【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电气火灾防控，具体涉及一种配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量装置和方法。
技术介绍
1、在特定的气象条件下，如长期高温干旱、大风、地面可燃物载量大等高火灾风险条件时，配网线路故障可能导致森林草原火灾。在电力线路故障引发森林草原火灾的复杂故障种类中，配网线路在杆塔倾斜倒塌、飞石打击或大风作用时发生断线坠地，从而引燃地面枯落物是一种重要的故障形式，尤其是穿越森林草原的架空10kv、35kv配网线路。
2、但是，目前对配网线路断线坠地引发森林草原火灾的机理、故障特征和故障检测方法，均缺乏深入理解和掌握，制约了森林草原防火工作的高质量发展。一个很重要的原因，是缺乏符合实际运行条件的配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量装置和方法。现有试验方法均是采用直接释放带电高压导线，使其自由落体坠地接触地面可燃物，从而观察试验现象和记录试验结果。现有试验方法存在明显缺点和不足：首先，此高压导线仅带高电压，没有负荷电流，即导线本身已经处于断线状态，不符合配网线路带负荷运行时突然断裂的实际情况，也无法反映导线断线过程中三相电压、三相电流、零序电压和零序电流的变化特性；其次，由于试验室中导线释放高度存在一定局限，以及试验安全的考虑，带电高压导线释放的高度不可能很高，一般不会高于3米。按照物理定律计算，无遮挡时，导线坠落接触地面时速度一般不大于7.7m/s，这与实际情况差异较大。因为，在实际运行的10kv和35kv配网线路中，由于采用的电杆和杆塔型号、地形不同，导线离地高度一般介于6m～20m，其断线坠落接触地面时的速
技术实现思路
1、本专利技术提出一种配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量装置和方法，解决目前试验方法存在的弊端和不足：现有试验方法未考虑负荷影响，未实现导线断线过程模拟，未实现真实坠落高度模拟，未实现外界环境条件控制。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、首先，提出一种配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量装置，其包括：环境模拟箱、线路模拟单元、导线断线模拟单元、导线运动单元、地面及可燃物、测量及控制系统；所述环境模拟箱具有温度、湿度和风速自动控制调节装置，模拟森林草原火灾的气象条件；所述线路模拟单元包括集中参数柜和一段配网线路，模拟不同长度的三相配网线路；所述导线断线模拟单元包括触头和触头盒，模拟导线发生断线故障时由“正常”→“断线”的变化过程，以及此过程中产生的拉弧现象；所述导线运动单元的断裂导线旋转角速度改变，断裂导线上各点的线速度跟着改变，模拟导线从不同高度坠落时的落地速度；通过放置土壤、枯草落叶的绝缘盘模拟地面及可燃物。
4、作为实验测量装置的优选方案，所述环境模拟箱的环境条件调整范围为：温度-40℃～50℃，湿度5％～98％，风速0～29m/s。
5、作为实验测量装置的优选方案，所述线路模拟单元中，集中参数柜由电阻、电感和电容元件组成，通过不同的电阻、电感和电容值模拟不同长度的配网线路；一段配网线路由支架及其上敷设的三相配网线路构成。
6、作为实验测量装置的优选方案，所述导线断线模拟单元，通过触头和触头盒紧密接触，构成正常运行导线；触头可移动，触头盒固定，当触头受力逆时针运动时，将脱离触头盒，此时即为导线断线状态。
7、作为实验测量装置的优选方案，所述导线运动单元由伺服电机控制，伺服电机转动时拉动绝缘拉杆水平向右运动，绝缘拉杆拉动断裂导线逆时针旋转；当绝缘拉杆运动速度改变时，断裂导线旋转角速度改变，断裂导线上各点的线速度跟着改变。
8、作为实验测量装置的优选方案，实验装置放置在环境模拟箱内，伺服电机安装在绝缘支架上，伺服电机通过绝缘拉杆与导线运动单元相连，o为转轴中心，oa段为长臂，ob段表示短臂，ad段表示断裂导线，c为断裂导线中点；初始位置时，导线相位135°，导线a端触头伸入触头盒，从而与外电路连接；当绝缘拉杆向右运动时，拉动导线脱离触头盒，模拟发生断线故障；断裂导线逆时针运动90°时，伺服电机停止运动，短臂ob与绝缘拉杆上的条形孔脱离接触，断裂导线可自由运动，继续旋转运动45°，直至碰触地面；绝缘盘底部放置金属板，金属板接地；触头盒、长臂o点分别通过软绝缘导线连接至环境模拟箱外部；
9、在导线运动单元中，绝缘拉杆上有条形孔，绝缘拉杆通过条形孔与转轴上的短臂相连接；当导线旋转角度<90°时，绝缘拉杆拉动转轴旋转，从而带动导线逆时针旋转；当导线旋转角度≥90℃，电机停止转动，绝缘拉杆停止运动，此时转轴上的短臂在条形孔中自由运动，导线自由下坠；即在导线逆时针旋转的最后阶段中，导线是自由坠落的；最后阶段指最后45°范围，最终位置是水平静止状态。
10、作为实验测量装置的优选方案，与导线坠落高度一一对应的伺服电机目标速度按下式计算得出：
11、设导线坠落高度为h，对应伺服电机最大速度为νsm，导线坠地接触地面时速度为νm，长臂oa长度为l1，断裂导线中点c到转轴中心o点的长度为l3，l3≥0.75l1，断裂导线中点c运动速度位νc，当导线触碰地面时，取此点速度为导线坠地接触地面时的速度νm，短臂长l2，ob段l2≤0.1l1，短臂端点b运动速度为νb，断裂导线逆时针旋转角度为θ，角速度为ω；导线初始相位为135°，逆时针旋转90°时变为刚体自由旋转运动，继续完成最后45°旋转，最终撞击绝缘盘，即导线触碰地面；
12、则满足下列关系：
13、νm2＝2gh (1)
14、νm＝νc(θ＝135°) (2)
