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原文传递基于高压电缆等效燃烧模拟的电缆隧道防火产品检测方法

专利名称：	基于高压电缆等效燃烧模拟的电缆隧道防火产品检测方法
摘要：	本申请公开了一种基于高压电缆等效燃烧模拟的电缆隧道防火产品检测方法。其中，该方法包括：等比例搭建电缆隧道火灾试验平台，布置真实电缆并引燃，获取真实电缆燃烧试验过程中电缆隧道火灾试验平台的温升特性曲线；建立电缆燃烧模型，结合电缆燃烧的试验数据修正电缆燃烧模型，使电缆燃烧仿真与真实电缆燃烧试验的温升特性曲线的平均误差小于设置阈值；利用得到的电缆模型仿真电缆燃烧过程，获取真实电缆的燃烧功率变化情况；采用清洁燃料替代真实电缆进行燃烧，结合燃烧功率变化数据和清洁燃料的燃烧热值确定清洁燃料的质量流变化数据，通过控制清洁燃料燃烧的进气量等效模拟电缆隧道火灾环境，以通过电缆隧道火灾环境对防火产品进行检测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	国网北京市电力公司
发明人：	郭卫;周士贻;任志刚;陈平;普子恒;及洪泉;门业堃;刘博;王立永;秦欢;贾世伟
专利状态：	有效
申请日期：	2023-10-20T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-24T00:00:00+0800
申请号：	CN202311365223.3
公开号：	CN117110518A
代理机构：	北京康信知识产权代理有限责任公司
代理人：	刘旺贵
分类号：	G01N31/12;G01N25/32;G06F30/20;G;G01;G06;G01N;G06F;G01N31;G01N25;G06F30;G01N31/12;G01N25/32;G06F30/20
申请人地址：	100031 北京市西城区前门西大街41号
主权项：	1.一种基于高压电缆等效燃烧模拟的电缆隧道防火产品检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：按照真实电缆隧道等比例搭建电缆隧道火灾试验平台，配备试验设备，其中，所述试验设备至少包括：点火器、热电偶；处理真实电缆以模拟火灾前真实电缆被击穿的情况，进行真实电缆燃烧试验，监测并记录燃烧过程中电缆隧道火灾试验平台的温度数据，获取真实电缆燃烧试验的温升特性曲线；步骤2：获取所述真实电缆的电压等级、结构参数、各层燃烧物质的种类及各层燃烧物质的物理参数，根据步骤1的真实电缆燃烧试验获取燃烧产物的种类；步骤3：等比例建立电缆隧道仿真模型，所述电缆隧道仿真模型的隧道结构、电缆结构、测温点布置及试验条件与所述电缆隧道火灾试验平台一致；利用获取的真实电缆的燃烧物质和燃烧产物的种类，确定电缆燃烧模型及化学燃烧方程；步骤4：初步设定电缆燃烧模型的多层燃烧物质参与燃烧的燃烧比例，进行电缆仿真燃烧试验，获取多个测温点的温度数据，建立燃烧比例与温度数据的映射关系；将电缆仿真燃烧试验的多个测温点的温度数据与真实电缆燃烧试验的温度数据进行对比，根据对比结果增加或减少各层燃烧物质参与燃烧的燃烧比例，得到新的电缆燃烧模型，修正并配平所述化学燃烧方程，直至电缆仿真燃烧试验获得的温升特性曲线与真实电缆燃烧试验的平均误差小于设置阈值；步骤5：将修正后温升特性曲线最接近真实电缆燃烧试验的电缆燃烧模型作为电缆模型，计算该电缆模型仿真燃烧过程中的燃料质量变化速率和热释放速率，进而获取所述电缆模型在仿真燃烧过程中的燃烧功率变化情况；步骤6：采用清洁燃料替代所述真实电缆进行燃烧，结合清洁燃料的燃烧热值和步骤5获取的燃烧功率变化数据，确定清洁燃料的质量流变化情况，再通过控制清洁燃料燃烧的进气量来等效模拟电缆隧道火灾环境，以通过所述电缆隧道火灾环境对防火产品进行检测。 