CN114636901B - 一种变压器网侧套管爆炸特性测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变压器网侧套管爆炸特性测试系统，包括：设置于导电杆内的起爆药柱，起爆药柱中包裹电雷管，电雷管与位于网侧套管外部的起爆器相连接；用于拍摄爆炸火球图像的高速相机；沿起爆药柱几何中心的水平射线方向依次布置的若干个压力传感器，此若干个压力传感器用于采集爆炸超压数据；起爆药柱的爆炸当量等于故障电弧能量；起爆药柱的几何中心位于故障电弧位置处；本发明可以定量研究不同故障电弧能量和不同故障电弧位置对变压器网侧套管爆炸特性的影响，实时记录网侧套管的自由场爆炸超压数据和摄录爆炸火球动态演变过程，为研究网侧套管爆炸能量传播演化规律和特高压换流变火灾防护措施提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备安全运行测试技术领域，尤其是一种变压器网侧套管爆炸特性测试系统及测试方法。
背景技术
网侧套管是特高压换流变压器的关键设备，网侧套管通过高压引线连接变压器内部绕组，是变压器中易发生故障电弧的薄弱部位。因网侧套管故障电弧能量引发火灾爆炸不仅造成变压器本体破坏，而且存在火灾爆炸规模扩大的风险。为了研究特高压换流变压器网侧套管爆炸能量传播演化规律，为特高压换流变火灾防护措施提供理论基础和技术支撑，需要研发特高压换流变压器网侧套管爆炸特性测试系统和测试方法。
目前，有关特高压换流变压器网侧套管爆炸的研究更多集中在爆炸原因分析和应对措施方面，缺乏网侧套管爆炸参数定量分析。爆炸超压、爆炸速度和火球几何尺寸是表征网侧套管爆炸特性的重要参数。获取这些爆炸关键参数是揭示特高压换流变压器网侧套管爆炸动力学演化机理的基础。
在网侧套管火灾爆炸中，故障电弧能量和故障电弧位置是影响网侧套管爆炸关键参数变化规律的主要因素，目前还没有一种测试系统和测试方法可以同时考虑故障电弧能量和故障电弧位置对网侧套管爆炸特性的影响。另外，如何在网侧套管爆炸特性测试系统中准确等效故障电弧能量和精确模拟故障电弧位置也成为亟待解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种变压器网侧套管爆炸特性测试系统，用于采集网侧套管的爆炸火球图像数据和爆炸超压数据。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：
一种变压器网侧套管爆炸特性测试系统，网侧套管由外至内依次为瓷套筒、电容芯体、导电杆；测试系统包括：
设置于导电杆内的起爆药柱，所述起爆药柱中包裹着电雷管，所述电雷管与位于网侧套管外部的起爆器相连接；
高速相机，所述高速相机用于拍摄爆炸火球图像并发送给计算机；
沿起爆药柱几何中心的射线方向在网侧套管外部依次布置的n个压力传感器，所述压力传感器用于采集爆炸超压数据；此n个压力传感器依次连接电荷放大器和示波器，所述示波器用于获取此n个压力传感器所采集的爆炸超压数据并发送给计算机。
优选的，所述起爆药柱的爆炸当量等于故障电弧能量；所述起爆药柱的几何中心位于故障电弧位置处。
优选的，测试系统还包括炸药定位辅助装置；所述炸药定位辅助装置包括设置于导电杆内部的定位杆和设置于网侧套管顶部的钢板；
所述定位杆设有外螺纹；所述钢板的几何中心位置处设有第一通孔；第一通孔设有与定位杆的外螺纹相适配的内螺纹，定位杆穿过第一通孔与钢板螺纹连接；起爆药柱包裹着电雷管固定在定位杆上，且起爆药柱的几何中心位于故障电弧位置处；所述钢板上还设有第二通孔，用于穿过连接电雷管和起爆器的导线。
优选的，测试系统还包括：摄像头、与摄像头相连接的监视器；所述摄像头用于拍摄爆炸画面；所述监视器用于实时监视爆炸画面。
优选的，测试系统还包括：设定于现场用于灭火的电控防爆消防水炮；根据实时监视的爆炸画面，控制电控防爆消防水炮移动至指定区域进行灭火。
优选的，所述高速相机外套设有用于保护高速相机的保护箱；所述保护箱与高速相机镜头正对的一侧采用防爆耐压的有机玻璃；保护箱与高速相机镜头相背的一侧设有开口；保护箱的其余侧为合金材质。
优选的，故障电弧位置为沿着网侧套管的高度方向发生绝缘电阻异常变化的部位。
