高压线缆保护套火灾预警传感器自动配置方法与流程

1.本发明涉及电力安全监测技术领域，尤其涉及一种高压线缆保护套火灾预警传感器自动配置方法。


背景技术：

2.随着电力事业的发展，电气火灾也成为了影响人民生命财产安全的重要因素之一。研究发现，大多数的电气火灾都是因为电气故障(短路、过载、接触不良等)导致线路异常高温，使得绝缘层自燃或引燃周围可燃物所引起的。由于绝缘层的老化过程缓慢以及阻燃电缆的使用，火灾隐患通常也具有较长的潜伏期，在电线起火或点燃周围可燃物之前，甚至阴燃阶段之前探测到隐患，非常有利于消除火灾，降低电气事故风险。
3.常规的电力监测主要通过电流或电压的监测来进行安全防护，随着电子技术的发展，也有人提出通过气体传感器进行电气火灾隐患的判别，如中国专利 201610378912.1所提出的一种基于挥发气体探测的电气火灾阴燃隐患辨识系统，以及中国专利202011342559.4所提出的一种电气火灾立体监控装置。
4.现有技术存在的技术缺陷是：由于不同公司线缆材质以及所采用的阻燃措施不同，其热解产物的类型和分量也有所区别。针对110kv高压线缆来说，外护套材料通常为聚乙烯(polyethylene，pe)或聚氯乙烯(polyvinyl chloride，pvc)， pe外护套高压电力电缆多用于排管，pvc外护套高压电力电缆多用于电缆通道。对于pvc电缆外护套主要经历两个热失重阶段。第一步是pvc分子析出hcl 和部分小分子烃类物质，第二步是pvc分子主链发生断裂，生成烯烃小分子，其中部分烯烃被氧化成co2和h2o，最后是剩下的残碳被缓慢氧化分解。而pe 电缆外护套的cl含量极少，仅在较高的温升速率下(故障严重时)会现住生成；co2和co在热解初始阶段就会产生，且分解量占总分解量比例远大于pvc外护套的。因此常规的气体传感器系统进行电气火灾隐患监测，在不同的材料面前，其监测效果也有所不同，系统的稳定性和准确性还有待提高。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供一种高压线缆保护套火灾预警传感器自动配置方法。该方法通过对施工现场所用电力线缆的保护套进行采样，通过热重-红外实验先对样品的热解数据进行分析，然后再自动配置火灾预警传感器类型的数据，从而提升火灾预警系统的稳定性和准确性。
6.为解决以上技术问题，本发明提供一种高压线缆保护套火灾预警传感器自动配置方法，其关键在于，包括步骤：
7.s1、收集施工现场所用高压线缆外保护套作为分析样品；
8.s2：将步骤s1收集的分析样品研磨成粉末并取适量放置于坩埚中；
9.s3：将坩埚放置于烧结炉中加热，并引入测试氛围气体；
10.s4：将样品分解后产生的气体通过热重-红外联用仪专用接口输送到红外收集池
中进行热重红外分析实验，并得出分析数据；
11.s5：将步骤s4所得的分析数据导入火灾预警系统中自动配置火灾预警传感器的参数实现高压线缆保护套火灾预警监测。
12.可选地，步骤s2中取2～5mg样品粉末放置于坩埚中。
13.可选地，所述红外收集池的环境温度设置为200℃，送入的气体流量为50
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100ml/min，红外光谱扫描频率为55-65次/s。
14.可选地，步骤s3中所引入的测试氛围气体为空气，流量为100ml/min。
15.可选地，步骤s3中分别选择10、20、40、60和80℃/min五种温升速率，使烧结炉内环境温度从30℃升至1000℃，分析不同升温速率情况下高压线缆外保护套热解得出的分析数据。
16.可选地，所述分析数据包括加热速率数据、红外吸收峰对应的气体产物数据、红外吸收峰对应的温度数据以及热解残余物质量分数数据。
17.可选地，火灾预警系统根据步骤s4所得分析数据配置火灾预警传感器的类型和报警等级。
18.可选地，通过热重-红外联用仪形成分析数据，并通过无线通信传输至火灾预警系统中。
19.本发明的显著效果是：
