特高压换流站压缩空气泡沫灭火系统故障诊断装置及方法与流程

1.本发明涉及特高压换流站泡沫灭火技术领域，尤其涉及一种特高压换流站压缩空气泡沫灭火系统故障诊断装置及方法。


背景技术：

2.特高压换流站大型换流变压器电压等级高、储油量大、满载运行时间长，发生爆炸起火事故时突发性强、火灾形式复杂、不确定因素多、灭火难度大，常规灭火系统无法满足需求。基于正压发泡的压缩空气泡沫灭火系统具有灭火效能高、抗复燃和隔热保护性能优异、抗爆炸冲击能力和耐高温能力强等突出优点，可快速有效扑灭极端复杂情况下的特高压换流站大型换流变压器热油火灾，目前已逐渐成为特高压换流站的重要灭火手段。
3.压缩空气泡沫灭火系统涉及气-液-泡沫三元两相精确混合技术，是涉及元素最多、结构最为复杂的灭火系统之一，如何保障其在实际应用中的可靠性是广泛工程推广应用亟待解决的问题。现有技术cn202020401612.2、cn202010568325.5等主要侧重于压缩空气泡沫在特高压换流变压器的布置与应用方式，实现压缩空气泡沫对于关键部位的全覆盖和灭火保护，未考虑实际工程中的运维诊断和可靠性保障问题。由于特高压换流站属于高压带电场所，尤其大型换流变压器的电压高达800kv以上，一旦投入运行，整个高压带电区域禁止喷洒泡沫，否则会影响正常输送电，进而影响电网的安全，实际工程应用中无法在变压器区域喷射泡沫，或者只能通过一个旁通口或消防栓口简单喷射一下，与实际工况释放装置特性相差较大，不能真实检测出泡沫流量或性能。因此，无法通过定期正常启动压缩空气泡沫灭火系统和喷射压缩空气泡沫进行巡检，难以及时发现系统故障问题，存在着很大隐患。再加上正常情况下特高压换流站压缩空气泡沫灭火系统使用频率低，长期不使用容易导致相关部件发生故障，如果运维检修不及时，很容易造成灭火系统失效，存在很大隐患。目前，尚未见有关提高特高压换流站压缩空气泡沫灭火系统及各部件运行可靠性的诊断技术方案。
4.压缩空气泡沫产生装置、阀门、管网及释放装置是影响泡沫性能和决定最终能否灭火的关键部件，一旦出现压缩空气泡沫产生装置无法正常启动运行或泡沫流量和性能达不到预期、分区阀密封不严、管网泄漏、释放装置堵塞或泄漏，都会严重影响压缩空气泡沫喷洒覆盖和最终灭火。同时，考虑到实际工程中压缩空气泡沫管网布置方式不一，存在大量隐蔽工程，不便于人工现场直接检查，也很难发现隐患问题。因此，急需针对压缩空气泡沫产生装置、阀门、管网等关键部件采取科学的自动诊断技术，通过定期诊断及时发现和排除严重影响特高压换流站压缩空气泡沫灭火系统可靠性的故障，以切实保障灭火系统能够在关键时刻发挥作用。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术的不足，本发明提供一种特高压换流站压缩空气泡沫灭火系统故障诊断装置及方法，通过定期运行，自动诊断识别压缩空气泡沫产生装置、阀门、管网及释放
装置等关键部件存在的故障或隐患，及时发出报警提示，能够广泛用于高压带电的大型超/特高压换流站、变电站，保障新型高效压缩空气泡沫灭火系统能够在关键时刻充分发挥作用。
6.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
7.一种特高压换流站压缩空气泡沫灭火系统故障诊断装置，其中特高压换流站压缩空气泡沫灭火系统包括压缩空气泡沫产生装置以及与压缩空气泡沫产生装置连接的泡沫管网，所述泡沫管网覆盖多个变压器区域，并针对每个变压器区域设有一个分区阀，分区阀前连接泡沫管网，分区阀后连接压缩空气泡沫释放装置；所述故障诊断装置包括诊断阀组、泡沫等效测试口、若干压力传感器、若干气流指示报警器、数据采集器；
8.所述诊断阀组包括设置在压缩空气泡沫产生装置的泡沫管道上的诊断阀门a和设置在泡沫管道旁路上的诊断阀门b，所述泡沫等效测试口设置在不带电的安全区域，通过管道与诊断阀门b连通；
