本發(fā)明涉及火災(zāi)安全，特別涉及一種線路故障引燃植被模擬試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

1、電力線路是能源生命線之一。我國(guó)中壓架空配電線路中，僅10?kv線路便超過(guò)400萬(wàn)公里，中相當(dāng)一部分穿越森林草原。在大風(fēng)等極端天氣條件下，配電線路可能發(fā)生單相觸樹、斷線墜地等“單相接地”故障和植被橋接相線等“相間短路”故障。由于我國(guó)配電線路廣泛采用中性點(diǎn)不接地或小電流接地方式，發(fā)生上述“高阻樹線故障”時(shí)，線路可帶故障運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)2個(gè)小時(shí)。故障電流或電弧能夠持續(xù)加熱森林植被樣品，易引發(fā)森林草原火災(zāi)。

2、為防控此類火災(zāi)，研究人員嘗試通過(guò)模擬試驗(yàn)研究線路故障引燃植被的特性與機(jī)理。一方面，他們通過(guò)在室外布設(shè)變壓器和真實(shí)電力線路，開展真實(shí)植被與線路發(fā)生故障并被引燃的試驗(yàn)研究；另一方面，通過(guò)在室內(nèi)布設(shè)變壓器，在有限長(zhǎng)度植被樣品上施加電壓，研究線路故障引燃植被的過(guò)程與臨界條件。上述試驗(yàn)裝置僅能模擬固定電壓作用下植被的引燃特性。但實(shí)際電力線路發(fā)生“高阻樹線故障”時(shí)，因線路長(zhǎng)度、容量、狀態(tài)以及植被情況、故障形式等差異，線路故障的電壓、電流大小、持續(xù)時(shí)間以及故障能量等均有所不同。

3、因此，亟需研發(fā)一種故障電壓大小、電流強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間可控的線路故障引燃植被模擬試驗(yàn)裝置，為研究不同電壓、電流、持續(xù)時(shí)間以及能量的線路故障引燃植被的特性和機(jī)理提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，進(jìn)而服務(wù)于配電線路引發(fā)森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、配電線路故障處置決策等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)實(shí)施例為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種線路故障引燃植被模擬試驗(yàn)裝置，來(lái)解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種故障電壓大小、電流強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間可控的線路故障引燃森林植被樣品模擬試驗(yàn)裝置，包括：電力供電模擬系統(tǒng)、故障引燃試驗(yàn)系統(tǒng)、故障強(qiáng)度控制系統(tǒng)和故障信號(hào)采集系統(tǒng)。

4、所述電力供電模擬系統(tǒng)包括試驗(yàn)通斷開關(guān)、三相交流調(diào)壓器和三相交流變壓器，三相交流調(diào)壓器輸出端與三相交流變壓器的一次側(cè)相連，三相交流調(diào)壓器輸入端通過(guò)試驗(yàn)通斷開關(guān)與實(shí)驗(yàn)室電源相連；

5、所述故障引燃試驗(yàn)系統(tǒng)包括故障模擬線路、故障類型轉(zhuǎn)換模塊和故障引燃試驗(yàn)單元，故障引燃試驗(yàn)系統(tǒng)與所述電力供電模擬系統(tǒng)的三相交流變壓器的二次側(cè)相連；故障類型轉(zhuǎn)換模塊包括選擇開關(guān)a，選擇開關(guān)a可選擇故障電壓加載端子與a、b相線連接或與c相、地線連接；故障引燃試驗(yàn)單元為2個(gè)用于固定森林植被樣品的金屬夾，金屬夾分別與故障電壓加載端子相連；

6、所述故障強(qiáng)度控制系統(tǒng)包括電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、延時(shí)斷路系統(tǒng)和阻抗調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括電壓傳感器a、調(diào)壓驅(qū)動(dòng)器、電壓比較處理器；所述電壓傳感器與三相交流調(diào)壓器輸出端相連，電壓比較處理器與電壓傳感器a、三相交流調(diào)壓器的調(diào)壓驅(qū)動(dòng)器相連。

