开放空间高压氢气射流中点火爆炸的实验研究

采用高速相机和压力传感器,对开放空间中稳态射流氢气点火爆炸初期的火焰行为和超压变化规律进行了实验研究。结果表明:在点火爆炸初期,火焰在点火电极处以球形向外扩散;爆炸后4~6 ms,火焰前锋达到最大位移,之后逐渐熄灭,最后形成射流火焰。火焰前锋位移主要受喷嘴直径影响,并随喷嘴直径的增大而增大。火焰宽度的变化规律与火焰前锋位移基本相似。整个爆炸过程仅出现1个超压峰值,正压维持时间约为1 ms。在同一点火距离处,峰值超压随氢气流量的增加而增大。在相同氢气流量下,峰值超压随点火距离的增大而减小。最大峰值超压与氢气流量成正比,与点火距离成反比。

油柱直径对变压器油燃爆特性影响实验研究

特高压换流变压器管件内的变压器油易蒸发并形成可燃的油气混合物,当点火源存在时,变压器油燃爆会造成电力设备严重破坏。目前,有关变压器油爆炸动力学演化规律的实验研究匮乏,采用压力传感器测压和高速相机记录火焰形状,研究了油柱直径对变压器油爆炸超压演化和火球行为的影响。实验结果表明,随着油柱直径从93 mm增加至350 mm,最大超压和反射超压均呈现先增大后减小的趋势。随着压力测点与爆炸中心之间的距离增大,最大超压呈现逐渐下降的趋势。当油柱直径从153 mm变化至350 mm时,炸药爆炸诱导的变压器油火球行为相似,爆炸火球的传播以竖直向上扩展为主。变压器油爆燃火球的最大高度和最大面积随着油柱直径增加呈现先增大后减小的变化趋势。

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。

电力电缆隧道机械通风防护技术研究

对电力电缆隧道火灾情况下的机械通风防护策略进行了研究。结果表明,合理的隧道纵向通风设置能够使得隧道通风侧火灾环境恢复至初始水平,适用于配合消防人员进入火场开展灭火任务,而在消防任务无法进入火场条件下隧道横向通风适用于隧道内结构及设备的防护。隧道纵向通风在较低的通风量条件下对隧道的防护效果很差,甚至会加剧隧道火灾发展,同时在较大的排烟气流速度条件下横向排烟可能会导致烟气吸穿,造成燃烧不稳定。

水喷雾作用下特高压换流变压器火灾上部空间温度研究

针对换流变压器火灾中换流变压器上方跨线受热后易发生断裂的现象,利用火灾动力学模拟软件(fire dynamics simulator,FDS),研究换流变压器发生火灾时,周边水喷雾系统对上部空间温度分布的影响。结果表明:处于围护结构中的换流变压器发生火灾时易形成贴壁火羽流,并在喷雾作用下在远离阀厅的位置形成另外的高温区域;变压器上油枕、套管等结构,影响了火灾发生时的羽流流场,进而阻碍了部分区域的温度演变,在模拟所得温度场情况下,线缆钢材温度已经超过其力学性能和机械性能失效的临界值,因此需要对相应位置处的结构提供保护、加强材料性能以及保证水喷雾系统的有效性,提升线缆在火灾中的可靠性,降低火灾次生灾害引起的损失。

可脱落降噪板对换流变火灾温度场的影响研究

为协调换流站降噪结构与火灾应急关系,克服现场试验成本高、测量难度大等困难,采用火灾动力学软件(FDS)模拟低端换流变压器围护空间内变压器表面起火与分接开关起火2种换流变火灾场景,设计可脱落、不覆盖和不脱落3种变压器顶部降噪板状态,基于火场温度时空演化数据,探讨可脱落降噪板熔断前后换流变压器围护空间的火灾温度场特性。结果表明:在2种火灾场景中,可脱落降噪板分别于起火后206与485 s时发生熔断脱落;且降噪板熔断后,变压器顶部呈现出温度上升、突降、再上升的演变过程,其中温度突降变化的原因是可脱落降噪板熔断脱落导致变压器围护空间由封闭转变为开放;与其他降噪板状态相比,可熔断降噪板能够在一定程度上降低油枕与阀厅封堵火灾关键位置的升温速率。