9.在泡沫管网每个分区阀前设置一只压力传感器，在每个分区阀后设置一只气流指示报警器，所述压力传感器和气流指示报警器通过信号控制线或者无线方式与所述数据采集器连接；
10.所述压缩空气泡沫产生装置在压缩空气管道上设置压缩空气电控阀，在水和泡沫液的混合液管道上设置混合液电控阀。
11.进一步的，所述泡沫等效测试口为内部设有静态混合器的直通式圆管，所述直通式圆管内径与每个变压器区域同时使用的压缩空气泡沫释放装置的等效直径相等，所述静态混合器用于模拟压缩空气泡沫在长距离管道内的混合和压力损失，实现管道内泡沫混合和压力损失的等效。
12.更进一步的，所述静态混合器长度为从压缩空气泡沫产生装置至最远变压器区域的泡沫管道长度的0.0005～0.005倍。
13.优选的，所述压缩空气泡沫产生装置包括消防水泵、泡沫液罐、泡沫液泵、空压机、气液混合器；所述泡沫液罐的泡沫液受泡沫液泵控制与消防水泵输送的高压水混合进入混合液管道，通过混合液管道进入气液混合器；所述空压机控制压缩空气通过压缩空气管道进入气液混合器；所述气液混合器从泡沫管道输出泡沫。
14.进一步的，所述空压机与压缩空气管道之间还设有缓冲气罐。
15.本发明另一方面还提供了一种特高压换流站压缩空气泡沫灭火系统故障诊断方法，包括：
16.s1、通过使用泡沫等效测试口在安全区域定期模拟实际工况冷喷，对压缩空气泡沫产生装置进行全功能全效诊断；所述泡沫等效测试口采用内部设有静态混合器的直通式圆管，直通式圆管内径与每个变压器区域同时使用的压缩空气泡沫释放装置的等效直径相等，在直通式圆管内使用静态混合器模拟压缩空气泡沫在长距离管道内的混合和压力损失，实现管道内泡沫混合和压力损失的等效；
17.s2、采用压缩空气泡沫产生装置的空压机作为气源，利用压缩空气作为介质，通过监测不同位置压力变化与系统完好时的特征压力变化曲线对比情况以及气体流动情况，对分区阀、泡沫管网及压缩空气泡沫释放装置进行等效自动诊断识别。
18.进一步的，步骤s1的具体测试过程包括：
19.s101、压缩空气泡沫产生装置功能诊断；
20.在压缩空气泡沫产生装置的泡沫管道上设置诊断阀门a，在泡沫管道旁路上设置诊断阀门b，所述泡沫等效测试口设置在不带电的安全区域，通过管道与诊断阀门b连通；
21.关闭诊断阀门a，打开诊断阀门b，启动压缩空气泡沫产生装置，按照实际工况产生压缩空气泡沫，并通过泡沫等效测试口向不带电的安全区域进行喷放，诊断识别压缩空气泡沫产生装置能否正常喷放泡沫，是否存在功能故障；如果否，则发出故障报警信号，提醒检修，如果是，则继续下一步；
22.s102、压缩空气泡沫产生装置性能分析；
23.通过泡沫等效测试口向不带电的安全区域连续稳定喷放泡沫2min，记录泡沫混合液流量、混合比、气液比及压力，参照gb27897的标准方法测试发泡倍数和25％析液时间，与设计参数进行对比，诊断识别压缩空气泡沫产生装置能否达到设计要求。
24.更进一步的，所述静态混合器长度采用从压缩空气泡沫产生装置至最远变压器区域的泡沫管道长度的0.0005～0.005倍。
25.进一步的，步骤s2的具体诊断过程包括：
26.s201、分区阀及分区阀前管网性能诊断；
27.在所述压缩空气泡沫产生装置的压缩空气管道上设置压缩空气电控阀，在所述压缩空气泡沫产生装置的水和泡沫液的混合液管道上设置混合液电控阀；在泡沫管网每个分区阀前设置一只压力传感器，在每个分区阀后设置一只气流指示报警器，所述压力传感器和气流指示报警器通过信号控制线或者无线方式与所述数据采集器连接；
28.关闭混合液电控阀，打开压缩空气电控阀，关闭所有分区阀，启动空压机为泡沫管网打压，当分区阀前的压力传感器达到特征压力后关停空压机，保压若干分钟，实时监测各气流指示报警器，检测是否有分区阀泄漏或密封不严，如果有气流指示报警器报警，则报警提醒检修；实时采集记录各分区阀前管网的压力变化曲线，如果该压力变化曲线与系统完好情况下测得的压力特征曲线不一致，并且最终管网压力比特征压力低0.2mpa以上时，则发出管网泄漏报警信号，提醒检修；如果该压力变化曲线与系统完好情况下测得的压力特征曲线一致，并且最终管网压力比特征压力值低不超过0.2mpa时，则排空管网气体，继续下一步诊断；
