浅析新型阻燃材料用于配电线路防山火技术研究

刘慧 史昌明 党乐 陈忠源 佟敏 崔亚茹

摘 要：随着电力系统不断发展，架空线路逐渐增多，内蒙古地区有大量110千伏及以下配电线路穿越草原，春秋两季防山火形势严峻，存在草原火灾对线路造成的威胁，同时也存在线路断线引发草原火灾的危险。为此，首先探索新型阻燃剂对输电线路110千伏及以下配电线路通道内草场的阻燃效果，再从不同接地方式造成山火影响范围进行研究，对推动新型阻燃剂防山火意义重大。

关键词：断线电流;水溶性氢氧化镁;阻燃性能

0引言

近年来，伴随电网规模的扩大，经行山区、林区的输电线路不断增加，线路走廊附近村民烧荒等行为引燃的山火对输电线路安全稳定运行造成的威胁也日益加剧。内蒙古地区草原面积辽阔且有大量110千伏及以下配电线路穿越草原，在春秋两季防山火形势严峻，存在草原火灾对线路造成的威胁，同时也存在线路断线引发草原火灾的危险。目前，对于输配电线路通道防山火尚无一种有效的主动防御措施。

电力系统中性点接地方式可分为大接地电流系统和小接地电流系统，在我国，110kV及以上电力网一般采用中性点直接接地系统，中低压电网（35kV及以下电压等级的电网）一般采用中性点不接地或经消弧线圈接地的小接地电流系统。高压输电线路覆盖面广，输电线路不同断线方式产生的短路电流亦不相同。基于此，研究分析不同断线方式短路电流值及新型阻燃剂对草原防山火的情况。

1 防火阻燃剂阻燃机理

阻燃剂自身不易燃或难燃，使得基材与空气得到很好的隔绝，从而延缓受火和温度传递速度。防火阻燃剂具有较低的导热系数，当发生火灾时，可以延迟火势蔓延。发生火灾时，阻燃剂受热，放出大量的惰性气体，这些气体与空气混合，降低了周边的氧气等易燃物的浓度，从而有效减缓燃烧的传递速度。在阻燃剂组成成分中，一些含氮的原材料，受热分解出氨气等基团，这些基团与易燃的有机物基团发生化合反应，阻碍了易燃物质的燃烧，有效降低周围的温度。

氢氧化镁经过热分解产生水蒸气不仅有效的降低材料的表面温度而且稀释了材料表面氧气的浓度，氢氧化镁分解时吸收大量的热，降低被阻燃的温度，分解产生的氧化镁可以覆盖于材料表面隔绝氧气阻止进一步燃烧。氢氧化镁作为一种无毒，环保阻燃剂，还具有抑烟作用。同时，当氢氧化镁阻燃剂与其他阻燃剂共同使用时，可产生协同阻燃效果。但是在应用上其也存在一定挑战，氢氧化镁具有较高的表面能，未经改性的氢氧化镁易于团聚，分散性能差，与多数聚合物基体材料相容性差。

现市场已研究发现一种水溶性氢氧化镁新型阻燃剂，氢氧化镁阻燃剂具有较高的热分解温度。热分解过程中没有结晶水析出，只产生大量的水蒸气，燃烧过程中，不仅不产生有害物质，还能中和酸性气体避免二次污染，更加绿色环保，原料丰富易得，价格低廉。氢氧化镁阻燃剂不仅具有较好的阻燃效果还兼具阻燃和填充的双重功效。除此之外，还具有与其他阻燃剂共同使用的协同阻燃效果。氢氧化镁阻燃剂的诸多优点与其燃烧分解产生氧化镁和水的阻燃机理密切相关。氢氧化镁在加热至340℃时即受热分解并产生大量水蒸气，水蒸氣能够吸收大量的热量降低材料的表面温度减少可燃物质产生，水蒸气稀释了材料表面的氧气，使燃烧难以进行。此外，燃烧生成的耐火材料氧化镁在高分子材料表面形成碳化层，阻止氧气的进入有效阻止燃烧氢氧化镁作为阻燃剂具有诸多优点：分解能高，适用于耐高温高分子材料的阻燃;绿色环保、无毒无污染;具有较好的抑烟效果，阻燃效果稳定;与其他阻燃剂具有协同效果。同时具有可喷施、灭火速度快、灭火后烟气少、阻燃效果好、无毒无害的特点。

2 液体阻燃剂喷施方法研究

薄型防火阻燃剂的特点是涂层厚度较薄、自重轻、附着力较好。这为施工提供了方便，可以采用喷涂方式。但薄型防火涂料薄型防火涂料的施工对天气、环境要求较高，施工过程中受气候影响较大，雨季或湿度太大会影响涂料的成膜和粘结强度。环境温度宜保持在5-38 ℃，相对湿度不超过85% 的气候条件下为宜。施工过程中和涂层干燥固化前，应避免涂层遭受雨水浸泡、冲淋，以防止涂层干燥固化不好，粘结不牢或出现粉化。

氢氧化镁阻燃剂受热分解时释放结合水，吸收反应释放的热量，降低材料表面的温度，延缓材料的热分解同时减低材料的燃烧速率，达到阻燃的目的。将水溶性氢氧化镁阻燃剂喷涂于草原上，即可达到阻燃效果亦不影响植被生长。

3 断线相电流突变量

以 A 相断线、AB 相断线和三相断线为例，计算断线后各相电流变化情况，如表 1 所示。

表1 中ΔIA 、ΔIB 、ΔIC 分别表示断线后A 相、B 相、C 相的电流突变量，Iloa表示断线前瞬间线路的负荷电流。由表所示，三相断线时三相电流均发生突增。

4 短路电流

在三相系统中，可能发生的短路有三相短路、两相短路、单相短路、单相接地短路和两相接地短路。根据电力系统运行经验，在各种类型短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少，三相短路虽较少发生但情况较严重。

（1）三相短路时，短路电流为：

（S为短路容量，Uav为平均额定电压）

（2）单相接地短路时，短路电流为：

I=3Ial（Ial为A相正序电流）

（3）两相短路时，短路电流为：

（Ial为A相正序电流）

（4）两相短路接地时，短路电流为：

（Ial为A相正序电流，         为零序电抗，

为负序电抗）

5 液体阻燃剂喷施范围

根据水平方向运动路程及垂直方向受重力影响运动路程，联立求解：

即可得需喷洒范围为以S为半径的圆周，于此范围内喷洒即可保障覆盖输电线路断线引起的山火灾害。

参考文献：

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