变压器油池火燃烧规律的实验研究*

为对变压器油池火灾进行准确有效的灭火，研究不同尺寸和不同厚度下变压器油的火灾动力学特征和基本燃烧特性，具体分析变压器油的燃烧过程和变压器油燃烧速率、火焰温度以及辐射热流随油池直径以及厚度的变化规律。结果表明:整个油品的燃烧过程分为预热燃烧阶段、稳定燃烧阶段和火焰熄灭阶段。对于厚度大于10 mm的油池燃烧，稳定阶段的燃烧速率与油层厚度无关，稳定阶段的燃烧速率随着油池直径的增加而增加。同时，变压器油火灾连续火焰区温度接近750 ℃。对于稳定燃烧阶段下的变压器油燃烧，基于辐射通量可得出在燃烧过程中，辐射热量占总燃烧热的占比约为1/3。研究结果可丰富变压器油燃烧的基础数据，为变压器火灾的灭火提供参考。     

高压击穿电弧作用下开关柜内典型阻燃绝缘件引燃特性的实验研究

高压开关柜内的绝缘件失效故障,易引发火灾事故、区域停电甚至影响电网系统的稳定运行。基于高压击穿电弧模拟与材料引燃机理综合模拟实验平台,针对4 mm厚支柱绝缘子和固封极柱,开展了15 kV击穿电弧作用下的系列引燃实验研究。结果表明,高压电极横向击穿后,电弧迅速上翻形成自上而下“夹持”样品的倒“U”形弧柱,弧根与弧顶首先炭化或引燃。阻燃绝缘件样品顶部形成火焰后,随着燃烧的进行,逐渐从顶部形成穿透样品的内部击穿电弧,该电弧易诱发剧烈燃烧的水平喷射火焰。内部击穿电弧位置向下移动呈“2阶段”特征:在初始阶段较慢,支柱绝缘子和固封极柱样品内击穿点下移速度分别约为2.55 mm/s和1 .74 mm/s,而在第2阶段分别增大至78.50 mm/s和35.03 mm/s。此外,高压起弧瞬间,在紧邻电极上方的绝缘材料表面,升温速率可达180 ℃/s。研究结果可用于高压开关柜各类阻燃绝缘件的科学选型与优化设计,为开关柜防火安全性能的提升提供科学依据。     

城市电动汽车规模化发展的大气环境影响研究

发展电动汽车被认为是有效缓解城市交通污染的重要措施,但大规模的电动汽车发展不仅有增加电力部门排放的风险,而且可能影响电网运营的稳定性。本研究以南京市为例,综合应用充电行为模式调研、蒙特卡洛模拟、COPERT模型、排放因子法等方法,系统研究了私家车、出租车和公交车三种类型电动汽车的充电特征及其对区域交通和电力部门排放的影响。结果表明,当三种车型的电动化率分别达到50%、100%和100%时,城市的NOx、PM_(2.5)、CO、VOCs和CO_2排放量将分别比基准情景减少378t、305t、20 223t、3649t和480万t。但是,SO_2排放增加了1152t,并且导致南京市电网的夏季峰值负荷增加10%。为更好地改善中国城市环境空气质量,应综合考虑电动汽车有序充电、协同促进清洁电力等发展策略,最大限度地实现电动汽车的环境效益。     

膨胀型防火涂料对高压电力电缆引燃特性影响的实验研究

膨胀型防火涂料在电缆防火工程中有较广泛的应用,在使用过程中确保电缆涂料的效果与经济性具有重要意义。对喷涂不同厚度膨胀型高氯化聚乙烯防火涂料的高压电力电缆开展了在典型强度外加辐射热流条件的着火引燃实验,分析了电力电缆点燃时间、受热期间涂层对电缆外护套的保护与涂层受热后的形态变化。结果表明,电缆的着火行为与涂层厚度紧密相关。相比于未喷涂防火涂料的电缆,覆有膨胀型高氯化聚乙烯防火涂料的电缆在加热过程中明显膨胀,生成较软的泡沫状碳质层,且引燃时间较长,电缆起火后火势较弱。随着涂层厚度的增加,该涂料对电缆的阻燃和保护效果更为显著,研究结果表明,电缆表面喷涂1.0 mm厚度的防火涂料较为适宜。     