29.s202、泡沫释放装置及分区阀后管网性能诊断；
30.开启某个分区的分区阀，启动空压机，待该分区阀阀前管网压力稳定后，继续稳定供气1min，实时采集该分区阀前管网压力变化曲线，如果该压力变化曲线与系统完好情况下测得的压力特征曲线不一致，则发出泡沫释放装置及分区阀后管网故障报警信号，提醒检修；如果该压力变化曲线与系统完好情况下测得的压力特征曲线一致，则关闭该分区阀，继续下一个分区阀的诊断。
31.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
32.(1)本发明通过在压缩空气泡沫产生装置泡沫出口设置专门的诊断阀组和等效测试口，并在指定安全区域定期开展冷喷试验，对泡沫产生装置进行全功能全效诊断，及时发现存在的隐患，显著提升灭火系统可靠性，破解了高压带电场所无法喷洒泡沫进行运维检修的问题；
33.(2)本发明根据压缩空气泡沫灭火系统的构成与特点，利用纯压缩空气作为介质，
通过关闭所有分区阀，监测和对比分析分区阀前管网压力与系统完好情况下的特征压力变化，并结合每个分区阀后的气流指示报警器状态，自动诊断识别分区阀及阀前管网的密封性和泄漏隐患，安全可靠，效率高，成本低，适用于高压带电场所，无需等到停电状态下运行检修；
34.(3)本发明利用纯压缩空气作为介质，通过分别独自开启每个分区阀，监测和对比分析每个分区阀前管网压力与系统完好情况下的特征压力变化，自动诊断识别释放装置及阀后管网的堵塞或泄漏隐患，同时还对释放装置进行了空气吹扫和维护，及时清除灰尘、鸟虫等，安全可靠，操作性简单，成本低，尤其适用于高压带电场所的压缩空气泡沫释放装置的运维检查；
35.(4)本发明利用压缩空气优异的绝缘性能，以压缩空气作为介质，通过采用专门的诊断阀组、等效测试口、压力传感器、气流指示报警器、数据采集器以及压缩空气泡沫灭火系统原有的空压机，实现了压缩空气泡沫产生装置、阀门、管网及释放装置等关键部件故障隐患的全功能全效自动诊断识别，具有可操作性强、效率高、成本低、安全可靠的突出特点，破解了特高压换流站压缩空气泡沫灭火系统运维、检修与可靠性保障难题，广泛适用于高压带电的大型超/特高压换流站、变电站场所。
附图说明
36.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
37.图1是本发明实施例所述的特高压换流站压缩空气泡沫灭火系统故障诊断装置结构示意图；
38.图2是本发明实施例所述的泡沫等效测试口的结构示意图；
39.图3是本发明实施例所述压缩空气泡沫产生装置的结构示意图；
40.图4是本发明实施例的特高压换流站压缩空气泡沫灭火系统故障诊断方法流程图；
41.图5是本发明实施例中所述压力特征曲线a的曲线图；
42.图6是本发明实施例中所述压力特征曲线b的曲线图。
43.其中：
44.1、压缩空气泡沫产生装置，1-1、消防水泵，1-2、泡沫液罐，1-3、泡沫液阀门，
45.1-4、泡沫液泵，1-5、泡沫液单向阀，1-6、流量计，1-7、混合液电控阀，
46.1-8、混合液管道，1-9、气液混合器，1-10、空压机，1-11、缓冲气罐，
47.1-12、压缩空气电控阀，1-13、压缩空气单向阀，2、泡沫管道，3、诊断阀门a，
48.4、诊断阀门b，5、泡沫等效测试口，6、压力传感器，7、分区阀，
49.8、气流指示报警器，9、压缩空气泡沫释放装置，10、变压器区域，
50.11、安全区域，12、数据采集器；13、直通式圆管；14、静态混合器。
具体实施方式
51.为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