2.根据权利要求1所述的基于高压电缆等效燃烧模拟的电缆隧道防火产品检测方法，其特征在于：所述步骤1中，按照真实电缆隧道等比例搭建电缆隧道火灾试验平台，进行真实电缆燃烧试验，获取真实电缆燃烧试验的温升特性曲线，包括以下步骤： S1.1：根据真实电缆隧道的尺寸以及试验需求，等比例建立电缆隧道火灾试验平台；所述电缆隧道火灾试验平台具体尺寸为WDH，隧道截面为矩形，所述电缆隧道火灾试验平台的一侧根据真实电缆隧道内的支架布置情况安装电缆支架，相邻支架水平间距L1，底层支架距地面h1，每层支架之间垂直间隔h2，所述电缆隧道火灾试验平台的另一侧的墙面设置透明防火玻璃供试验观测，同时开放电缆隧道火灾试验平台的两侧，以保证真实电缆燃烧试验的氧气供应； S1.2：真实电缆燃烧试验中，将真实电缆设置于第二层电缆支架；真实电缆的中部正下方布置的燃烧物为丙烷、尺寸为L2B2、与真实电缆垂直距离为h3、点火功率为P1的点火器，以点燃真实电缆；在放置真实电缆的支架的四周布置多个热电偶，以监测温度变化并记录燃烧过程；在电缆隧道火灾试验平台顶部布置气体传感器，监测电缆燃烧产生的气体成分及浓度；配备可见光摄像机记录整个真实电缆燃烧试验过程； S1.3：选取长度为L3，电缆横切面直径为d1，电缆横切面直径d2的真实电缆；剥开电缆外层的保护铜壳，暴露出内部可燃物，在外护套、填充物、绝缘层分别开出l1l1、l2l2、l3l3的豁口，以模拟真实电缆被电弧击穿的状态；将真实电缆放置于第二层电缆支架上，暴露部分位于两个支架中央，且豁口位置朝下；利用点火器引燃电缆内部可燃物，在真实电缆能自主燃烧后，撤离点火器，以模拟电缆燃烧爆炸后的状态；同时开启可见光摄像机、开始温度采集、开启秒表计时，记录整个电缆隧道火灾试验平台中、真实电缆燃烧试验过程的燃烧物质的融化过程、温度分布及温度变化情况，得到真实电缆燃烧试验的温升特性曲线。 3.根据权利要求1所述的基于高压电缆等效燃烧模拟的电缆隧道防火产品检测方法，其特征在于：所述步骤2中，通过查找所述真实电缆的产品说明书获取电缆外护套、填充物和绝缘层中的燃烧物质，及每层燃烧物质的物理参数，所述物理参数至少包括：外径，导热系数和比热容；根据所述步骤1的真实电缆燃烧试验，分析电缆燃烧过程，考虑燃烧物质是否充分燃烧和热量传递情况，确定不同可燃物质的燃烧产物。 4.根据权利要求1所述的基于高压电缆等效燃烧模拟的电缆隧道防火产品检测方法，其特征在于：所述步骤3中，等比例建立电缆隧道仿真模型，所述电缆隧道仿真模型的隧道结构及试验条件等参数与所述电缆隧道火灾试验平台一致；利用获取的真实电缆典型电缆的燃烧物质和燃烧产物的种类，确定电缆燃烧模型及化学燃烧方程，包括以下步骤： S3.1：等比例建立电缆隧道仿真模型，所述电缆隧道仿真模型的隧道结构及试验条件与电缆隧道火灾试验平台一致，其中，电缆隧道仿真模型尺寸为WDH，试验条件包括：风速，外部火源功率P2，供火时间/>；依据所述步骤2的物理参数确定电缆结构，搭建出所述电缆隧道仿真模型，其中，所述电缆隧道仿真模型用于进行电缆仿真燃烧试验； S3.2：确定出所述化学燃烧方程的反应方程通式为：，其中，分别为碳、氢、氧、氮、氯元素；/>分别为护套层、填充物、绝缘层的参与燃烧的物质的量；/>分别为原子系数；/>为烟雾即碳单质；/>分别为产物含量系数；/>为空气部分的化学式系数；/>为燃料的相对分子质量；/>为燃烧产物的相对分子质量；/>为燃烧产物的量产率；各层燃烧物质的燃烧比例计算方程包括：，其中，表示护套层、填充物与绝缘层的燃烧比例，/>；/>、/>、/>分别为护套层、填充物与绝缘层材料物质的量；/>为不同燃烧物质的体积；/>为不同燃烧物质的密度；/>为不同燃烧物质的相对分子质量。 