mm,远小于空气临界击穿场强3 kV/mm,说明植入传感器后的阀塔绝缘性能满足设计要求;传感器的热仿真结果表明其内部温度场分布均匀,散热性能良好。传感器样机的后台软件可实现可见光和红外光图像深度融合,样机已具备工程化应用条件。

特高压换流变降噪装置的改进设计

通过对特高压换流变Box-in降噪装置布置特点、火灾危险性和常用灭火技术的分析,揭示了现有Box-in降噪装置对特高压换流变灭火效果和火势发展的影响。结合新型热熔降噪材料系列检测结果,提出了一种融合新型消防模块、热熔支撑板、防坠网、泄爆口的新型降噪设计方案,并通过全尺寸试验验证了其在换流变火灾场景下的熔断有效性。试验结果表明,新型消防模块和热熔支撑板在火灾情况下均能快速有效脱落,脱落时间小于2min,脱落后的消防模块呈小碎块状,不阻挡和干扰消防介质有效灭火。该新型降噪设计方案能够为外部消防灭火提供有利条件,显著降低爆炸冲击对内部固定消防系统可能产生的损坏,同时因新增加功能带来的价格上涨幅度较小。

KI50X特高压变压器油火灾特性参数分析

为了获得KI50X特高压变压器油火灾特性参数,在大空间试验厅中,通过在不同尺寸油盘中燃烧KI50X型特高压换流变压器油,测量了燃烧速率、火焰平均高度、羽流轴向温度等燃烧特性参数。详细讨论了燃料初始温度、燃料厚度、油池直径等对燃烧速率、火焰平均高度、羽流轴向温度的影响。燃料厚度对质量损失速率有较大影响,燃料厚度为20mm时,可以观察到包括:(Ⅰ)初始增长、(Ⅱ)准稳态燃烧和(Ⅲ)衰减至熄灭3个典型燃烧阶段,因此燃料厚度都设为20 mm。当初始燃料温度从25℃升高到90℃时,会出现整体沸腾现象,导致质量损失率出现第二个峰值。此外,分别提出了在常温(25℃)和高温(90℃)下,油池直径与稳定阶段燃烧速率的关联式参数。通过对试验数据的拟合,在过渡火焰和总湍流火焰条件下,KI50X型特高压换流变压器油的燃烧速率符合液体燃料燃烧速率与油池直径的一般关系。火源上方无量纲高度处的轴向无量纲温度分布与Z/D成正比。拟合得到的轴向平均温度分布关系式表明,随轴向高度与KI50X变压器油池直径之比的增大,轴向无量纲温度升高比生物柴油和正庚烷油池快。最后系统地给出了25℃及90℃下KI50X型特高压变压器油燃烧特性拟合公式的一系列参数。

油浸式变压器火灾事故的特点与灭火对策研究

大型油浸式变压器作为核心电力设备已广泛应用于电厂和变电站,但近年来国内外油浸变压器火灾事故频发,造成了严重的后果。基于近年来国内外发生的油浸式变压器火灾事故案例,从火灾模式和燃烧形式方面划分了油浸式变压器火灾事故的类型,总结出油浸式变压器火灾具有爆炸性、快速性、破坏性、多变性和火灾形式多样性等特点,归纳了油浸式变压器火灾事故的发生机理,指出可燃的变压器绝缘油是油浸式变压器火灾的重要事故因素,并提出了防止和控制油浸式变压器火灾事故的灭火对策与防火技术措施。

典型特高压换流变压器火灾数值模拟研究

通过文献调研及事故资料分析,阐释了特高压换流变压器的结构特点和事故工况。采用CFD数值模拟技术,根据典型事故工况的油料状态、边界条件和环境条件等,设计5个工况,研究典型特高压换流站变压器火灾的发生和发展过程。分析典型变压器火灾的燃烧形式、热释放速率大小及火源周边温度特性等,获得阀厅外壁面温度对阀厅的影响。设计可脱落式Boxin顶板时,应考虑其在火灾过程初期温度上升较慢、温度较低的特点。为创造换流变火源窒息熄灭的有利条件,应保证阀厅封堵及顶部Box-in降噪板不受破坏,火灾时主动封闭下3行散热风扇,阻止空气流入;阀厅封堵破坏时,可以将换流变压器正面散热风扇洞口全部封闭,阻止空气进入。

基于火焰蔓延仪的典型换流变压器绝缘油燃烧特性试验研究

利用火焰蔓延仪开展了不同油层厚度和外加辐照强度对典型换流变压器KI50X型绝缘油的点燃时间、热释放速率、CO及烟气生成速率等燃烧特性影响的试验研究,并计算了绝缘油的火灾增长系数。结果表明:KI50X型绝缘油的点燃时间随着外加辐照强度的增大先迅速缩短,而后缓慢缩短,且随着油量的增加其点燃时间先增加后下降,随后保持在40 s左右;本试验中,当油层厚度为4.4 mm以上时,能够完整观察到池火5个典型的燃烧状态,并且绝缘油的热释放速率(HRR)的变化趋势能够与之对应;随着油量的增加,绝缘油燃烧效率先降低后保持不变;随着外加辐照强度的增加,绝缘油燃烧效率下降;就火灾增长系数而言,外加辐照强度的增加导致绝缘油的火灾危险性增大,而油量的增加并未导致其火灾危险性持续增加;峰值HRR在5 mL油量下不到400 kW/m^2,随着油量的快速增加,峰值HRR增速放缓,在50 mL油量时,峰值HRR不到900 kW/m^2,而随着辐照强度的增加,在辐射强度为5~10 kW时峰值HRR出现了显著增长,但随后峰值HRR在800 kW/m^2附近微弱波动。