15、c点、b点角速度大小相同，可得：
16、
17、根据刚体定轴转动动能定理，可得：
18、
19、νc(θ＝135°)＝ωθ＝135°l3 (5)
20、νc(θ＝90°)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量装置，其特征在于，包括：环境模拟箱、线路模拟单元、导线断线模拟单元、导线运动单元、地面及可燃物、测量及控制系统；所述环境模拟箱具有温度、湿度和风速自动控制调节装置，模拟森林草原火灾的气象条件；所述线路模拟单元包括集中参数柜和一段配网线路，模拟不同长度的三相配网线路；所述导线断线模拟单元包括触头和触头盒，模拟导线发生断线故障时由“正常”→“断线”的变化过程，以及此过程中产生的拉弧现象；所述导线运动单元的断裂导线旋转角速度改变，断裂导线上各点的线速度跟着改变，模拟导线从不同高度坠落时的落地速度；通过放置土壤、枯草落叶的绝缘盘模拟地面及可燃物。
2.根据权利要求1所述的配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量装置，其特征在于，所述环境模拟箱的环境条件调整范围为：温度-40℃～50℃，湿度5％～98％，风速0～29m/s。
3.根据权利要求1所述的配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量装置，其特征在于：所述线路模拟单元中，集中参数柜由电阻、电感和电容元件组成，通过不同的电阻、电感和电容值模拟不同长度的配网线路
4.根据权利要求1所述的配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量装置，其特征在于：所述导线断线模拟单元，通过触头和触头盒紧密接触，构成正常运行导线；触头可移动，触头盒固定，当触头受力逆时针运动时，将脱离触头盒，此时即为导线断线状态。
5.根据权利要求1所述的配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量装置，其特征在于：所述导线运动单元由伺服电机控制，伺服电机转动时拉动绝缘拉杆水平向右运动，绝缘拉杆拉动断裂导线逆时针旋转；当绝缘拉杆运动速度改变时，断裂导线旋转角速度改变，断裂导线上各点的线速度跟着改变。
6.根据权利要求5所述的配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量装置，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量装置，其特征在于，与导线坠落高度一一对应的伺服电机目标速度按下式计算得出：
8.根据权利要求1所述的配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量装置，其特征在于，所述地表及可燃物包括：可燃物盛放在绝缘盘中，绝缘盘底部放置金属板，金属板接地，绝缘盘中填充土壤，土壤上方铺放落叶、松针或杂草等可燃物。
9.根据权利要求1所述的配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量装置，其特征在于，所述测量及控制系统包括：测量实验过程中三相电压、三相电流、零序电压和零序电流，以及通过金属板入地的接地电流，记录地面枯落物被引燃的试验现象、枯落物温度、断裂导线落地时的弹跳现象。
10.一种配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量方法，其特征在于，基于权利要求1～9任意一项所述的配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量装置，实施以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量装置，其特征在于，包括：环境模拟箱、线路模拟单元、导线断线模拟单元、导线运动单元、地面及可燃物、测量及控制系统；所述环境模拟箱具有温度、湿度和风速自动控制调节装置，模拟森林草原火灾的气象条件；所述线路模拟单元包括集中参数柜和一段配网线路，模拟不同长度的三相配网线路；所述导线断线模拟单元包括触头和触头盒，模拟导线发生断线故障时由“正常”→“断线”的变化过程，以及此过程中产生的拉弧现象；所述导线运动单元的断裂导线旋转角速度改变，断裂导线上各点的线速度跟着改变，模拟导线从不同高度坠落时的落地速度；通过放置土壤、枯草落叶的绝缘盘模拟地面及可燃物。
2.根据权利要求1所述的配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量装置，其特征在于，所述环境模拟箱的环境条件调整范围为：温度-40℃～50℃，湿度5％～98％，风速0～29m/s。
3.根据权利要求1所述的配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量装置，其特征在于：所述线路模拟单元中，集中参数柜由电阻、电感和电容元件组成，通过不同的电阻、电感和电容值模拟不同长度的配网线路；一段配网线路由支架及其上敷设的三相配网线路构成。
4.根据权利要求1所述的配网线路断线坠地引发森林草原火灾的实验测量装置，其特征在于：所述导线断线模拟单元，通过触头和触头盒紧密接触，构成正常运行导线；触头可移动，触头盒固定，当触头受力逆时针运动时，将...
【专利技术属性】
技术研发人员：宁鑫，张华，熊嘉宇，李巍巍，苏学能，龙呈，李世龙，刘畅，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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