CN113750406A - 一种针对真型变压器火灾的灭火模拟装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种针对真型变压器火灾的灭火模拟装置及方法，包括：双灭火***、灭火管路和控制模块；所述双灭火***包括细水雾灭火***和泡沫灭火***；所述细水雾灭火***和泡沫灭火***均通过管路切换开关连接灭火管路，所述灭火管路的一端设有灭火喷头，所述灭火喷头设置在真型变压器的四周且朝向真型变压器设置；所述控制模块根据获取的真型变压器的火灾图像和温度数据，在发生明火的区域通过管路切换开关控制启动泡沫灭火***工作；且在明火消失后，通过管路切换开关切换至细水雾灭火***进行降温。采用细水雾灭火***和泡沫灭火***的双***耦合的灭火方式，且采用一套灭火管路，减少灭火管路的繁琐性。

Description

一种针对真型变压器火灾的灭火模拟装置及方法
技术领域
本发明涉及电力***消防火灾技术领域，特别是涉及一种针对真型变压器火灾的灭火模拟装置及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
大型变压器一般为油浸式电力变压器，其内部充有几十吨甚至上百吨的绝缘油(变压器油)。变压器一旦发生故障，将导致整个区域内的电力网瘫痪。尽管变压器发生火灾的概率较低，但一旦因某种原因起火，会影响到电网的安全稳定运行。随着电网输变电设备电压等级和容量的快速增长，现有灭火技术及***装备的优劣和可靠性均需要通过灭火试验来验证。开展真型变压器火灾模拟试验，可以为变压器灭火***的设计、选型和电站建设、后期维护等提供科学依据及指导作用，具有重大的实践意义。
目前已有的变压器火在模拟多借助于缩尺度实验平台，如中国专利CN10882505A提供的真型变压器火灾试验模拟平台至少存在以下缺陷：整体的结构复杂且电火实验较为粗糙，无法精细化的火灾事故模拟试验，且该***未提供行之有效的灭火组合方案；另外，灭火***复杂，管路较多，成本较高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种针对真型变压器火灾的灭火模拟装置及方法，采用细水雾灭火***和泡沫灭火***的双***耦合的灭火方式，且细水雾灭火***和泡沫灭火***采用一套灭火管路，减少灭火管路的繁琐性，可对变压器火灾下的灭火方式进行精细化模拟。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种针对真型变压器火灾的灭火模拟装置，包括：双灭火***、灭火管路和控制模块；
所述双灭火***包括细水雾灭火***和泡沫灭火***；所述细水雾灭火***和泡沫灭火***均通过管路切换开关连接灭火管路，所述灭火管路的一端设有灭火喷头，所述灭火喷头设置在真型变压器的四周且朝向真型变压器设置；
所述控制模块根据获取的真型变压器的火灾图像和温度数据判断明火区域，在明火区域通过管路切换开关控制启动泡沫灭火***工作；且在判断明火消失后，通过管路切换开关切换至细水雾灭火***进行降温。
作为可选择的实施方式，所述灭火喷头采用上层、中层和下层的多层布置，每层灭火喷头分别独立启动；其中，上层用于对真型变压器油枕处的油雾火的灭火；中层用于对喷射火和流淌火的灭火；下层用于对真型变压器油槽处的油槽火的灭火。
作为可选择的实施方式，在所述控制模块中，根据获取的真型变压器的火灾图像和温度数据判断明火区域的过程中包括，根据温度数据对基于红外热成像得到的火灾图像进行修正，根据修正后的火灾图像判断明火区域。
作为可选择的实施方式，所述细水雾灭火***包括细水雾灭火***泵组和细水雾灭火***储罐；所述细水雾灭火***泵组与细水雾灭火***储罐连接，细水雾灭火***储罐与管路切换开关连接。