初始油面温度对水成膜泡沫铺展特性的影响研究

为探究高温油面对水成膜泡沫的影响,利用自主搭建的铺展特性测试实验平台获得水成膜泡沫在不同初始温度KI25X变压器油面上的铺展参数,对比水成膜泡沫在两种油池尺寸(D=50 cm和117 cm)下不同温度油面的铺展行为,分析铺展面积和铺展速率随初始油面温度的变化规律。结果表明:D=50cm油池,铺展形状呈现中心对称,铺展速率存在快速增长、线性增长和缓慢增长3个阶段;D=117 cm油池,铺展形状呈现不规则特征,仅有线性增长和缓慢增长两个阶段;初始油面温度显著影响水成膜泡沫的铺展特性,D=117 cm时,铺展速率随油温增加先上升后下降,在初始油面温度60℃时,平均铺展速率达到最大;基于油面铺展理论基础,建立了铺展速率计算模型,得到泡沫摩擦力参数随油温增加呈现先上升后下降的变化规律。

换流变新型降噪板熔断性能及灭火试验研究

针对换流变压器现有Box-in降噪结构对外部灭火救援有阻碍、遮挡作用,严重影响外部消防有效灭火的难题,通过试验研究换流变新型降噪板熔断脱落行为及其灭火过程,分析新型降噪板熔断过程对灭火效果的影响和高温热油火对Box-in内部固定消防系统管路的影响。试验结果表明,两种新型降噪板在火灾中能够熔断并掉落,为Box-in降噪装置外部的消防操作提供有利条件,但其灭火难度仍明显大于无遮挡火的情形,而且火灾过程的高温会导致固定消防支管明显改变方向,使覆盖目标错位,无法包络目标部位。

变压器油沸溢池火温度特征及传热模型试验研究

为预测垫水层变压器油池火沸溢发生时间,开展以K150X变压器油为燃料的小尺度垫水层沸溢油池火试验,测量不同初始油层厚度和油池直径下油池轴线不同高度处的温度数据,分析燃烧过程中油层内部的温度分布特征,进而构建垫水油层内部一维单层传热模型,并预测垫水层变压器油池火的沸溢发生时间。结果表明:变压器油沸溢池火燃烧过程的温度变化具有阶段性特征,且油水界面处出现过热现象是发生沸溢的决定性因素;油层竖直方向一维单层传热模型能够较好地拟合试验测量值;基于传热模型提出垫水层变压器油池火的沸溢发生时间预测模型。

基于FAHP方法的电力场所火灾应急管理能力评价

本文针对电力场所火灾应急能力评价建立了模糊层次模型,利用层次分析法(AHP)确定指标权重,然后通过模糊评判矩阵合成,进行电力场所火灾应急能力的综合评价。根据研究结果可知:应急救援与恢复对应急能力有重要的影响,并且,提高电力场所监测预警设备先进性对于提升电力场所火灾整体应急能力也是十分必要的。本文的研究为电力场所火灾及应急能力评价提供了切实可行的方法,能够加深对电力场所火灾应急的认识,为电力场所火灾应急水平提升指明方向。同时,本文建立的评价模型也可以适用于高层建筑、地铁、隧道等人员密集场所的火灾应急能力分析。

超细干粉灭变压器热油火有效性研究

为评估超细干粉用于大型油浸变压器的技术可行性,通过变压器热油火实验,研究了超细干粉对不同初始基础油温和不同预燃时间下变压器热油火的灭火有效性,分析了超细干粉灭变压器热油火的作用机理。

典型变电站阻燃低压电缆外护套材料火灾条件下热解固气产物特性及反应机理

变电站作为电力系统的核心部分,一旦发生火灾将可能造成严重的后果,研究变电站电缆的热解反应机理具有重要的现实意义。目前,针对变电站电缆热解机理,特别是元素变化规律和气体产物定量的研究较少。该文针对典型变电站阻燃低压电力电缆(ZRB-VV22-0.6/1.0 kV型)的外护套材料开展无氧条件下的热解动力学、固气产物特性及反应机理研究。利用热重实验(thermogravimetric,TG)研究外护套在氮气气氛下的热解行为,发现其热解主要分为2个阶段,应用Friedman、FWO和KAS方法,计算得到活化能分别为145.17和241.71 kJ/mol。采用场扫描电镜和X射线能谱仪联用技术(EDS)对原料和热解残碳进行元素分析,发现热解导致C元素挥发,其质量占比在热解后明显降低;Ca、Mg、Si元素无法挥发,以氧化物或其他化合物的形式保留在残碳中,质量占比明显升高;Cl和O元素部分挥发,质量占比有所升高,其中Cl元素的挥发可推断产物中存在HCl。进而,利用热裂解-气相色谱质谱联用(Py-GC/MS)对该电缆外护套的挥发性产物进行定性定量分析,发现其热解第一阶段(<623 K)产物以HCl和苯为主,当热裂解温度上升到773 K时产物中出现多环芳烃及苯系物,其热解过程以内部聚氯乙烯(PVC)材料受热分解为主,主体产物与PVC热解类似,用内标法对HCl、苯及苯系物进行定量,得到HCl和苯的产率分别为0.077和0.266 g/g,其余苯系物的产率较低。