一种山火模拟试验的局部电导率测量装置的制作方法

1.本发明涉及电气工程领域，特别是涉及一种山火模拟试验的局部电导率测量装置。


背景技术：

2.受极端天气、烧荒及祭祀等因素影响，林区的架空输电线路走廊附近时常发生大范围山火灾害，极易引发输电线路跳闸停运，给电网的安全运行造成严重威胁。
3.目前，国内外将输电线路山火跳闸机理归结为火焰温度、火焰电导率和灰烬颗粒等因素，研究表明，输电线路在山火条件下发生跳闸是火焰电导率等导致间隙绝缘水平剧烈下降的结果，现有的火焰电导率测量装置未考虑到实际输电线路间隙较长的特点，也无法满足不同地面坡度、不同着火面积等场景下的山火火焰电导率的测量，难以为架空输电线路的运行可靠性提供有效参考。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本发明提供一种山火模拟试验的局部电导率测量装置，既可以实现在不同长间隙条件下测量火焰电导率，又能够满足不同地面坡度和不同着火面积下的山火火焰电导率的测量需求。
5.本发明提供的山火模拟试验的局部电导率测量装置包括：
6.火焰燃烧平台，包括板电极，所述板电极用于通过放置可燃物以模拟植被燃烧时产生的火焰；
7.火焰信息采集模块，用于采集所述火焰燃烧平台中的火焰不同区域的电流信号；
8.计算机，用于接收所述火焰信息采集模块采集的所述电流信号，并根据所述电流信号计算火焰电导率。
9.可选的，所述火焰信息采集模块包括：高压直流电源、金属网状电极组、数据采集卡和采集电阻；
10.所述高压直流电源，用于为所述金属网状电极组提供正极性电压；
11.所述金属网状电极组的上方电极连接所述高压直流电源的正极，下方电极接地；
12.所述采集电阻连接于所述金属网状电极组的上方电极和所述数据采集卡之间。
13.可选的，所述火焰电导率的计算公式为：
[0014][0015]
其中，s表示火焰电导率，u表示所述高压直流电源的电压值，r表示所述采集电阻的电阻值，i表示所述电流信号。
[0016]
可选的，所述金属网状电极组包含两个互相平行放置的金属网状电极。
[0017]
可选的，所述火焰信息采集模块还包括：
[0018]
可移动支架，所述可移动支架包括带轮底座、横向支撑柱和纵向支撑柱；其中
[0019]
所述横向支撑柱的一端可拆卸连接于所述纵向支撑柱上，另一端连接所述金属网状电极组。
[0020]
可选的，所述横向支撑柱包括绝缘棒、竖式支架和两根金属棒，所述绝缘棒一端可拆卸连接于所述纵向支撑柱上，另一端可拆卸连接于所述竖式支架；
[0021]
所述竖式支架另一端分别可拆卸连接所述两根金属棒；
[0022]
所述两根金属棒分别连接所述金属网状电极组的两个金属网状电极。
[0023]
通过采用可移动支架和能够上下移动的金属网状电极组，可灵活测量不同长间隙条件下的火焰电导率。
[0024]
可选的，所述高压直流电源可提供幅值为0
‑
100kv的正极性电压。
[0025]
可选的，所述火焰燃烧平台还包括：均匀设置在所述板电极边缘上的多个压力传感器，用于获取火焰燃烧信息。
[0026]
可选的，所述板电极由中心板电极和若干个扩展板电极拼接而成，所述中心板电极设置有可调节支架，用于调节所述中心板电极与地面间的角度。
[0027]
利用可调节坡度的中心板电极和扩展板电极能够测量不同坡度和着火面积对山火条件下长间隙击穿特性的影响。
[0028]
可选的，所述扩展板电极的内部材料为尼龙板，外包覆薄金属片。
[0029]
本发明提供的山火模拟试验的局部电导率测量装置有益效果在于：
[0030]
本发明通过设置可移动支架和金属网状电极组，能够在多种长间隙条件下测量火焰不同区域的电导率，同时还采用可调节坡度的中心板电极和扩展板电极拼接的方式模拟山火，满足了不同地面坡度和不同着火面积下的模拟山火的火焰电导率的测量需求，为架空输电线路的运行可靠性提供了有效的参考信息。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]