作为可选择的实施方式，所述泡沫灭火***包括泡沫灭火***泵组、泡沫灭火***供气装置、泡沫灭火***储罐和气泡发生器；所述泡沫灭火***泵组和泡沫灭火***供气装置均连接至泡沫灭火***储罐，泡沫灭火***储罐与气泡发生器连接，气泡发生器与管路切换开关连接。
作为可选择的实施方式，所述细水雾灭火***和泡沫灭火***采用一套灭火管路。
作为可选择的实施方式，在真型变压器四周设有防火墙，在真型变压器处设有储油池，所述灭火喷头设置在防火墙范围内，且对准储油池。
作为可选择的实施方式，在真型变压器四周不同位置设置温度传感器和热流传感器，用于检测火灾过程中及灭火过程中的动态温度。
作为可选择的实施方式，所述灭火模拟装置还包括红外摄像机，所述红外摄像机用于获取火灾图像，以识别火焰形态变化。
作为可选择的实施方式，在发生明火的区域内，泡沫灭火***工作时，未发生火灾的区域灭火***不工作。
第二方面，本发明提供一种利用第一方面所述的针对真型变压器火灾的灭火模拟装置的灭火模拟方法，包括：
在模拟火灾发生后，获取真型变压器的火灾图像和温度数据；
根据真型变压器的火灾图像和温度数据，判断发生明火的区域，在发生明火的区域通过管路切换开关控制启动泡沫灭火***工作；
判断明火消失后，通过管路切换开关切换至细水雾灭火***进行降温。
作为可选择的实施方式，模拟火灾发生的过程包括：在真型变压器主体上的高压套管、真型变压器主体上的油枕和集油坑内的油槽处设置点火点，以模拟流淌火、喷射火、油雾火和油槽火的火灾。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的针对真型变压器火灾的灭火模拟装置中，采用高压细水雾灭火***和压缩空气泡沫灭火***的双***耦合的灭火方式，且高压细水雾灭火***和压缩空气泡沫灭火***采用一套灭火管路，减少灭火***管路的繁琐性，提升经济性。
本发明的针对真型变压器火灾的灭火模拟装置及方法中，首先基于红外图像数据、温度传感器和热流传感器的火灾红外图像和温度数据对火灾过程进行综合评估，即根据判断得到的明火区域结果，启动火灾区域内的压缩空气泡沫灭火***进行明火扑灭；待明火消失后通过远程开关关闭压缩空气泡沫灭火***，自动切换到高压细水雾灭火***对真型变压器进行冷却降温；且当火灾区域内的压缩空气泡沫灭火***进行工作时，未发生火灾的区域灭火***不工作。
本发明的针对真型变压器火灾的灭火模拟装置及方法中，针对油雾火、喷射火、流淌火和油槽火等不同形式的火灾进行灭火，将灭火喷头采用上中下三层的多层布置，上层负责真型变压器顶部油枕处的油雾火灭火；中层负责真型变压器本体的保护，用于对喷射火和流淌火的灭火；下层负责真型变压器油槽处发生油泄漏后的油槽火的灭火；三层灭火喷头可以分别独立启动，充分考虑变压器不同部位的火灾，且针对不同的火灾发挥作用。
本发明的针对真型变压器火灾的灭火模拟装置及方法中，灭火模拟装置针对真型变压器的火灾模拟进行，目前针对真型变压器，尤其针对大型变压器，虽然开展了一系列的火灾模拟灭火试验研究，但多种形式的立体火灾的模拟及灭火试验难以真实再现。所以本发明在进行火灾模拟时，实现多种形式的立体火灾模拟，通过在真型变压器主体上的高压套管、真型变压器主体上的油枕和集油坑内的油槽等点火点，实现点火形式如流淌火、油槽火、油雾火和喷射火等多种形式火灾的模拟，也克服现有变压器灭火试验中的单一着火点形式的问题。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书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。
图1为本发明实施例1提供的真型变压器立体火灾模拟装置；
图2为本发明实施例1提供的针对真型变压器火灾的灭火模拟装置；
