本发明提供了一种基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法及系统，包括：获取山火火场输电线路区段的导线对地高度，依据导线对地高度将灭火水剂下落水体分为航空灭火装置的初始飞行高度与导线间的防蒸发段、包络导线段以及导线对地段；计算山火火场高温烟羽流在不同高度处的温度，根据设置的灭火水剂与火场高温烟羽流换热的边界条件，计算灭火水剂在防蒸发段下落过程中的加热温度并且计算灭火水剂下落到导线对地高度时灭火水剂在包络导线段的平均扩散程度；判断加热温度与防蒸发体系失效温度阈值之间的关系以及平均扩散程度与绝缘临界扩散程度之间的关系；根据前述关系调节航空灭火装置的飞行高度。
1.基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取山火火场输电线路区段的导线对地高度 以及导线安全距离 ，依据所述导线对地高度将灭火水剂下落水体区域分为防蒸发段 、包络导线段以及导线对地段 ，其中 为航空灭火装置初始飞行高度；
S2：计算山火火场高温烟羽流在不同高度处的温度，根据设置的灭火水剂与火场高温烟羽流换热的边界条件，计算灭火水剂在所述防蒸发段下落过程中的加热温度；
S3：判断加热温度与防蒸发体系失效温度阈值之间的大小关系，根据大小关系计算灭火水剂下落到导线对地高度 时灭火水剂在包络导线段 的平均扩散程度以及计算灭火水剂在所述导线对地段 的平均扩散程度；
S4：将灭火水剂在包络导线段 的平均扩散程度、灭火水剂在导线对地段 的平均扩散程度与绝缘临界扩散程度之间的大小关系作为调节约束并根据所述调节约束调节航空灭火装置的飞行高度。
2.根据权利要求1所述的基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法，其特征在于，所述S3中加热温度与防蒸发体系失效温度阈值之间的大小关系对灭火水剂扩散的影响包括：
当加热温度T1高于防蒸发体系失效温度阈值Th时，灭火水剂开始快速扩散；
当加热温度T1低于防蒸发体系失效温度阈值Th时，灭火水剂按原速度扩散；
其中，防蒸发体系失效温度阈值Th为80℃‑150℃。
3.根据权利要求1所述的基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法，其特征在于，所述调节约束包括：
保证包络导线段绝缘，不发生输电线路相间闪络的航空灭火装置飞行高度区间为； 为保证包络导线段绝缘，不发生输电线路相间闪络的航空灭火装置飞行高度阈值；
保证导线对地段绝缘，满足间隙绝缘要求的航空灭火装置飞行高度区间为 ；
为保证导线对地段绝缘，满足间隙绝缘要求的航空灭火装置飞行高度阈值。
4.根据权利要求3所述的基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法，其特征在于，所述调节约束还包括：
输电线路山火使灭火水剂蒸发量小于40%时的航空灭火装置飞行高度区间为 ，为输电线路山火使灭火水剂蒸发量为40%时的航空灭火装置飞行高度。
5.根据权利要求4所述的基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法，其特征在于，根据所述调节约束调节航空灭火装置的飞行高度的方式为：当平均扩散程度小于绝缘临界扩散程度30%，降低航空灭火装置飞行高度的5%；当灭火水剂扩散程度大于绝缘临界扩散程度，则提高航空灭火装置飞行高度的5%。
6.根据权利要求1所述的基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法，其特征在于，所述S2中山火火场高温烟羽流在不同高度处的温度计算方法如下：由火焰区，即连续和间歇火焰区的温度计算公式得：式中，为火焰体高度为 处相对周围环境温度的温升； 为环境温度； 植被燃烧区域的高度；为山火强度； 为火焰高度，连续火焰区高度和间歇火焰区高度之和；为灭火水剂的扩散角；
在烟雾区由于不再有火焰，仅仅依靠火焰产生的辐射热加热上方空气，其温度 与间隙高度 的关系可用下式描述：
7.根据权利要求1所述的基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法，其特征在于，灭火水剂开始快速扩散时扩散的锥角为25°‑50°，灭火水剂按原速度扩散时扩散的锥角为5‑15°。
8.根据权利要求3所述的基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法，其特征在于，平均扩散程度由灭火水剂的单位面积灭火水剂剂量决定。
9.基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至8任一所述方法的步骤。
基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及输电线路山火防治技术领域，具体公开了一种基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法及系统。
背景技术
[0002] 近年来，受持续干旱天气以及输电线路附近居民生产生活的影响，输电线路走廊内山火事故频发，严重威胁了电网的安全稳定运行。
[0003] 采用直升机灭火可以不受地面道路堵塞等外部条件限制，能快速到达火场进行灭火。但是输电线路山火现场环境复杂，航空灭火的灭火水剂依靠飞行员的经验，但是现场风