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。

三种升温模式下钢构件火灾危险性分析

为了研究变电站中可能出现的标准火灾、电力火灾和碳氢火灾三种火灾模式对无防火保护钢构件的影响,首先使用自制的耐火实验炉对三种火灾升温模式下不同厚度钢板达到临界温度的时间进行了实验分析;然后采用ABAQUS软件对实验结果进行了模拟复现,并对不同升温模式下钢构件达到临界温度的时间与钢构件荷载比的关系进行了数值模拟。结果表明:标准火灾升温模式下钢构件达到临界温度的时间为16~23 min,电力火灾、碳氢火灾升温模式下钢构件达到临界温度的时间为2~6 min,电力火灾和碳氢火灾升温模式下钢构件达到临界温度的时间相对标准火灾升温模式有急剧缩短,平均缩短幅度超60%,最大幅度达86.3%;数值模拟结果显示电力火灾、碳氢火灾升温模式下钢构件荷载比大于0.70时其达到临界温度的时间均低于6 min,钢结构稳定性失效的危险性较大,且钢构件的荷载比越大其到达临界温度的时间越短,两者之间具有较强的线性关系。该研究结果对多种火灾升温模式下钢构件的防火保护设计具有一定的参考价值。

林区架空配电线路诱发森林火灾风险评估

林区架空配电线路存在诱发森林火灾的隐患,且火灾后果严重,为此提出了林区10 kV架空配电线路诱发森林火灾风险评估方法。该方法首先建立林区10 kV架空配电线路诱发森林火灾风险评估指标体系并确定指标权重;基于重视低得分评估单元影响的惩罚性变权确定火灾发生可能性指标得分系数;火灾后果严重性采用模糊综合评价法得到后果等级的隶属度;最后通过火灾风险图获得评估结果。以10 kV棠溪113线为例开展评估,该线路火灾发生可能性较高,得分为69.805分;火灾后果等级为轻微、一般、中等、严重和灾难性的隶属度分别是65.8%、8.1%、12.3%、2%和11.8%;绘制火灾风险图,该线路的低、中、高风险隶属度分别为65.8%、22.4%和11.8%。对未满分指标进行关键性分析确定有效整改措施,包括保证配电线路与树障的垂直和水平距离达标、将电线电缆更换成绝缘导线等。

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。

气云爆炸条件下消防炮的抗爆性能研究

以换流变压器站变压器燃爆防控及消防应用为背景,针对变压器在失控条件下可能发生的燃爆事故,通过设计模拟试验,完成变压器燃爆事故的模拟。进而对现有消防设备消防炮的功能可靠性和抗爆性能进行验证。结果发现,在高温、高压的气云爆炸火球范围内,消防炮的抗爆性能无法满足实际需要,在变压器爆炸后存在功能损失的情况。发现了消防炮自身的抗爆薄弱环节,提出了消防炮抗爆设计及安装改进建议。可为换流变压器站的抗爆型消防炮设计提供基础数据参考。

基于CONE的电缆火灾危险性分析与多层次综合评价

采用锥形量热仪开展了十种不同型号电缆火灾危险性试验研究,测量得到了各型号电缆在不同辐射热通量条件下引燃时间、热释放速率、生烟量、CO和CO_2释放率等火灾危险性表征参数,分析了辐射热通量、阻燃等级和防火涂料对电缆火灾危险性的影响。结果表明,以热释放速率、毒性气体释放率和生烟量等参数分别作为判定指标,或在不同辐射热通量条件下分析时,各电缆火灾危险性对比评价结果存在差异。基于以上情况,建立了电缆火灾危险性的多层次综合评价方法,综合考虑多个准则,对不同型号电缆火灾危险性开展了综合分析,所得评价结果更为全面、准确。