图1是本发明实施例提供的山火模拟试验的局部电导率测量装置系统框图；
[0033]
图2是本发明实施例提供的山火模拟试验的局部电导率测量装置的结构示意图；
[0034]
图3是本发明实施例提供的板电极组装示意图；
[0035]
图4是本发明实施例提供的中心板电极坡度调节示意图。
具体实施方式
[0036]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
[0038]
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而
并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0039]
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0040]
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0041]
在实施例1中，如图1所示，本发明提供一种山火模拟试验的局部电导率测量装置，包括火焰燃烧平台1、火焰信息采集模块2和计算机3。
[0042]
火焰燃烧平台1包括板电极，板电极用于通过放置可燃物以模拟植被燃烧时产生的火焰。
[0043]
火焰信息采集模块2用于采集火焰燃烧平台1中的火焰不同区域的电流信号。
[0044]
计算机3用于接收火焰信息采集模块2采集的电流信号，并根据电流信号计算火焰电导率。
[0045]
结合图2可知，在一个具体实施例中，火焰信息采集模块2包括高压直流电源21、金属网状电极组22、数据采集卡23和采集电阻24。
[0046]
高压直流电源21用于为所述金属网状电极组22提供正极性电压。
[0047]
金属网状电极组22的上方电极通过软导线或硬质裸导线连接高压直流电源21的正极，下方电极使用软质或硬质裸导线接地，形成高压引线，以测量与金属网状电极组22接触的火焰的电导率。
[0048]
采集电阻24连接于金属网状电极组22的上方电极和数据采集卡23之间，优选阻值为100mω、阻值精度1％的采集电阻。
[0049]
数据采集卡23的采样频率至少为100mhz，可用于采集相连接的采集电阻24上的电流信号，并通过光纤输出到计算机3，其中，电流信号也成为泄漏电流。
[0050]
具体地，火焰电导率的计算公式为：
[0051][0052]
其中，s表示火焰电导率，u表示高压直流电源21的电压值，r表示采集电阻24的电阻值，i表示电流信号。
[0053]
在一个具体实施例中，金属网状电极组22包含两个互相平行放置的金属网状电极，通过平行放置的金属网状电极可模拟长间隙场景，以便测量长间隙条件下的火焰电导率。
[0054]
具体地，金属网状电极的材料可选用紫铜，尺寸可选择8
×
8cm2、10
×
10cm2或15
×
15cm2。
[0055]
在一个具体实施例中，火焰信息采集模块2还包括可移动支架25，其包括带轮底座251、横向支撑柱252和纵向支撑柱253。
[0056]
其中，横向支撑柱252的长度课设置为3m，纵向支撑柱253的高度可设置为5m；横向支撑柱252的一端可拆卸连接于纵向支撑柱253上，另一端连接金属网状电极组22。
[0057]
上述横向支撑柱252的一端可通过金属卡扣连接于纵向支撑柱253上，实现火焰信息采集模块2在垂直方向上高度的灵活调整，能够测量不同火焰高度的电导率。
[0058]
纵向支撑柱253的材料可使用不锈钢，由于火焰信息采集模块2内接入的是高压引线，可移动支架25与地线间可使用环氧树脂材料进行绝缘，确保安全性。
[0059]
具体地，带轮底座251可使用4个万向轮进行自由移动，实现火焰信息采集模块2在水平方向上高度的灵活调整，能够测量不同火焰位置的电导率。
[0060]
具体地，横向支撑柱252包括绝缘棒、竖式支架和两根金属棒，绝缘棒一端可拆卸连接于纵向支撑柱253上，另一端可拆卸连接于竖式支架；竖式支架另一端分别可拆卸连接两根金属棒。