优选的，起爆药柱由黑索金粉末与铝粉的混合粉末制作形成，根据故障电弧能量We计算起爆药柱中的黑索金粉末的质量和铝粉的质量，具体如下所示：
故障电弧能量We为：
其中，We表示故障电弧能量，ue表示故障电弧两端的电压值，ie表示故障电弧的电流值，t表示时间；
设起爆药柱中的黑索金的质量为x克，铝粉的质量为y克，即黑索金的物质的量为x/222mol，铝粉的物质的量为y/27mol；
x/222mol的黑索金爆炸反应方程式为：
式中，C3H6O6N6是黑索金的化学分子式，H2O是气态水，CO是一氧化碳的分子式，N2是氮气的分子式；
y/27mol的铝热反应方程式为：
式中，Al是铝粉，O2是氧气的分子式，Al2O3是氧化铝的分子式；
x/222mol的黑索金爆炸反应热QRDX为：
式中，QPRDX等于黑索金爆炸反应方程式中H2O与CO的生成热之和减去C3H6O6N6的生成热；
y/27mol的铝热反应热QAl为：
QAl＝QPAl
式中，QPAl是铝热反应方程式中的的Al2O3的生成热；
起爆药柱的总爆炸反应热QAll为：
QAll＝QRDX+QAl
根据下面两个等式，求解起爆药柱中黑索金的质量x克和铝粉的质量y克：
We＝QAll
x+y＝mAll
式中，mAll是起爆药柱的总质量，mAll的取值与We之间存在如下关系：
若0kJ<We<1000kJ，则mAll＝40克；
若1000kJ<We<3000kJ，则mAll＝100克；
若3000kJ<We，则mAll＝300克。
优选的，此n个压力传感器在竖直方向上的高度与起爆药柱几何中心在竖直方向上的高度相同，即此n个压力传感器沿起爆药柱几何中心的水平射线方向依次布置；第i个压力传感器距起爆药柱几何中心的水平距离为li，i＝1,2,3,…,n；
根据爆炸火球图像和各个压力传感器所采集的爆炸超压数据，计算网侧套管爆炸冲击波的超压峰值和传播速度，具体如下所示：
针对各个压力传感器的爆炸超压数据，分别绘制各个压力传感器的爆炸超压与时间的关系曲线；在各个压力传感器的爆炸超压与时间的关系曲线中，分别读取超压极大值即超压峰值；其中，第i个压力传感器的爆炸超压与时间的关系曲线中的超压极大值即为第i个压力传感器的超压峰值Pi，第i个压力传感器的超压峰值Pi对应的时间为t(Pi)；
根据第i个压力传感器距起爆药柱几何中心的水平距离li，计算网侧套管爆炸冲击波的传播速度：
其中，vi表示网侧套管爆炸冲击波在第i个压力传感器和第i+1个压力传感器的中间位置处的传播速度。
本发明还提供一种变压器网侧套管爆炸特性测试方法，用于根据所采集的网侧套管的爆炸火球图像数据和爆炸超压数据，计算网侧套管爆炸冲击波的超压峰值和传播速度，获得网侧套管爆炸参数。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：
一种变压器网侧套管爆炸特性测试方法，包括以下步骤：
S1，计算故障电弧能量，确定网侧套管内部的故障电弧位置，且故障电弧位置与网侧套管顶部的载流接触面之间的距离为lc；
S2，根据故障电弧能量设计起爆药柱，使得起爆药柱的爆炸当量等于故障电弧能量；
S3，将电雷管插入起爆药柱中，起爆药柱包裹着电雷管固定在定位杆的一端，导线的一端连接电雷管，导线的另一端沿着定位杆延伸；
S4，将定位杆固定起爆药柱的一端插入网侧套管的导电杆内；定位杆的另一端穿过钢板上的第一通孔，导线的另一端沿着定位杆延伸并穿过钢板上的第二通孔；钢板放置在网侧套管的顶部即载流接触面的位置上；通过定位杆的外螺纹与第一通孔的内螺纹的配合，定位杆固定在钢板上，定位杆的长度为h3，且定位杆远离起爆药柱的一端伸出钢板的长度为(h3-lc)，使得定位杆上起爆药柱的几何中心位于故障电弧位置处；导线的另一端穿过第二通孔后与位于网侧套管外部的起爆器相连接；
S5，沿起爆药柱几何中心的水平射线方向依次间隔布置的n个压力传感器；此n个压力传感器在竖直方向上的高度与起爆药柱几何中心在竖直方向上的高度相同；第i个压力传感器距起爆药柱几何中心的水平距离为li，i＝1,2,3,…,n；将此n个压力传感器通过电荷放大器与示波器相连接，示波器获取此n个压力传感器所采集的爆炸超压数据并发送给计算机；
