【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及变压器火灾研究，具体而言，涉及一种变压器火灾模拟装置及方法。
技术介绍
1、变压器是地下变电站的关键设备，由于其内部存储大量可燃变压器油，一旦发生火灾，会产生严重后果。与常见的地上变压器不同，地下变电站的变压器处于封闭空间内，套管炸裂产生的超压会在室内不断叠加，容易破坏变压器油箱本身，引发变压器油箱内火灾。而火灾一旦发生，由于通风与排烟受限，会导致变压器室内温度与烟气集聚，影响火灾的发展过程。对于地下变压器，事故处置中往往需要排出变压器油箱内油品以控制火势。因此，人工排油导致的变压器油箱内油品动态变化与封闭空间内氧气浓度的动态变化耦合，使得地下封闭空间变压器油箱内火灾演化问题较为复杂。
2、目前，现在技术在进行变压器火灾模拟时，主要采用的是油盘注油的方式模拟变压器火灾中的套管炸裂火、集油坑火、流淌火等。例如：通过在室内变压器下部设置油盘模拟室内变压器的外部火，使用温度采集组件采集火源、腔壁、腔内及变压器的温度。以及在变压器燃烧室内设置油浸式变压器，使用钢制油池模拟变压器火灾。还有采用不同大小与流量的油盘模拟变压器集油坑火、喷射火、流淌火和高压套管炸裂火，并利用摄像装置获取油浸式变压器火灾模拟试验过程的图像信息。
3、然而，现有装置并未关注地下封闭空间变压器油箱内火灾的动态模拟问题。一方面，采用注入一定厚度油品的油池模拟变压器火灾，燃烧状态较为稳定，液位变化较小。而真实变压器油箱内火灾发生时，内部线圈与顶部的遮挡物会显著影响火灾发展过程，同时，液位变化相对会较大。另一方面，现有装置对于封闭空间
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种变压器火灾模拟装置及方法，以解决现有技术中的模拟装置无法模拟封闭空间中变压器油箱内的液位变化以及封闭空间内气体温度和浓度变化对燃烧速率的影响的问题。
2、为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种变压器火灾模拟装置，包括：模拟室，具有封闭空间；油箱，设置在封闭空间内，油箱内容纳有模拟液体，油箱内设有至少两个变压器线圈且分别与模拟液体接触，油箱的顶部设有与封闭空间连通的通气口，通气口的开口大小可调节地设置；火焰与烟气模拟组件，设置在封闭空间的外部，火焰与烟气模拟组件的至少部分设置在油箱内，以用于分别向油箱内喷射火焰和烟气；卸油模拟组件，与油箱连接，以用于对油箱内的模拟液体进行排卸；控制系统，包括温度监测模块、烟气浓度监测模块和co与氧气浓度监测模块，温度监测模块分别设置在油箱内和封闭空间内，以用于分别监测油箱内和封闭空间内的温度；烟气浓度监测模块设置在模拟室内的顶部，用以监测封闭空间内的烟气浓度；co与氧气浓度监测模块设置在模拟室内的顶部，用以监测模拟室内的co与氧气的浓度。
3、进一步地，火焰与烟气模拟组件还包括：气瓶柜，气瓶柜内分别设有燃料气瓶和烟雾气瓶，燃料气瓶和烟雾气瓶的瓶口分别对应连接有第一供应管道和第二供应管道，第一供应管道和第二供应管道远离瓶口的一端设置在油箱内；多个喷头部件，分别漂浮地设置在油箱内的模拟液体表面上，各喷头部件分别通过第一金属软管和第二金属软管对应与第一供应管道和第二供应管道连通，以使喷头部件分别喷出火焰和烟气；其中，第一供应管道上设有第一调节阀；和/或，第二供应管道上设有第二调节阀。
4、进一步地，喷头部件包括：漂浮板，漂浮地设置在模拟液体的表面；燃料喷嘴和烟气喷嘴，相对固定地设置在漂浮板上，第一金属软管和第二金属软管的一端分别穿设在漂浮板上并对应与燃料喷嘴和烟气喷嘴连通；燃料喷嘴的喷嘴口处设有点火器，点火器通过限位连接件与燃料喷嘴相对固定连接；烟气喷嘴与第二金属软管之间设有第三调节阀。
5、进一步地，变压器火灾模拟装置还包括：储油坑，设置在封闭空间内，储油坑包括上下设置的第一安装层和第二安装层，第一安装层内铺设有鹅卵石，油箱设置在鹅卵石上，第二安装层具有用于储存模拟液体的储存空间，卸油模拟远离油箱的一端与所储存空间连通，以使油箱内排卸的模拟液体收集在储存空间内。
6、进一步地，卸油模拟组件包括：出液管道，出液管道的一端与油箱的底部连接，出液管道的另一端与储存空间连通，出液管道上设有第四调节阀，以用于控制出液管道的导通，出液管道上位于第四调节阀与储存空间之间设有流量计，以用于监测油箱内模拟液体的排卸流量。
7、进一步地，油箱的顶部位于通气口处可移动地设置有遮挡板，油箱的顶部上设置有驱动部件，遮挡板与驱动部件连接，以用于驱动遮挡板打开或关闭通气口。
8、进一步地，控制系统还包括：控制器、图像监测模块及红外监测模块，图像监测模块、红外监测模块、温度监测模块、烟气浓度监测模块及co与氧气浓度监测模块分别与控制器连接；图像监测模块和红外监测模块分别设置在模拟室内的顶部，以分别用于监测封闭空间内的动态情况。
9、根据本专利技术的另一方面，提供了一种变压器火灾模拟方法，适用于上述所提及的变压器火灾模拟装置，模拟方法包括：设定通气口的目标开口大小；向油箱内注入模拟液体至油箱内的液位高度达到初始液位高度h0，并计算油箱内模拟液体的初始燃烧速率m0；控制第四调节阀的开度，通过计算油箱内模拟液体的实时液位高度h，以模拟油箱内模拟液体的液位变化；获取co与氧气浓度监测模块监测封闭空间内的实时氧气浓度mo2，并通过计算实时氧气浓度mo2对油箱内模拟液体的实时燃烧速率m1的影响；通过计算模拟液体的液位变化和实时氧气浓度对油箱内模拟液体的实时燃烧速率mt的影响，以控制第一调节阀和第二调节阀的开度。