5.根据权利要求1所述的基于高压电缆等效燃烧模拟的电缆隧道防火产品检测方法，其特征在于：所述步骤4中，初步设定电缆燃烧模型的多层燃烧物质参与燃烧的燃烧比例，进行电缆仿真燃烧试验，获取多个测温点的温度数据，建立燃烧比例与温度数据的映射关系；将电缆仿真燃烧试验的多个测温点的温度数据与真实电缆燃烧试验的温度数据进行对比，增加或减少各层燃烧物质参与燃烧的燃烧比例，得到新的电缆燃烧模型，修正并配平所述化学燃烧方程，直至电缆仿真燃烧试验获得的温升特性曲线与真实电缆燃烧试验的误差小于设置阈值，包括以下步骤： S4.1：设定各层燃烧物质参与燃烧的燃烧比例，且按该燃烧比例完全燃烧进行计算，当三层燃烧物最外层护套层、中间层填充物与最内层绝缘层的燃烧比例为，对应的反应物表示为/>，可得电缆燃烧模型的燃料分子式为/>，配平化学燃烧方程如式(6) ，其中，分别为各反应物的化学分子式系数，由化学燃烧方程的燃料分子式和氧气含量推出；在不同燃烧比例下，分别配平原子系数不同和化学分子式系数不同的化学燃烧方程； S4.2：在所述燃料分子式的基础上，将电缆仿真燃烧试验各测温点的温度数据与真实电缆燃烧试验的温度数据进行对比，根据对比结果增加或减少各层燃烧物质参与燃烧的燃烧比例，得到新的燃料分子式，并配平化学燃烧方程，重复步骤S4.1的操作，直至电缆仿真燃烧试验获得的温升特性曲线与真实电缆燃烧试验的温升特性曲线的平均误差小于所述设置阈值时。 6.根据权利要求1所述的基于高压电缆等效燃烧模拟的电缆隧道防火产品检测方法，其特征在于：所述步骤5中，选取修正后温升特性曲线最接近真实电缆燃烧试验的电缆燃烧模型作为电缆模型，计算该电缆模型仿真燃烧过程中的燃料质量变化速率和热释放速率，进而获取所述电缆模型在仿真燃烧过程中的燃烧功率变化情况，包括以下步骤：利用最终确定的电缆模型和燃烧模型进行仿真燃烧试验，计算所述电缆模型仿真燃烧过程中燃料的质量变化速率和热释放速率，获取燃烧功率变化情况；其中，所述燃烧模型包括有限速率的化学反应模型和混合燃烧模型，所述混合燃烧模型中燃料的平均化学源使用涡流耗散概念建模；所述燃料质量变化速率如下所示：，其中，为燃料质量变化速率；/>为密度；/>为燃料的质量分数；/>为空气的质量分数；/>为混合时间尺度；热释放速率通过燃料的质量变化速率求得：，其中，为热释放速率；/>为燃料的燃烧热。 7.根据权利要求1所述的基于高压电缆等效燃烧模拟的电缆隧道防火产品检测方法，其特征在于：所述步骤6中，采用清洁燃料替代所述真实电缆进行燃烧，结合清洁燃料的燃烧热值和步骤5获取的燃烧功率变化数据，确定清洁燃料的质量流变化情况，再通过控制清洁燃料燃烧的进气量来等效模拟电缆隧道火灾环境，以通过所述电缆隧道火灾环境对防火产品进行检测，包括以下步骤：根据步骤5获取的燃烧功率变化数据，利用燃烧装置的电机调整所述清洁燃料的进气量来控制输出功率，从而模拟电缆燃烧时不同阶段的火势变化；其中，燃烧装置由电机、供气装置、进气控制阀门、火源功率控制器、点火器和燃烧器组成；其中，供气装置为丙烷气瓶，提供试验所需的清洁燃料丙烷，自动控制阀门通过电机控制管道开口面积来控制进气量，火源功率控制器与进气控制阀门配套使用，输入所需火源功率即可控制进气控制阀门动作，燃烧器为多孔火排，使丙烷充分燃烧，点火器可远程点火；火源功率计算公式如式（9）所示：，其中，为热释放速率(kW)，即火源功率；/>为丙烷的质量流(g/s)；/>为丙烷的有效燃烧热(kJ/g)，/>等于/>。
所属类别：	发明专利