高压开关柜阻燃绝缘件在役老化诱发着火事故的综合分析

高压开关柜长期连续运行在高温高湿环境下,内部的阻燃绝缘件会老化而导致性能劣化,进而引起电弧击穿乃至着火事故。为揭示绝缘件样品老化对其击穿与引燃特性的影响机制,针对已在役运行12年开关柜内老化阻燃固封极柱样品和同配方新样品,开展了微观形貌、热重-差示扫描量热、热重-红外光谱和微量燃烧特性综合分析。结果表明:开关柜内的长期电热应力易使环氧树脂绝缘材料的微观结构产生破坏,内部易产生孔洞和裂纹,导致其绝缘性能下降;开关柜内的高温环境易使绝缘材料内部分子链缓慢断裂,导致老化样品更易受热分解;同时,柜内高温高湿环境既可使其材料内部孔隙吸湿而降低绝缘性能,还易导致磷系阻燃剂吸潮氧化,降低其阻燃性能;最后,与新样品相比,12年老化样品在升温初期的燃烧释热更高,一旦形成击穿电弧,更易着火燃烧。研究结果为高压开关柜因绝缘件老化失效而形成击穿起火事故提供了分析要点,并可作为未来更高性能阻燃绝缘件的优化设计依据。     

高压电力电缆隧道火灾早期预警判据的实验研究

我国城市架空高压电力线路已逐渐下地进入电缆隧道,其中的火灾防控系统是保护整个电力输送安全与稳定的重要一环。搭建了高压电力电缆隧道火灾烟气模拟与测量实验平台,针对电缆受热着火燃烧的典型工况,研究了隧道两端不同开口状态下的顶棚各位置CO浓度、CO2浓度、烟颗粒浓度和温度的变化特征。结果表明,顶棚位置CO浓度和烟颗粒浓度可作为火灾早期预警的优选标志性参数,而CO2浓度和温度较不适合。设定CO浓度和烟颗粒浓度的预警阈值分别为10 ppm和0.05 dB/m,各顶棚位置均可实现报警,各工况下,不同顶棚位置报警时间呈以火源正上方探头为最早报警的V字形分布。此外,电缆隧道两端的开口状态对隧道内CO和烟颗粒运动产生一定影响,进而影响不同预警参数的响应灵敏度,即两端开口时,CO浓度预警模式更早响应,而两端关闭时,烟颗粒浓度预警模式更早响应。研究结果对高压电缆隧道火灾预警系统的设计具有指导作用,也可为未来高压电缆隧道的相关预警标准提供基础。     

泡沫-细水雾雾场特性的试验研究

为了研究泡沫-细水雾与细水雾雾场特性的差异,建立了泡沫-细水雾和细水雾雾场测定系统.利用高速摄像技术、激光器偏光技术、激光粒度分析技术分别对中压工况下的泡沫-细水雾和细水雾雾场参数进行了试验研究.结果表明,雾场形态均保持标准的圆锥状,细水雾和泡沫-细水雾雾场边缘雾化效果较好,雾化效果向中心逐渐变差.系统工作压力对泡沫-细水雾的雾化锥角影响较大,工作压力为1.0 MPa时雾化锥角为51°,工作压力为3.5 MPa时增大到80°.不同压力下细水雾的雾化锥角变化较小,约为80°.泡沫-细水雾锥体中心处的雾流密度与系统工作压力成反比,压力越高,雾场的保护半径越大,雾滴分布越均匀.1.0MPa、1.5 MPa、2.0 MPa、2.5 MPa压力下泡沫-细水雾锥体中心处的雾流密度均大于细水雾锥体中心处的雾流密度.泡沫-细水雾雾滴粒径分布呈现随距喷头垂直距离增大而增大的总体特征,由于泡沫-细水雾雾滴的发泡作用,泡沫-细水雾雾场的雾滴粒径在喷头正下方10～100 cm处均大于细水雾雾场的雾滴粒径.     

多物理场下压力传感器失效分析方法

由于电力场景的复杂应用环境，应用于其中的压力传感器会面临温度，压力以及电场等多物理场的同时作用的考验，进而导致传感器失效。为分析压力传感器的失效机理，本文首先分析压力传感器的工作原理并基于此设计仿真，以获取压力传感器材料的屈服断裂特性；接下来基于有限元法对其进行力热电多物理场仿真分析，获取传感器在-50℃,20℃,40℃,60℃时和200kPa恒压下的输出电压，其中输出电压即代表着传感器灵敏度。仿真结果表明随着温度的升高，压力传感器的输出电压也随之升高，因此温度的变化会影响传感器的灵敏度。     

基于SPICE模型的运算放大器ESD故障机制分析

运算放大器是智能电网中重要的电路元器件，其性能对电网的正常运行具有至关重要的影响。为了提高智能电网的安全性和稳定性，需要对运算放大器在复杂的电磁环境下的可靠性进行验证。本文以UA741模拟集成运算放大器为研究对象，通过分析典型静电放电（ESD）干扰下的电磁效应，研究了基于SPICE模型的MOS的电压和电流特性以及故障机制。通过定位故障MOS，为进一步研究ESD抑制提供了理论依据。本研究结果对于提高智能电网中电路和电力设备的抗干扰能力，保障电网的稳定运行具有重要意义。