图3为本发明实施例1提供的灭火喷头设计示意图；
其中，1、泡沫灭火***泵组；2、细水雾灭火***泵组；3、细水雾灭火***储罐；4、泡沫灭火***供气装置；5、泡沫灭火***储罐；6、气泡发生器；7、管路切换开关；8、储油池；9、灭火管路；10、灭火喷头；11、变压器油罐；12、真型变压器；13、防火墙；14、废液处理池。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
本实施例提供一种针对真型变压器火灾的灭火模拟装置，包括：双灭火***、灭火管路和控制模块；
所述双灭火***包括细水雾灭火***和泡沫灭火***；所述细水雾灭火***和泡沫灭火***均通过管路切换开关连接灭火管路，所述灭火管路的一端设有灭火喷头，所述灭火喷头设置在真型变压器的四周且朝向真型变压器设置；
所述控制模块根据获取的真型变压器的火灾图像和温度数据判断明火区域，在明火区域通过管路切换开关控制启动泡沫灭火***工作；且在判断明火消失后，通过管路切换开关切换至细水雾灭火***进行降温。
在本实施例中，所述灭火模拟装置针对真型变压器的火灾模拟进行的，目前针对真型变压器，尤其针对大型变压器，虽然开展了一系列的火灾模拟灭火试验研究，但多种形式的立体火灾的模拟及灭火试验难以真实再现。所以本实施例在进行火灾模拟时，实现多种形式的立体火灾模拟，进行不同因素下导致的真型变压器火灾的精细化模拟，如真型变压器四周的流淌火、油槽火、变压器油枕的喷溅火和变压器套管火，并且能够模拟不同环境风速下的变压器火灾场景，且每种形式的火灾都是根据真型变压器的尺寸进行设计，可以真实模拟变压器发生火灾时的真实情景。
如图1所示为真型变压器立体火灾模拟装置，点火位置设于真型变压器主体上的高压套管、真型变压器主体上的油枕、集油坑内的油槽等部位，着火形式包括流淌火、油槽火、油雾火、喷射火等；
比如，在油枕与高压套管间设有点火点，其点火点用于模拟油雾火的点火；在油枕处设置的点火点用于模拟流淌火及变压器油的爆漏火，同时还可以通过调节油枕控制阀向主油箱外表面喷油以形成溢油火灾；在油槽处设置的点火点用于模拟油池火的点火。
下述示例性的给出几种火灾的模拟过程：
模拟真型变压器发生流淌火时：在真型变压器油枕处模拟流淌火及变压器油的爆漏火灾点火点；
油枕起到调节变压器油的作用，通过调节油枕上的手动控制阀向主油箱外表面喷油形成溢油火灾，在点火试验前调节变压器油流量和流速，保证喷油量及流速，速率不小于20-40L/min。
在高压套管基座1/3高度处设置一个20cm深油盘，内部加入10cm深变压器油，底部设置电加热方式进行变压器油加热，同时布置温度传感器测量变压器油实时温度；当油温超过90度时，采用燃气明火喷射近距离点燃油盘火，预燃30秒后，通过油盘底部泵入热油至油盘溢流口，顺变压器顶部形成流淌火直接流入事故油池；其中供油量(计算出最少供油量)要保证火焰完全熄灭后停止泵油，谨防倒吸。
模拟变压器发生全尺度火灾时：根据变压器火灾特点，变压器喷雾灭火***设置的变压器火灾模型采用220kV废旧变压器一台，外型尺寸约为4500mm(长)×3000mm(宽)×4700mm(高)，采用长×宽×高为500mm(长)×400mm(宽)×300mm(高)的试验油盘作火源点，设置外部火源点15处，分别布置在变压器油枕处2只、变压器顶部5只，变压器器身及散热器下8只，模拟变压器外部流淌、隐蔽和多点等多种类型火灾进行灭火；
表面流淌火、多点火设于变压器顶部，采用油盘火进行模拟，油盘总面积为1.2m2；爆漏火位于油枕部位，采用油雾火进行模拟，油雾喷嘴的喷雾角度为120°～125°，喷嘴前油压为0.8MPa，流量为0.16kg/s，水平方向喷射；隐蔽火位于变压器底部(处在散热片遮挡下)，采用油盘火进行模拟，油盘总面积为8.8m2；试验燃油采用10#克拉玛依变压器油(油雾火采用柴油)。