7、延時(shí)斷路系統(tǒng)包括延時(shí)控制處理器和延時(shí)控制開關(guān)；所述延時(shí)控制處理器與所述試驗(yàn)通斷開關(guān)、延時(shí)控制開關(guān)相連，延時(shí)控制開關(guān)連接在故障引燃試驗(yàn)系統(tǒng)的線路中。

8、阻抗調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括可調(diào)阻抗器、阻抗調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器、阻抗調(diào)節(jié)控制器；阻抗調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器安裝在可調(diào)阻抗器上，阻抗調(diào)節(jié)控制器與阻抗調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器相連。

9、所述故障信號(hào)采集系統(tǒng)包括電壓傳感器b、電流傳感器和示波器，所述電壓傳感器b、電流傳感器連接在故障引燃試驗(yàn)系統(tǒng)和電力供電模擬系統(tǒng)之間的線路中，示波器與電壓傳感器b、電流傳感器相連。

10、作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案：所述2個(gè)金屬夾的夾頭同軸布置，固定在絕緣支架上；兩金屬夾所在軸線與絕緣支架間角度可調(diào)，兩金屬夾的距離可調(diào)；金屬夾夾頭固定森林植被樣品時(shí)可以緊密接觸，也可以通過(guò)小間隙接觸。

11、作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案：所述阻抗調(diào)節(jié)系統(tǒng)還包括選擇開關(guān)b，所述選擇開關(guān)b公共端與故障引燃試驗(yàn)系統(tǒng)供電線路相連，選擇開關(guān)b包括2個(gè)選擇端，一個(gè)經(jīng)可調(diào)阻抗器與故障模擬線路相連，另一個(gè)與故障模擬線路直接相連；所述可調(diào)阻抗器的阻抗可以無(wú)極調(diào)節(jié)，阻抗調(diào)節(jié)速度可以通過(guò)阻抗調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器和阻抗調(diào)節(jié)控制器編程控制；所述阻抗調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器為伺服電機(jī)，也可以為步進(jìn)電機(jī)，阻抗調(diào)節(jié)控制器可以為plc（可編程邏輯控制器）。

12、作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案：所述試驗(yàn)通斷開關(guān)、選擇開關(guān)a、選擇開關(guān)b、延時(shí)控制開關(guān)均為交流接觸器；所述試驗(yàn)通斷開關(guān)也可以為高壓隔離開關(guān)，連接在電力供電模擬系統(tǒng)的三相交流變壓器二次側(cè)和故障引燃試驗(yàn)系統(tǒng)之間。

13、作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案：所述可調(diào)阻抗器為可調(diào)電抗器，也可以為可調(diào)電阻器；所述電壓傳感器a、電壓傳感器b為電壓互感器或電容分壓器，所述電流傳感器為電流互感器或電流分流器；所述電壓傳感器a還可以用所述電壓傳感器b替代；所述調(diào)壓驅(qū)動(dòng)器為電機(jī)。

14、本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

15、本發(fā)明可以通過(guò)預(yù)設(shè)試驗(yàn)電力供電模擬系統(tǒng)電壓、阻抗調(diào)節(jié)系統(tǒng)的阻抗大小、延時(shí)斷路系統(tǒng)延時(shí)時(shí)間，控制線路故障的電壓、電流大小和持續(xù)時(shí)間；通過(guò)選擇模擬線路接入的供電線改變故障類型為“單相接地”故障或“相間短路”故障；同時(shí)還能實(shí)時(shí)采集故障電壓和電流。本發(fā)明的模擬試驗(yàn)裝置能夠同時(shí)改變故障類型、故障電壓大小、故障電流大小和故障持續(xù)時(shí)間，進(jìn)而改變故障強(qiáng)度，開展線路故障引燃植被模擬試驗(yàn)，可控制的參數(shù)豐富、方便，為研究線路故障引燃植被提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，有望進(jìn)一步服務(wù)于配電線路引發(fā)森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、配電線路故障處置決策等。