52.本发明提出的故障诊断装置，应用在特高压换流站压缩空气泡沫灭火系统上，所述特高压换流站压缩空气泡沫灭火系统如图1所示，包括压缩空气泡沫产生装置1，所述压缩空气泡沫产生装置1通过泡沫管道2连接泡沫管网，所述泡沫管网覆盖多个变压器区域10，并针对每个变压器区域10设有一个分区阀7，分区阀7前连接泡沫管网，分区阀7后连接压缩空气泡沫释放装置9。
53.其中压缩空气泡沫产生装置1可以使用常规的压缩空气泡沫产生装置，无论哪种结构的压缩空气泡沫产生装置1都会有空压机和压缩空气管道，本发明在故障诊断测试时巧妙的使用压缩空气泡沫产生装置1的空压机产生的压缩空气作为介质对分区阀7、泡沫管网及压缩空气泡沫释放装置9进行等效自动诊断识别。本实施例中压缩空气泡沫产生装置1优选设置为如图3所示的结构，包括消防水泵1-1、泡沫液罐1-2、泡沫液泵1-4、空压机1-10、缓冲气罐1-11，气液混合器1-9；所述泡沫液罐1-2通过泡沫液阀门1-3连接至泡沫液泵1-4，泡沫液泵1-4控制泡沫液通过设有泡沫液单向阀1-5的泡沫液管道，与消防水泵1-1输送的高压水混合进入设有流量计1-6的混合液管道1-8，通过混合液管道1-8进入气液混合器1-9；所述空压机1-10控制压缩空气通过缓冲气罐1-11进入设有压缩空气单向阀1-13的压缩空气管道，并通过压缩空气管道进入气液混合器1-9；所述气液混合器1-9连接泡沫管道2，输出泡沫。
54.本实施例中，所述故障诊断装置如图1所示包括诊断阀组、泡沫等效测试口5、若干压力传感器6、若干气流指示器8、数据采集器12，所述诊断阀组包括设置在泡沫管道2上的诊断阀门a3和设置在泡沫管道2旁路上的诊断阀门b4，所述泡沫等效测试口5设置在不带电的安全区域11，通过管道与诊断阀门b4连通，在每个分区阀7前设置一只压力传感器6，在每个分区阀7后设置一只气流指示报警器8，所述压力传感器6和气流指示报警器8通过信号控制线或者无线方式与数据采集器12连接，所述数据采集器12实时采集记录各压力传感器6和气流指示报警器8的信号，诊断分析各位置的压力变化及气体流动情况，通过与系统完好情况下的数据比对，识别分区阀、管网及压缩空气泡沫释放装置是否存在故障；
55.本实施例中，所述故障诊断装置还包括了在所述压缩空气泡沫产生装置1的压缩空气管道上设置压缩空气电控阀1-12，在所述压缩空气泡沫产生装置1的水和泡沫液的混合液管道1-8上设置混合液电控阀1-7；具体位置如图3所示；若采用的压缩空气泡沫产生装置1已经存在压缩空气电控阀1-12和混合液电控阀1-7，则可直接使用，无需另行设置。
56.所述诊断阀门采用zdr型不锈钢电控球阀，工作压力不低于1.3mpa。
57.本实施例中采用了泡沫等效测试口5，而不是普通灭火系统常规预留的测试口或消火栓口，常规预留的测试口或消火栓口只能观察是否能够产生出泡沫，但并不能真正进行等效测试，而泡沫等效测试口5则可以等效模拟实际工况冷喷和反应出泡沫释放装置喷出的真实泡沫性能。本实施例中的泡沫等效测试口5如图2所示，采用直通式圆管13，直通式圆管13内部设有静态混合器14，所述直通式圆管13内径与每个变压器区域10同时使用的压缩空气泡沫释放装置9的等效直径相等，以保证泡沫性能与实际工况一致，所述静态混合器14可以采用sl型或sk静态混合器，静态混合器长度为自压缩空气泡沫产生装置至最远变压器区域的泡沫管道长度的0.0005～0.005倍，用于模拟压缩空气泡沫在长距离管道内的进一步混合和压力损失，实现管道内泡沫混合和压力损失的等效。例如，当压缩空气泡沫释放装置9采用压缩空气泡沫喷淋管时，泡沫等效测试口5内径(即直通式圆管13内径)应与其中
一个变压器区域10所有喷淋管泡沫出口的等效直径相同；当压缩空气泡沫释放装置9采用两台压缩空气泡沫炮时，泡沫等效测试口5内径(即直通式圆管13内径)应与两台泡沫炮出口的等效直径相同；自压缩空气泡沫产生装置1至最远变压器区域10的泡沫管道长度为300m时，泡沫等效测试口内设置sl型静态混合器，静态混合器长度为0.15～1.5m，最优长度为0.2m。