20.通过预先对实际所用线材进行采样分析来确定其热解数据，然后再根据实验数据来配置预警系统中传感器的类型和参数，使得高压线缆保护套火灾预警系统的监测更加贴合实际情况，提升系统的稳定性和准确性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本发明实施例提供的一种方法流程图；
23.图2是本发明实施例中不同升温速率下质量随温度变化曲线；
24.图3是本发明实施例中10℃/min温升速率条件下pe外护套热解气体的三维红外光谱图；
25.图4是本发明实施例中20℃/min温升速率条件下pe外护套热解气体的三维红外光谱图；
26.图5是本发明实施例中40℃/min温升速率条件下pe外护套热解气体的三维红外光谱图；
27.图6是本发明实施例中60℃/min温升速率条件下pe外护套热解气体的三维红外光谱图；
28.图7是本发明实施例中80℃/min温升速率条件下pe外护套热解气体的三维红外光谱图；
29.图8是本发明实施例中10℃/min温升速率条件下pe外护套热解气体的二维红外光
谱图；
30.图9是本发明实施例中20℃/min温升速率条件下pe外护套热解气体的二维红外光谱图；
31.图10是本发明实施例中40℃/min温升速率条件下pe外护套热解气体的二维红外光谱图；
32.图11是本发明实施例中60℃/min温升速率条件下pe外护套热解气体的二维红外光谱图；
33.图12是本发明实施例中80℃/min温升速率条件下pe外护套热解气体的二维红外光谱图。
具体实施方式
34.下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
35.如图1所示，本实施例提供一种高压线缆保护套火灾预警传感器自动配置方法，包括步骤：
36.s1、收集施工现场所用高压线缆外保护套作为分析样品；
37.s2：将步骤s1收集的分析样品研磨成粉末并取适量放置于坩埚中；
38.s3：将坩埚放置于烧结炉中加热，并引入测试氛围气体；
39.s4：将样品分解后产生的气体通过热重-红外联用仪专用接口输送到红外收集池中进行热重红外分析实验，并得出分析数据；
40.s5：将步骤s4所得的分析数据导入火灾预警系统中自动配置火灾预警传感器的参数实现高压线缆保护套火灾预警监测。
41.本例中以某厂家yjlw03-64/110kv电力电缆pe外护套为研究对象，通过 tga8000-frontier热重-红外分析仪进行分析；首先，采用砂轮切割机从电缆上切取适宜大小的pe外护套样本；为更好模拟pe电缆外护套在实际工况下的热分解特性，本实验在流量为100ml/min的空气氛围中进行。在开展热重-红外实验之前，需要进行样品制备，将pe外护套样品研磨成粉末，将研磨好的样品放置于专用的坩埚中，每次实验测试取2.1410mg样品，将盛放有样品的坩埚轻轻地放置于烧结炉中，坩埚的质量通过参比坩埚去除；最后，根据实验需求将通入烧结炉内的测试氛围气被设定为空气，样品分解过程中产生的气体通过热重-红外联用仪专用接口被传输到红外收集池中进行分析，对应的光谱图也被输出到电脑端，红外收集池的环境温度设置为200℃，实验时的气体流量为50
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100ml/min，光谱扫描频率为55-65次/s，由于被测样品为固体，选择该频率范围内既可以满足对扫描速度的需求，也可以有效提高光谱的信噪比，红外测量波数范围为4000-450cm-1
。为了研究升温速率对热解特性的影响，需设定不同的温升速率，选择10、20、40、60和80℃/min五种温升速率，使烧结炉内环境温度从30℃升至1000℃，以保证样品能充分热解。
42.通过对实用数据进行分析，五种温升速率(10、20、40、60和80℃/min) 条件下电力电缆pe外护套热失重曲线，如图2所示。
43.根据图2可以发现：在40、60和80℃/min温升速率条件下，初始分解阶段的样品质