技術(shù)特征：

1.一種線路故障引燃植被模擬試驗(yàn)裝置，包括電力供電模擬系統(tǒng)（1）、故障引燃試驗(yàn)系統(tǒng)（2）、故障強(qiáng)度控制系統(tǒng)（3）和故障信號(hào)采集系統(tǒng)（4），其特征在于：所述電力供電模擬系統(tǒng)（1）包括試驗(yàn)通斷開關(guān)（5）、三相交流調(diào)壓器（6）和三相交流變壓器（7），三相交流調(diào)壓器（6）輸出端與三相交流變壓器（7）的一次側(cè)相連，三相交流調(diào)壓器（6）輸入端通過(guò)試驗(yàn)通斷開關(guān)（5）與實(shí)驗(yàn)室電源（28）相連；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線路故障引燃植被模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，兩個(gè)金屬夾（25）的夾頭同軸布置，固定在絕緣支架上；兩個(gè)金屬夾（25）所在軸線與絕緣支架間角度可調(diào)，兩個(gè)金屬夾（25）的距離可調(diào)；金屬夾（25）夾頭固定森林植被樣品（26）時(shí)緊密接觸或通過(guò)小間隙接觸。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線路故障引燃植被模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述阻抗調(diào)節(jié)系統(tǒng)（12）還包括選擇開關(guān)b（21），所述選擇開關(guān)b（21）公共端與故障引燃試驗(yàn)系統(tǒng)（2）供電線路相連，選擇開關(guān)b（21）包括2個(gè)選擇端，一個(gè)經(jīng)可調(diào)阻抗器（22）與故障模擬線路相連，另一個(gè)與故障模擬線路直接相連；所述可調(diào)阻抗器（22）的阻抗調(diào)節(jié)方式為無(wú)極調(diào)節(jié)，阻抗調(diào)節(jié)速度通過(guò)阻抗調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器（24）和阻抗調(diào)節(jié)控制器（23）編程控制；所述阻抗調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器（24）為伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，阻抗調(diào)節(jié)控制器（23）為plc。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線路故障引燃植被模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述試驗(yàn)通斷開關(guān)（5）、選擇開關(guān)a（18）、選擇開關(guān)b（21）、延時(shí)控制開關(guān)（20）均為交流接觸器；所述試驗(yàn)通斷開關(guān)（5）為高壓隔離開關(guān)，連接在電力供電模擬系統(tǒng)（1）的三相交流變壓器（7）二次側(cè)和故障引燃試驗(yàn)系統(tǒng)（2）之間。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線路故障引燃植被模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述可調(diào)阻抗器（22）為可調(diào)電抗器或可調(diào)電阻器；所述電壓傳感器a（15）、電壓傳感器b（9）為電壓互感器或電容分壓器，所述電流傳感器（8）為電流互感器或電流分流器；所述電壓傳感器a（15）能夠用所述電壓傳感器b（9）替代；所述調(diào)壓驅(qū)動(dòng)器（17）為電機(jī)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種線路故障引燃植被模擬試驗(yàn)裝置，包括：電力供電模擬系統(tǒng)、故障引燃試驗(yàn)系統(tǒng)、故障強(qiáng)度控制系統(tǒng)和故障信號(hào)采集系統(tǒng)。電力供電模擬系統(tǒng)通過(guò)三相交流調(diào)壓器和三相交流變壓器為故障模擬提供高壓三相交流電源；故障引燃試驗(yàn)系統(tǒng)可改變故障類型為“單相接地”或“相間短路”故障；故障強(qiáng)度控制系統(tǒng)包括電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、阻抗調(diào)節(jié)系統(tǒng)和延時(shí)斷路系統(tǒng)，可分別控制故障電壓、電流大小和持續(xù)時(shí)間；故障信號(hào)采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集故障電壓和電流。本發(fā)明為研究不同強(qiáng)度的線路故障引燃植被提供了實(shí)驗(yàn)方法支持。

技術(shù)研發(fā)人員：張宏民,陳海翔,張林鶴,蘇學(xué)能,鄭洪積,寧鑫,馬超,喬藝騫,喬令旭,熊嘉宇,郭鵬程,丁理杰,劉凡,廖紅兵
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15