10、进一步地，计算油箱内模拟液体的初始燃烧速率m0包括：根据以下公式确认模拟液体液面上火焰的等效直径d*和油箱内空余壁面高度h*：
11、
12、其中，s为油箱的投影面积，h为油箱的高度；根据以下公式确认初始燃烧速率m0：
13、
14、进一步地，计算油箱内模拟液体的初始燃烧速率m0之后包括：根据以下公式确认燃料供应流量q1，以向燃料喷嘴供应燃料供应流量q1的燃料，并控制点火器点火，以使燃料喷嘴喷出火焰：
15、
16、其中，s0为第一供应管道的截面积，δh为模拟液体的燃烧热，δh0为燃烧气瓶中燃烧气体的燃烧热。
17、进一步地，计算油箱内模拟液体的初始燃烧速率m0之后还包括：设定模拟液体的产烟速率y，并根据以下公式确认烟气供应流量q2，以向烟气喷嘴供应烟气供应流量q2的烟气：
18、
19、进一步地，通过计算得到油箱内模拟液体的实时液位高度h包括：根据以下公式确认实时液位高度h：
20、
21、其中，v为油箱的卸油速率，δt为模拟时间，ρ为模拟液体的密度。
22、进一步地，通过计算实时氧气浓度mo2对油箱内模拟液体的实时燃烧速率m1的影响包括：设定参数a、b和c，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种变压器火灾模拟装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的变压器火灾模拟装置，其特征在于，所述火焰与烟气模拟组件(30)还包括：
3.根据权利要求2所述的变压器火灾模拟装置，其特征在于，所述喷头部件(36)包括：
4.根据权利要求1所述的变压器火灾模拟装置，其特征在于，所述变压器火灾模拟装置还包括：
5.根据权利要求4所述的变压器火灾模拟装置，其特征在于，所述卸油模拟组件(40)包括：
6.根据权利要求1所述的变压器火灾模拟装置，其特征在于，所述油箱(20)的顶部位于所述通气口(23)处可移动地设置有遮挡板(24)，所述油箱(20)的顶部上设置有驱动部件(25)，所述遮挡板(24)与所述驱动部件(25)连接，以用于驱动所述遮挡板(24)打开或关闭所述通气口(23)。
7.根据权利要求1所述的变压器火灾模拟装置，其特征在于，所述控制系统(50)还包括：
8.一种变压器火灾模拟方法，适用于权利要求1至7中任一项所述的变压器火灾模拟装置，其特征在于，所述模拟方法包括：
9.根据
10.根据权利要求9所述的变压器火灾模拟方法，其特征在于，所述计算所述油箱内所述模拟液体的初始燃烧速率m0之后包括：
11.根据权利要求10所述的变压器火灾模拟方法，其特征在于，所述计算所述油箱内所述模拟液体的初始燃烧速率m0之后还包括：
12.根据权利要求9所述的变压器火灾模拟方法，其特征在于，所述通过计算所述油箱内所述模拟液体的实时液位高度h包括：
13.根据权利要求9所述的变压器火灾模拟方法，其特征在于，所述通过计算所述实时氧气浓度Mo2对所述油箱内所述模拟液体的实时燃烧速率m1的影响包括：
14.根据权利要求13所述的变压器火灾模拟方法，其特征在于，所述通过计算所述模拟液体的液位变化和所述实时氧气浓度对所述油箱内所述模拟液体的实时燃烧速率mt的影响包括：
15.根据权利要求14所述的变压器火灾模拟方法，其特征在于，所述模拟方法还包括：
16.根据权利要求15所述的变压器火灾模拟方法，其特征在于，所述模拟方法还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种变压器火灾模拟装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的变压器火灾模拟装置，其特征在于，所述火焰与烟气模拟组件(30)还包括：
3.根据权利要求2所述的变压器火灾模拟装置，其特征在于，所述喷头部件(36)包括：
4.根据权利要求1所述的变压器火灾模拟装置，其特征在于，所述变压器火灾模拟装置还包括：
5.根据权利要求4所述的变压器火灾模拟装置，其特征在于，所述卸油模拟组件(40)包括：
6.根据权利要求1所述的变压器火灾模拟装置，其特征在于，所述油箱(20)的顶部位于所述通气口(23)处可移动地设置有遮挡板(24)，所述油箱(20)的顶部上设置有驱动部件(25)，所述遮挡板(24)与所述驱动部件(25)连接，以用于驱动所述遮挡板(24)打开或关闭所述通气口(23)。
7.根据权利要求1所述的变压器火灾模拟装置，其特征在于，所述控制系统(50)还包括：
8.一种变压器火灾模拟方法，适用于权利要求1至7中任一项所述的变压器火灾模拟装置，其特征在于，所述模拟方法包括：
9.根据权利要求8所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王雅妮，叶宽，肖群安，刘畅，朱占巍，蔡祖明，石磊，王帅，刘丹，赵金龙，
申请(专利权)人：国网北京市电力公司，
类型：发明
国别省市：
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