速、火场烟羽流速度以及火场温度等因素对灭火水剂的精准度存在较大的影响，低精准度
灭火浪费了大量的灭火水剂。同时，输电线路山火现场温度高，灭火水剂在下落过程中蒸发
量达到60％‑80％，因此开展输电线路山火航空灭火评估，必须要考虑灭火水剂的蒸发量。
减少灭火水剂蒸发量的方法就是减少灭火水剂的体积，使灭火水剂保持为整体水柱，防止
灭火水剂扩散。然而，输电线路电压高达1000kV，当240L/min流量时，水剂密度比暴雨
(16mm/h)还要高36倍，整体水柱从高处流经输电线路相间间隙或输电线路对地间隙时，易
导致输电线路跳闸甚至对直升机放电，无法应用在输电线路山火的扑救。从上述描述可知，
灭火水剂以水柱形式喷洒时，灭火水剂扩散面积较小，但绝缘性能差；灭火水剂在出口处分
散时，灭火水剂在输电线路的低空处时绝缘性能好，但下落过程蒸发量特别大。即绝缘性能
与防蒸发性是存在矛盾。
发明内容
[0004] 本发明目的在提供一种基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法及系统，以解决现有技术中存在的没有以航空灭火中绝缘性能与防蒸发性的矛盾进行协同控制的
技术缺陷。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法，参见图1，包括以下步骤：
[0006] S1：获取山火火场输电线路区段的导线对地高度Hline以及导线安全距离La，依据所述导线对地高度将灭火水剂下落水体分为航空灭火装置的初始飞行高度与导线间的防蒸
发段[Hline+La，H0]、包络导线段[Hline,Hline+La]以及导线对地段[0,Hline]。
[0007] 参见图2，包络导线段为导线到导线的上方对应电压等级的安全距离，导线对地段为输电导线与地之间的分段，航空灭火装置与导线之间的除去包络导线段的分段即为防蒸
发段。
[0008] S2：计算山火火场高温烟羽流在不同高度处的温度，根据设置的灭火水剂与火场高温烟羽流换热的边界条件，计算灭火水剂在防蒸发段下落过程中的加热温度。
[0009] 参见图3，山火火场高温烟羽流在不同高度处的温度计算方法如下：
[0010] 参见图4，输电线路山火热流场模型的分区通常包括火焰区、间歇区和烟雾区。对应的，输电线路山火热流场模型各参数取值如下述表1所示：
[0011] 表1：
[0012]烟羽流范围 高度取值范围 N A
火焰区 0间歇区 1.32烟雾区 3.30
[0013] 由火焰区(连续火焰区和间歇火焰区)温度计算公式得：
[0014]
[0015] 式中：T为火焰体高度为z处相对周围环境温度的温升；Ta为环境温度；zd植被燃烧区域的高度；I为山火强度；D1为火焰高度，连续火焰区高度和间歇火焰区高度之和；
[0016]
[0017] 在烟雾区由于不再有火焰，仅仅依靠火焰产生的辐射热加热上方空气，其温度T与间隙高度z的关系可用下式描述：
[0018]
[0019] S3：判断加热温度与防蒸发体系失效温度阈值之间的大小关系，根据大小关系计算灭火水剂下落到导线对地高度Hline时灭火水剂在包络导线段[Hline,Hline+La]的平均扩散
程度以及计算灭火水剂在所述导线对地段[0,Hline]的平均扩散程度。
[0020] 扩散程度的决定参数为扩散角α，扩散角的决定参数又为温度阈值。当加热温度T1高于防蒸发体系失效温度阈值Th时，灭火水剂开始快速扩散，即扩散角增大；当加热温度T1
低于发体系失效温度阈值Th时，灭火水剂按原速度扩散。下表2为灭火水剂扩散角α取值。
[0021] 表2
[0022]
[0023] 灭火水剂开始快速扩散时扩散的锥角为25°‑50°，灭火水剂按原速度扩散时扩散的锥角为5‑15°。防蒸发体系失效温度阈值Th为80℃‑150℃。
[0024] S4：将灭火水剂在包络导线段[Hline,Hline+La]的平均扩散程度、灭火水剂在导线对地段[0,Hline]的平均扩散程度与绝缘临界扩散程度之间的大小关系作为调节约束并根据
所述调节约束调节航空灭火装置的飞行高度。
[0025] 参见图5，假设直升机灭火装置初始飞行高度为H0，则需要计算直升机灭火时是否满足3个要求：
[0026] 要求1：防蒸发，备选条件，蒸发量越小越好。高度越高，防蒸发性能越差。
[0027] 要求2：包络导线段绝缘，必选条件，不满足会跳闸，影响极大。高度越高，包络导线段绝缘性能越好。
[0028] 要求3：导线对地段绝缘，必选条件，不满足会跳闸，影响极大。高度越高，导线对地段绝缘性能越好。
[0029] 满足要求1时，输电线路山火灭火水剂蒸发量小于40％的航空灭火装置飞行高度区间为H
[0030] 满足要求2时，不发生输电线路相间闪络的航空灭火装置飞行高度区间为H＞H2；
[0031] 满足要求3时，使灭火水剂对地绝缘性能恰好满足间隙绝缘要求的高度，航空灭火装置飞行高度区间为H＞H3；
[0032] M1：如果H1
[0033] M2：如果min(H2,H3)
[0034] M3：如果H1>max(H2,H3)，则取航空灭火装置的飞行高度为max(H2,H3)
[0035] 影响灭火水剂绝缘性能的参数包括：电压等级、颗粒尺寸、单位体积内的颗粒数。平均扩散程度由灭火水剂的单位面积灭火水剂剂量决定。绝缘临界扩散程度(单位面积的
灭火水剂剂量)取值为小于3mm。灭火水剂在导线对地段的平均扩散程度为Q/S。S为导线以
下的灭火水剂扩散的面积，该面积与H和H1、H2和H3具有对应计算关系。