58.本实施例中，所述诊断阀门a3和诊断阀门b4采用zdr型不锈钢电控球阀，工作压力不低于1.3mpa。所述压力传感器6采用tds型不锈钢压力传感器，工作压力范围0-1.6mpa，输出4-20ma信号，通过信号线缆或者无线方式与数据采集器12连接。所述气流指示报警器8采用sjzt型法兰式全叶片气体指示报警器，能够监测到少量气体流动，及时发出报警。所述数据采集器12采用dp100型多通道数据采集器，可以通过现场进行比对分析，或者通过预置系统完好情况下的压力数据再自动进行对比分析。
59.通过上述故障诊断装置的具体结构，本发明实施例的特高压换流站压缩空气泡沫灭火系统故障诊断方法如图4所示，包括以下步骤：
60.(1)压缩空气泡沫产生装置功能诊断：关闭诊断阀组的诊断阀门a3，打开诊断阀组的诊断阀门b4，启动压缩空气泡沫产生装置1，按照实际工况产生压缩空气泡沫，并通过泡沫等效测试口5向不带电的安全区域进行喷放，诊断识别压缩空气泡沫产生装置1能否正常喷放泡沫，是否存在功能故障。如果否，则向远端发出故障报警信号，提醒检修，巡检结束；如果是，则继续下一步巡检；
61.(2)压缩空气泡沫产生装置性能分析：通过泡沫等效测试口5向不带电的安全区域连续稳定喷放泡沫2min，记录泡沫混合液流量、混合比、气液比及压力，参照gb27897的标准方法测试发泡倍数和25％析液时间，与设计参数进行对比，诊断识别压缩空气泡沫产生装置1能否达到设计要求，完成后清洗压缩空气泡沫产生装置1，使之处于待用状态。如果否，则发出故障报警信号，提醒检修，巡检结束；如果是，则继续下一步巡检；
62.(3)分区阀及分区阀前管网性能诊断：关闭压缩空气泡沫产生装置1的混合液电控阀1-7，打开压缩空气泡沫产生装置1的压缩空气电控阀1-12和诊断阀组的诊断阀门a3，关闭诊断阀组的诊断阀门b4和所有分区阀7，启动空压机1-10为泡沫管网打压，当分区阀7前压力传感器6达到特征压力后关停空压机1-10，保压若干分钟，本实施例中优选为10min，实时监测各气流指示报警器8，识别是否有分区阀泄漏或密封不严，如果有气流指示报警器8报警，则发出分区阀故障报警信号，提醒检修；实时采集记录各分区选择阀前管网压力变化曲线，如果该压力变化曲线与如图5所示的压力特征曲线a(系统完好情况下测得的压力变化曲线)不一致，并且最终管网压力比特征压力值低0.2mpa以上时，则发出管网泄漏报警信号，提醒检修；如果该压力变化曲线与系统完好情况下测得的压力特征曲线a一致，并且最终管网压力比特征压力值低不超过0.2mpa时，则排空管网气体，继续下一步巡检；
63.(4)泡沫释放装置及分区阀后管网性能诊断：开启第一号变压器对应的分区阀7，启动空压机1-10，待第一号变压器对应的分区阀7阀前管网压力稳定后，继续稳定供气1min，实时采集该分区阀前管网压力变化曲线，如果该压力变化曲线与如图6所示的压力特征曲线b(系统完好情况下测得的压力变化曲线)不一致，则发出第一号变压器泡沫释放装置及分区阀后管网故障报警信号，提醒检修；如果该压力变化曲线与压力特征曲线b一致，则排空管网气体，继续下一步巡检。按照以上步骤依次诊断剩余其他所有变压器对应的泡
沫释放装置及分区阀后管网性能。
64.(5)全部诊断完成后，清洗压缩空气泡沫产生装置1，使之处于待用状态；排空管网气体，使诊断阀组的诊断阀门a3处于常开状态，诊断阀门b4处于常闭状态，所有分区阀7处于常闭状态；发出诊断完成信号。
65.综上所述，本发明的工作原理为：首先采用诊断阀组、泡沫等效测试口5，通过在指定安全区域定期开展模拟实际工况冷喷试验，对压缩空气泡沫产生装置进行全功能全效诊断；其次采用灭火系统的空气压缩机作为气源，利用绝缘性能良好的纯压缩空气作为介质，通过监测不同位置压力变化与系统完好时的特征压力变化曲线对比情况以及气体流动情况，对分区阀、管网及释放装置进行等效自动诊断识别，及时发现灭火系统关键部件存在的故障和隐患，提示运维人员维修保养。
66.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。