[0061]
上述金属棒具体可选用铁棒，铁棒的熔点高，在火中不会弯折，起到良好的支撑作用，其次，铁具有良好的导电性，高压绝缘引线接在铁棒的根部，其绝缘层不会被火烤焦。
[0062]
上述绝缘棒一端可通过金属卡扣连接于纵向支撑柱253上，另一端可通过金属卡扣连接于竖式支架，竖式支架另一端分别可通过金属卡扣连接两根金属棒；两根金属棒分别连接金属网状电极组22的两个金属网状电极，并通过金属卡扣这种可拆卸连接实现两个金属网状电极的上下移动，以便调整电极间的间隙，进而灵活测量不同长间隙条件下的火焰电导率。
[0063]
具体地，可通过调整竖式支架的可拆卸部件，移动两根金属棒的上下间距，进而调整金属网状电极的间距，调整范围可为3
‑
60cm。
[0064]
在一个具体实施例中，高压直流电源21可提供幅值为0到100kv的正极性电压，且容量大于30kva，纹波系数小于等于1％。
[0065]
在一个具体实施例中，火焰燃烧平台1还包括均匀设置在板电极边缘上的多个压力传感器，可用于监测板电极上的可燃物在不同时刻的重量变化情况。
[0066]
结合图3和图4，在一个具体实施例中，板电极由中心板电极10和若干个扩展板电极11拼接而成，中心板电极10设置有可调节支架101，用于调节中心板电极10与地面间的角度。
[0067]
具体地，中心板电极10为铁制，尺寸设置为1.5m*1.5m*5mm；其一边固定，对边为可调节支架101，可调节支架101可将中心板电极10与地面间角度调节至0
°
到45
°
之间。
[0068]
其中，可调节支架包括限位器和调节螺丝，限位器由两个连接件组成，两个连接件活动连接，一个连接件的另一端连接到中心板电极10中部，另一个连接件则连接水平地面；活动连接处设置调节螺丝。
[0069]
设置可调节支架能够根据不同坡度需求调节中心板电极的倾斜角度，进而测量不同坡度的火焰电导率。
[0070]
具体地，扩展板电极11可选用四块同尺寸的电极，每块尺寸设置为3m*1.5m*5mm，其内部材料为尼龙板，外包覆厚度为0.5mm的铁制薄金属板，以满足短时导电需要。
[0071]
扩展板电极11和中心板电极10可根据需求自由拼接为一个整体板电极，本实例中可拼接成为最大面积4.5m*4.5m正方形的板电极。
[0072]
压力传感器用于获取火焰燃烧信息，其优选参数为最大测量范围100kg，测量精度为1％，在本发明的一个实施例中，设置四个压力传感器并均匀分布于板电极的四个角上。
[0073]
上述实施例利用可调节坡度的中心板电极和扩展板电极能够测量不同坡度和着火面积对山火条件下长间隙击穿特性的影响。
[0074]
在实施例2中，当进行山火模拟试验的局部电导率测量时，首先可将长方形木条组
成的木垛用金属丝固定在火焰燃烧平台1的板电极上方，并根据试验需要拼接中心板电极10和扩展板电极11，以形成火焰燃烧区域，同时，调节中心板电极10的可调节支架101的高度，并记录当前时刻各个压力传感器的数据。
[0075]
使用酒精引燃木垛，待火焰燃烧至稳定状态后，记录此时压力传感器的数据。
[0076]
将局部电导率测量装置移至火焰燃烧平台1上燃烧的火焰附近，调节中心板电极10的空间位置，使用高压直流电源21对金属网状电极施加10kv电压，产生电流信号。
[0077]
数据采集卡23将采集电阻24上的电流信号传输至计算机3，计算机将其转换为电导率值，实现对火焰不同区域的电导率的测量。
[0078]
具体地，本发明提供的山火模拟试验的局部电导率测量装置还可用于测量烟雾浓度，为架空输电线路的运行可靠性进一步提供有效的参考信息。
[0079]
烟雾浓度计算公式为：
[0080][0081]
式中，z表示火焰燃烧区域的烟雾浓度，g1表示火焰燃烧前压力传感器测得的木材重量，g2表示火焰燃烧后木材剩余的重量，l表示火焰燃烧区域的体积，α表示植被种类修正系数。
[0082]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。