量分数会随着温度的增加而增大，并超过100％。而且温升速率越大，这一趋势持续的时间越长，样品质量分数增大的峰值也会越大。然而，在10和 20℃/min温升速率条件下，并未出现这一现象。这是因为所有实验均为空气氛围下进行，在较大的温升速率条件下，样品会先进行氧化，并且温升速率越大，这一氧化过程越为充分。但经过初始阶段后，pe外护套均当温度达到240℃时，样品开始大量发生分解。此时，样品质量会随着温度的升高而不断减小。在10℃ /min温升速率条件下，样品热解残余物质量分数最小，达25.64％；而其他四种温升速率条件下，样品最终剩余质量分数均在28％左右。此外，随着温升速率的提高，质量变化曲线有向左移动的趋势。由表1可知，t
5％
、t
50％
均和温升速率成正比。这是因为当温升速率更大时，样品需要更高的温度才能分解(t
5％
和t
50％
分别代表5％质量损失分解温度和50％质量损失分解温度)。
44.表1五种温升速率条件下pe外护套材料热失重特征值
[0045][0046]
为分析上述高压电缆pe外护套的热分解气体产物，在空气氛围下，分别在 10、20、40、60和80℃/min温升条件下进行红外实验，获得了吸收度-波长-实验温度3维红外光谱图，如图3～图7所示。在整个实验周期内，10、20、40、 60和80℃/min温升条件下的红外吸收峰峰值，分别在533、548.5、589.3、596.5 和613.2℃达到峰值。在这些峰值出的吸收度-波长2维红外光谱图，分别如图 8～图12所示。
[0047]
分析发现，在五种温升条件下，pe外护套主要在300～600℃温度范围内热分解产生大量气体，这一结果也印证了与热失重实验结果。
[0048]
在10℃/min条件下，主要吸收峰为670cm-1
和2351cm-1
左右，对应的产物为co2，在2100～2200cm-1
内也有吸收峰，表明有少量co产生；
[0049]
在20℃/min和40℃/min条件下，主要吸收峰仍为670cm-1
和2351cm-1
左右，但吸收峰峰值分别增大了约0.015和0.021，并且也有少量co生成；
[0050]
在60℃/min和80℃/min条件下，除了co2对应的670cm-1
和2351cm-1
两个主要吸收峰，以及co对应的2100～2200cm-1
吸收峰以外，还在950cm-1
、1507 cm-1
、1728cm-1
和2938cm-1
附近出现了新的明显的吸收峰，它们对应的产物分别为c2h4、苯环取代物和苯系物、c＝o官能团及hcl，并且80℃/min条件下各个特征吸收峰峰值均大于60℃/min条件下。简而言之，温升速率越大，co和 co2的吸收峰峰值越大，并且在60℃/min和80℃/min条件下，pe外护套会产生更多新的气体分解产物。
[0051]
综上可以发现，通过热重-红外光谱法对110kv高压电缆外护套聚氯乙烯 (pe)外护套的热分解性进行实验分析，该pe材料在240℃时开始分解，根据红外光谱数据，空气氛围下，10、20、40、60和80℃/min五种温升条件下电力电缆pe外护套均会热解生成少量co和大量的co2；在较高的温升速率下，还会生成c2h4、苯环取代物和苯系物、c＝o官能团及hcl等
物质。在空气中，这些气体产物不存在或含量很低，并且它们生成量均和温升速率成正比。因此，可通过co、co和c2h4等气体的生成信息，实现对高压电缆外护套潜伏性故障的预防和故障程度的诊断。
[0052]
综上可以理解，本发明通过热重-红外联用仪形成分析数据，并通过无线通信传输至火灾预警系统中。由于实验分析数据中包括了加热速率数据、红外吸收峰对应的气体产物数据、红外吸收峰对应的温度数据以及热解残余物质量分数数据等，基于上述实验数据及其相关的分析结果，可以有效配置火灾预警传感器的类型和报警等级。
[0053]
由于系统配置时的参考数据与现场所用材料的实际热解数据相吻合，无论从气体传感器的选型还是从其防范等级判断阈值的调整来讲，其贴合的程度更好，从而有效提升现有火灾预警系统的稳定性和准确性。
[0054]
最后需要说明的是，上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。