锂离子电池热安全防控技术的研究进展

在众多储能技术中,锂离子电池以其能量密度大、能量转换效率高、循环寿命长、应用范围广、对环境友好等优势,成为当前最具应用前景的电力系统电池储能技术之一。但现有锂离子电池体系无法从本质上保证其安全性,在使用过程中具有发生热失控乃至燃烧、爆炸等安全事故的风险。本文就锂离子电池的热失控机理、电池本体的安全设计、安全预警、电池组热失控起火的阻燃装置以及消防安全的研究进展进行了综述。

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。

EPDM阻燃热防护材料在锂离子电池热失控中的研究

研究了三元乙丙橡胶(EPDM)阻燃热防护材料配方中的阻燃剂、厚度对其性能的影响,以及在锂离子电池中的应用效果.结果发现具有阻燃配方的EPDM的背面温度低于未加阻燃剂的EPDM,随阻燃剂的加入和样品厚度的增加,EPDM的背面温度降低、阻燃性能提高.在火源温度为500℃的条件下,厚度为3,6 mm加阻燃剂的EPDM的稳定温度分别为185.1,165.7℃.选用厚度3 mm的阻燃EPDM作为锂电池组的热防护材料,电池热失控过程中仅1块电池发生爆炸,而未进行热防护的电池组中共有5块电池相继发生爆炸.以电池组为中心,在无热防护的锂电池组燃烧爆炸实验时,距电池组半径30 cm处圆形区域温度均受到电池燃烧爆炸的影响而达到高达300℃的高温,属于十分危险的范围;而在使用EPDM热防护材料对锂离子电池进行防护后,此区域的温度在20~28℃之间浮动,属于十分安全的温度范围.

变电站磷酸铁锂电池的消防安全技术研究进展

磷酸铁锂电池具有循环寿命长、倍率性能优异、温度特性良好、绿色环保等优势,有望取代铅酸电池成为变电站直流系统的主流选择。但是,磷酸铁锂电池仍难以实现本质安全,在滥用条件下可能发生热失控并引起燃烧、爆炸等火灾事故,不利于变电站的可靠运行。对磷酸铁锂电池的燃烧机理、热失控的诱因和消除策略、安全预警和消防灭火的研究进展进行了综述,为解决磷酸铁锂电池在变电站应用场景下的安全问题提供借鉴和参考。

压缩空气泡沫在长距离管路输送中压降的数值模拟

基于Fluent对压缩空气泡沫在长距离管道中的流动特性进行了数值模拟研究,将压缩空气泡沫近似为弥散流,采用Saplart-Allmaras模型模拟了不同管径下压缩空气泡沫以及不同泡沫原液浓度的AFFF泡沫在长距离管道内的流动及压降变化。模拟结果表明,随着距离变化,各管径管道内压降均呈现线性变化,且随着压缩空气泡沫的流动,压降线性增大。管道管径对管内压降变化具有显著影响,管道直径越小,管道内压降越大;泡沫原液浓度对压降的影响较小,且压缩空气泡沫在长距离输送中的压力随距离线性衰减。将模拟结果与长距离输送的试验结果进行了对比,误差在10%以内。

升温模式对防火密封胶燃烧及理化性能的影响

为研究防火密封胶在不同火灾场景下的燃烧及理化性能变化,针对特高压直流换流站中可能出现的标准、电力及碳氢火灾情况,研究3种升温模式对防火密封胶燃烧过程的影响及燃烧后不同时刻的理化性能变化。燃烧过程重点关注质量变化,理化性能重点关注腐蚀性、耐水性、耐酸性、耐碱性、耐油性、耐湿热性和耐冻循环性等,进而比较3种升温模式对防火密封胶的影响。结果表明:电力和碳氢火灾的前期危险性远高于标准火灾。燃烧120 min后,3种升温模式下防火密封胶的总失重率基本相同,均达到85%。火灾升温后,防火密封胶的耐水性和耐酸性都被严重破坏。电力火灾和碳氢火灾较标准火灾对防火密封胶的耐湿热性和耐冻融循环性影响更大。

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。