采用电加热设施对油盘变压器油进行预热，加热至变压器工作温度，再加入火焰枪等辅热设施将油温加热至燃点附近，每个小油盆加热历时约为40min，排油注氮油箱加热时间约为2.5h，之后在油箱内加入少许汽油，由人工远程电子引燃，点火顺序为油枕油盘、变压器器身油箱、变压器顶部油盘、变压器周围下部地面油盘，油火预燃180s后，开始试验。
在本实施例中，为获取真型变压器火灾时的数据，在真型变压器器身周围不同位置设置温度传感器和热流传感器，用于检测火灾过程中及灭火过程中的动态温度；同时根据试验要求采用动态图像传感器(CCD)或摄像机或红外摄像机获取火灾图像，以识别火焰形态变化。
在本实施例中，如图2所示，采用高压细水雾灭火***和压缩空气泡沫灭火***的双灭火***耦合方式进行灭火试验。
所述细水雾灭火***包括细水雾灭火***泵组2、细水雾灭火***储罐3；所述细水雾灭火***泵组2与细水雾灭火***储罐3连接，细水雾灭火***储罐3与管路切换开关7连接。
所述泡沫灭火***包括泡沫灭火***泵组1、泡沫灭火***供气装置4、泡沫灭火***储罐5、气泡发生器6；所述泡沫灭火***泵组1和泡沫灭火***供气装置4均连接至泡沫灭火***储罐5，泡沫灭火***储罐5与气泡发生器6连接，气泡发生器6与管路切换开关7连接。
所述气泡发生器优先采用CAF曝气机、微气泡发生器、微纳气泡发生器等，本领域技术人员可根据实际需求选择气泡发生器的具体型号，在此不做限定。
在本实施例中，灭火管路9一端连接管路切换开关7，另一端连接至灭火喷头10。
本实施例中高压细水雾***和压缩空气泡沫灭火***采用一套灭火管路，减少了灭火***管路的繁琐性，提升经济型。
在本实施例中，灭火喷头10设置在真型变压器12的四周且朝向真型变压器12设置；在真型变压器12四周设有防火墙，在真型变压器12处设有储油池，灭火喷头10设置在防火墙范围内，即灭火喷头10的喷射范围处于防火墙范围内，且对准储油池。
如图3所示，本实施例的灭火喷头采用上中下三层的多层布置，其中，上层负责变压器顶部的油枕火灭火；中层负责变压器本体的保护，用于扑灭喷射火和流淌火；下层负责变压器油泄漏后的油槽火。
本实施例的喷头设计方案根据已开展试验，三层灭火喷头可以分别独立启动，充分考虑了变压器不同部位的火灾，针对不同的火灾发挥作用。
可以理解的，真型变压器12还配置有变压器油罐11、废液处理池14等，本领域技术人员可根据实际需求增设，在此不再赘述。
在本实施例中，获取红外摄像机、温度传感器、热流传感器采集的火灾红外图像、温度数据；
优选地，根据火灾红外图像判断明火区域，根据温度数据是对红外热成像的火灾红外图像进行修正；由于正常红外热成像仪在拍摄过程中需要进行辐射系数的校准，温度数据的测量可以辅助红外热成像仪的数据校准，校准后对于是否有明火的判断将更加准确。
所述控制模块根据火灾红外图像、温度数据对火灾过程进行综合评估，在发生明火的区域，通过管路切换开关控制启动泡沫灭火***进行明火的扑灭工作；
值得注意的是，当火灾区域内的压缩空气泡沫灭火***进行工作时，未发生火灾的区域灭火***不工作。
根据实时获取的火灾红外图像、温度数据，控制模块检测到明火消失后，通过管路切换开关的切换，关闭压缩空气泡沫灭火***，切换至细水雾灭火***进行冷却降温。
本实施例可开展不同起火机理下的火灾模拟实验，涵盖了目前所有变压器的火灾场景，模拟任何变压器火灾场景；同时针对不同形式的变压器火灾提供精准化的灭火***方案，且不同灭火***采用同一套灭火管路，为实际应用提供了经济型方案。
本实施例的针对真型变压器立体火灾的灭火模拟实验平台可真实再现变压器立体火灾，真实模拟变压器火灾的实际情况，克服现有变压器或在试验中的单一着火点的形式，可用于不同形式的灭火***的灭火性能试验，并解决利用同一套管路实现真型变压器火灾的阶段性灭火方案。
