淺析新型阻燃材料用于配電線路防山火技術研究

劉慧 史昌明 黨樂 陳忠源 佟敏 崔亞茹

摘 要：隨著電力系統不斷發展，架空線路逐漸增多，內蒙古地區有大量110千伏及以下配電線路穿越草原，春秋兩季防山火形勢嚴峻，存在草原火災對線路造成的威脅，同時也存在線路斷線引發草原火災的危險。為此，首先探索新型阻燃劑對輸電線路110千伏及以下配電線路通道內草場的阻燃效果，再從不同接地方式造成山火影響范圍進行研究，對推動新型阻燃劑防山火意義重大。

關鍵詞：斷線電流;水溶性氫氧化鎂;阻燃性能

0引言

近年來，伴隨電網規模的擴大，經行山區、林區的輸電線路不斷增加，線路走廊附近村民燒荒等行為引燃的山火對輸電線路安全穩定運行造成的威脅也日益加劇。內蒙古地區草原面積遼闊且有大量110千伏及以下配電線路穿越草原，在春秋兩季防山火形勢嚴峻，存在草原火災對線路造成的威脅，同時也存在線路斷線引發草原火災的危險。目前，對于輸配電線路通道防山火尚無一種有效的主動防御措施。

電力系統中性點接地方式可分為大接地電流系統和小接地電流系統，在我國，110kV及以上電力網一般采用中性點直接接地系統，中低壓電網（35kV及以下電壓等級的電網）一般采用中性點不接地或經消弧線圈接地的小接地電流系統。高壓輸電線路覆蓋面廣，輸電線路不同斷線方式產生的短路電流亦不相同。基于此，研究分析不同斷線方式短路電流值及新型阻燃劑對草原防山火的情況。

1 防火阻燃劑阻燃機理

阻燃劑自身不易燃或難燃，使得基材與空氣得到很好的隔絕，從而延緩受火和溫度傳遞速度。防火阻燃劑具有較低的導熱系數，當發生火災時，可以延遲火勢蔓延。發生火災時，阻燃劑受熱，放出大量的惰性氣體，這些氣體與空氣混合，降低了周邊的氧氣等易燃物的濃度，從而有效減緩燃燒的傳遞速度。在阻燃劑組成成分中，一些含氮的原材料，受熱分解出氨氣等基團，這些基團與易燃的有機物基團發生化合反應，阻礙了易燃物質的燃燒，有效降低周圍的溫度。

氫氧化鎂經過熱分解產生水蒸氣不僅有效的降低材料的表面溫度而且稀釋了材料表面氧氣的濃度，氫氧化鎂分解時吸收大量的熱，降低被阻燃的溫度，分解產生的氧化鎂可以覆蓋于材料表面隔絕氧氣阻止進一步燃燒。氫氧化鎂作為一種無毒，環保阻燃劑，還具有抑煙作用。同時，當氫氧化鎂阻燃劑與其他阻燃劑共同使用時，可產生協同阻燃效果。但是在應用上其也存在一定挑戰，氫氧化鎂具有較高的表面能，未經改性的氫氧化鎂易于團聚，分散性能差，與多數聚合物基體材料相容性差。

現市場已研究發現一種水溶性氫氧化鎂新型阻燃劑，氫氧化鎂阻燃劑具有較高的熱分解溫度。熱分解過程中沒有結晶水析出，只產生大量的水蒸氣，燃燒過程中，不僅不產生有害物質，還能中和酸性氣體避免二次污染，更加綠色環保，原料豐富易得，價格低廉。氫氧化鎂阻燃劑不僅具有較好的阻燃效果還兼具阻燃和填充的雙重功效。除此之外，還具有與其他阻燃劑共同使用的協同阻燃效果。氫氧化鎂阻燃劑的諸多優點與其燃燒分解產生氧化鎂和水的阻燃機理密切相關。氫氧化鎂在加熱至340℃時即受熱分解并產生大量水蒸氣，水蒸氣能夠吸收大量的熱量降低材料的表面溫度減少可燃物質產生，水蒸氣稀釋了材料表面的氧氣，使燃燒難以進行。此外，燃燒生成的耐火材料氧化鎂在高分子材料表面形成碳化層，阻止氧氣的進入有效阻止燃燒氫氧化鎂作為阻燃劑具有諸多優點：分解能高，適用于耐高溫高分子材料的阻燃;綠色環保、無毒無污染;具有較好的抑煙效果，阻燃效果穩定;與其他阻燃劑具有協同效果。同時具有可噴施、滅火速度快、滅火后煙氣少、阻燃效果好、無毒無害的特點。

2 液體阻燃劑噴施方法研究

薄型防火阻燃劑的特點是涂層厚度較薄、自重輕、附著力較好。這為施工提供了方便，可以采用噴涂方式。但薄型防火涂料薄型防火涂料的施工對天氣、環境要求較高，施工過程中受氣候影響較大，雨季或濕度太大會影響涂料的成膜和粘結強度。環境溫度宜保持在5-38 ℃，相對濕度不超過85% 的氣候條件下為宜。施工過程中和涂層干燥固化前，應避免涂層遭受雨水浸泡、沖淋，以防止涂層干燥固化不好，粘結不牢或出現粉化。

氫氧化鎂阻燃劑受熱分解時釋放結合水，吸收反應釋放的熱量，降低材料表面的溫度，延緩材料的熱分解同時減低材料的燃燒速率，達到阻燃的目的。將水溶性氫氧化鎂阻燃劑噴涂于草原上，即可達到阻燃效果亦不影響植被生長。

3 斷線相電流突變量

以 A 相斷線、AB 相斷線和三相斷線為例，計算斷線后各相電流變化情況，如表 1 所示。

表1 中ΔIA 、ΔIB 、ΔIC 分別表示斷線后A 相、B 相、C 相的電流突變量，Iloa表示斷線前瞬間線路的負荷電流。由表所示，三相斷線時三相電流均發生突增。

4 短路電流

在三相系統中，可能發生的短路有三相短路、兩相短路、單相短路、單相接地短路和兩相接地短路。根據電力系統運行經驗，在各種類型短路中，單相短路占大多數，兩相短路較少，三相短路的機會最少，三相短路雖較少發生但情況較嚴重。

（1）三相短路時，短路電流為：

（S為短路容量，Uav為平均額定電壓）

（2）單相接地短路時，短路電流為：

I=3Ial（Ial為A相正序電流）

（3）兩相短路時，短路電流為：

（Ial為A相正序電流）

（4）兩相短路接地時，短路電流為：

（Ial為A相正序電流，? ? ? ? ?為零序電抗，

為負序電抗）

5 液體阻燃劑噴施范圍

根據水平方向運動路程及垂直方向受重力影響運動路程，聯立求解：

即可得需噴灑范圍為以S為半徑的圓周，于此范圍內噴灑即可保障覆蓋輸電線路斷線引起的山火災害。

參考文獻：

[1] 國家電力調度通信中心. 國家電網公司繼電保護培訓教材[M]. 北京： 中國電力出版社2009.

[2] 李潤先.中壓電網系統接地實用技術[M].北京： 中國電力出版社，2001.121-126.

[3]劉明巖.配電網中性點接地方式的選擇[J].電網技術，2004，28（16）：86-88.

[4]趙麗，蓋廣清，王立艷等.氫氧化鎂阻燃劑表面改性技術研究進展[J].當代化工，2015（9）：2242-2245.

[5]許世清.淺談輸配電線路的運行維護與管理[J].機電信息，2011（12）.