[0036] 平均扩散程度超过绝缘临界扩散程度30％，则降低航空灭火装置飞行高度的5％；灭火水剂扩散程度小于绝缘临界扩散程度，则提高航空灭火装置飞行高度的5％。
[0037] 依托于上述方法，本发明还提供了一种基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理
器执行计算机程序时实现上述任一方法的步骤。
[0038] 本发明具有以下有益效果：
[0039] 本发明公开了一种绝缘性能与防蒸发性能协同控制方法。该方法通过设定航空灭火装置飞行高度，分析灭火水剂在空中被加热的程度，获得灭火水剂防蒸发体系的失效程
度；进一步利用防蒸发灭火剂对温度特别敏感的特性，根据灭火水剂防蒸发体系的失效程
度，计算航空灭火装置灭火水剂在空中的扩散状态，从而获得灭火水剂在空中的绝缘性能
评估。再调整航空灭火装置的飞行高度，直至灭火水剂同时满足防蒸发性能和绝缘性能。本
发明考虑了防蒸发灭火水剂在高空被加热和蒸发对浓度影响的过程，从而计算防蒸发灭火
水剂的扩散程度；本发明对比分析了防蒸发灭火水剂在包络导线段的绝缘性能，为避免航
空直升机灭火的相间闪络提供评估依据。本发明对比分析了防蒸发灭火水剂在导线对地段
的绝缘性能，为避免航空直升机灭火的单相对地闪络提供评估依据。
[0040] 下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
[0041] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0042] 图1为本发明的基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法流程图；
[0043] 图2为本发明的基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法中分段情况示意图；
[0044] 图3为本发明的基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法中灭火水剂下落场景示意图；
[0045] 图4为本发明的基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法中火场温度场景示意图；
[0046] 图5为本发明的基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法中H1、H2和H3分布示意图。
具体实施方式
[0047] 以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0048] 实施例1
[0049] 本实施例提供了一种基于航空灭火的绝缘和防蒸发性能协同控制方法控制航空装置的具体操作步骤：
[0050] 首先，接到告警220kV紫濂II线#43杆塔下方发生山火。
[0051] 通过PMS系统查询到该输电线路区段的导线对地高度为13m；220kV对应的安全距离为3m，因此，包络导线段的高度为13‑16m的高度区间；航空灭火装置的飞行速度为13.8m/
s，喷洒流量为80L/s，初始飞行高度50m与包络导线段的16m处之间34m为防蒸发段；导线对
地段为0‑13m的高度区间。
[0052] 然后，计算获得山火火场的温度曲线如图4所示。在12m处温度为150℃，在18m处为80℃，
[0053] 接着，获取参数：现场风速为2.8m/s，灭火水剂在18m‑50m高度处的扩散角为10°，在12‑18m高度处扩散角为35°，在0‑12m高度处扩散角为40°，因此，灭火水剂在导线包络段
13‑16m的扩散程度计算如下：
[0054] 16m高度处的扩散面积计算方法为：
[0055] 3.14*((50‑18)*SIN(10/360)+(18‑16)*SIN(35/360))*((50‑18)*SIN(10/360)
[0056] +(18‑16)*SIN(35/360))+((50‑18)*SIN(10/360)+(18‑16)
[0057] *SIN(35/360))*13.8＝18.72m2
[0058] 16m高度处的单位面积的灭火水剂剂量为：
[0059] 80/18.72＝4.27
[0060] 13m高度处的扩散面积计算方法为：
[0061] 3.14*((50‑18)*SIN(10/360)+(18‑13)*SIN(35/360))*((50‑18)*SIN(10/360)
[0062] +(18‑13)*SIN(35/360))+((50‑18)*SIN(10/360)+(18‑13)
[0063] *SIN(35/360))*13.8＝25.01m2
[0064] 13m高度处的单位面积的灭火水剂剂量为：
[0065] 80/25.01＝3.20
[0066] 最后，对比导线包络段灭火水剂的扩散绝缘程度与灭火水剂绝缘临界扩散程度，13m与16m高度处的扩散绝缘程度均大于灭火水剂绝缘临界扩散程度3.0mm，可见不满足绝
缘的要求，应提高航空灭火装置飞行高度5％，即2.5m。
[0067] 采用52.5m飞行高度计算，获得16m高度处的单位面积的灭火水剂剂量为3.97，13m高度处的单位面积的灭火水剂剂量3.0。仍然不满足绝缘要求，再经过4轮提高高度即52.5*
(1.05)4＝63.8m时，16m高度处绝缘扩散程度为2.94mm，13m处绝缘扩散程度为2.34mm。满足
绝缘要求。
[0068] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