在更多实施例中，利用上述的针对真型变压器火灾的灭火模拟装置，提供一种灭火模拟方法，包括：
在模拟火灾发生后，获取真型变压器的火灾图像和温度数据；
根据真型变压器的火灾图像和温度数据，判断发生明火的区域，在发生明火的区域通过管路切换开关控制启动泡沫灭火***工作；
判断明火消失后，通过管路切换开关切换至细水雾灭火***进行降温。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种针对真型变压器火灾的灭火模拟装置，其特征在于，包括：双灭火***、灭火管路和控制模块；
所述双灭火***包括细水雾灭火***和泡沫灭火***；所述细水雾灭火***和泡沫灭火***均通过管路切换开关连接灭火管路，所述灭火管路的一端设有灭火喷头，所述灭火喷头设置在真型变压器的四周且朝向真型变压器设置；
所述控制模块根据获取的真型变压器的火灾图像和温度数据判断明火区域，在明火区域通过管路切换开关控制启动泡沫灭火***工作；且在判断明火消失后，通过管路切换开关切换至细水雾灭火***进行降温。
2.如权利要求1所述的一种针对真型变压器火灾的灭火模拟装置，其特征在于，所述灭火喷头采用上层、中层和下层的多层布置，每层灭火喷头分别独立启动；其中，上层用于对真型变压器油枕处的油雾火的灭火；中层用于对喷射火和流淌火的灭火；下层用于对真型变压器油槽处的油槽火的灭火。
3.如权利要求1所述的一种针对真型变压器火灾的灭火模拟装置，其特征在于，在所述控制模块中，根据获取的真型变压器的火灾图像和温度数据判断明火区域的过程中包括，根据温度数据对基于红外热成像得到的火灾图像进行修正，根据修正后的火灾图像判断明火区域。
4.如权利要求1所述的一种针对真型变压器火灾的灭火模拟装置，其特征在于，所述细水雾灭火***包括细水雾灭火***泵组和细水雾灭火***储罐；所述细水雾灭火***泵组与细水雾灭火***储罐连接，细水雾灭火***储罐与管路切换开关连接；
所述泡沫灭火***包括泡沫灭火***泵组、泡沫灭火***供气装置、泡沫灭火***储罐和气泡发生器；所述泡沫灭火***泵组和泡沫灭火***供气装置均连接至泡沫灭火***储罐，泡沫灭火***储罐与气泡发生器连接，气泡发生器与管路切换开关连接。
5.如权利要求1所述的一种针对真型变压器火灾的灭火模拟装置，其特征在于，所述细水雾灭火***和泡沫灭火***采用一套灭火管路。
6.如权利要求1所述的一种针对真型变压器火灾的灭火模拟装置，其特征在于，在真型变压器四周设有防火墙，在真型变压器处设有储油池，所述灭火喷头设置在防火墙范围内，且对准储油池。
7.如权利要求1所述的一种针对真型变压器火灾的灭火模拟装置，其特征在于，在真型变压器四周不同位置设置温度传感器和热流传感器，用于检测火灾过程中及灭火过程中的动态温度。
8.如权利要求1所述的一种针对真型变压器火灾的灭火模拟装置，其特征在于，所述灭火模拟装置还包括红外摄像机，所述红外摄像机用于获取火灾图像。
9.一种利用权利要求1-8任一项所述的针对真型变压器火灾的灭火模拟装置的灭火模拟方法，其特征在于，包括：
在模拟火灾发生后，获取真型变压器的火灾图像和温度数据；
根据真型变压器的火灾图像和温度数据，判断发生明火的区域，在发生明火的区域通过管路切换开关控制启动泡沫灭火***工作；
判断明火消失后，通过管路切换开关切换至细水雾灭火***进行降温。
10.如权利要求9所述的灭火模拟方法，其特征在于，模拟火灾发生的过程包括：在真型变压器主体上的高压套管、真型变压器主体上的油枕和集油坑内的油槽处设置点火点，以模拟流淌火、喷射火、油雾火和油槽火的火灾。
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