S6，将高速相机的镜头朝向变压器网侧套管，高速相机拍摄爆炸火球图像并将爆炸火球图像数据发送给计算机；
S7，将起爆器、示波器、高速相机连接至同步触发装置，通过同步触发装置触发起爆器完成一次起爆动作，同时触发示波器和高速相机实时记录数据；
S8，根据爆炸火球图像数据和爆炸超压数据，计算网侧套管爆炸冲击波的超压峰值和传播速度，具体如下所示：
S801，针对各个压力传感器的爆炸超压数据，分别绘制各个压力传感器的爆炸超压与时间的关系曲线；
S802，在各个压力传感器的爆炸超压与时间的关系曲线中，分别读取超压极大值即超压峰值；
其中，第i个压力传感器的爆炸超压与时间的关系曲线中的超压极大值，即为第i个压力传感器的超压峰值Pi，第i个压力传感器的超压峰值Pi对应的时间为t(Pi)；
S803，根据第i个压力传感器距起爆药柱几何中心的水平距离li，依次计算网侧套管爆炸冲击波的传播速度：
其中，vi表示网侧套管爆炸冲击波在第i个压力传感器和第i+1个压力传感器的中间位置处的传播速度。
本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种变压器网侧套管爆炸特性测试系统，可以定量研究不同故障电弧能量和不同故障电弧位置对变压器网侧套管爆炸特性的影响，可以实时记录网侧套管发生爆炸的自由场爆炸超压和摄录爆炸火球动态演变过程，为研究网侧套管爆炸能量传播演化规律和特高压换流变火灾防护措施提供技术支撑。
(2)本发明的起爆子系统通过设计爆炸当量的起爆药柱和炸药定位辅助装置，可以准确地等效网侧套管内部故障电弧能量和模拟故障电弧位置，其中炸药定位辅助装置定位准确、操作简单、安全可靠，解决了网侧套管爆炸特性测试系统中难以模拟故障电弧能量和故障电弧位置的工程问题。
(3)本发明提供了一种变压器网侧套管爆炸特性测试方法，可以准确地记录网侧套管爆炸冲击波自由场超压时程和摄录网侧套管爆炸火球演化形态，测试方法实现了网侧套管爆炸超压峰值和测量爆炸冲击波传播速度的提取，为测量网侧套管爆炸参数提供一种安全准确实用的方法。
附图说明
图1为变压器网侧套管爆炸特性测试系统的整体结构示意图。
图2为起爆子系统的结构示意图。
图3为炸药定位辅助装置的侧面示意图。
图4为变压器网侧套管爆炸特性测试方法的流程图。
图5为网侧套管爆炸的爆炸超压时程曲线图。
图中附图标记的含义如下：
1-网侧套管、2-瓷套筒、3-电容芯体、4-导电杆、5-拉杆、6-接线端子、7-网侧升高座、8-变压器油箱、9-载流接触面、10-起爆药柱、11-电雷管、12-炸药定位辅助装置、13-钢板、14-定位杆、15-导线、16-起爆器、17-第二通孔、18-胶带、19-第一压力传感器、20-第二压力传感器、21-第三压力传感器、22-第四压力传感器、23-抗噪信号线、24-电荷放大器、25-示波器、26-计算机、27-高速相机、28-传感器立柱、29-三脚架、30-第一摄像头、31-第二摄像头、32-监视器、33-第一摄像头立柱、34-第二摄像头立柱、35-保护箱、36-安全室、37-电控防爆消防水炮、38-同步触发装置
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种变压器网侧套管爆炸特性测试系统及测试方法，其具体的结构和方法流程分别如图1-4所示。
一种变压器网侧套管爆炸特性测试系统包括：变压器网侧套管1、起爆子系统、数据采集子系统、监控子系统、安全防护子系统和同步触发装置。
所述变压器网侧套管1为筒体结构件，结构件由外至内依次是瓷套筒2、电容芯体3、导电杆4和拉杆5，拉杆末端与接线端子6螺纹连接，接线端子6位于网侧升高座7内部并与变压器油箱8相连；结构件顶部是采用螺栓紧固的载流接触面9。
所述导电杆4是长度为7.5m的空心管，其圆形横截面外径为100mm；所述拉杆5是长度为7.5m的非空心管，其圆形横截面半径为16mm。
所述起爆子系统包括起爆药柱10、电雷管11、炸药定位辅助装置12、导线15和起爆器16，起爆药柱10包裹着电雷管11固定在炸药定位辅助装置12上，炸药定位辅助装置12位于网侧套管的导电杆4内部，电雷管11的导线15沿着炸药定位辅助装置12延伸至网侧套管外部与起爆器16相连，通过远程操作起爆器16实现起爆动作。
所述起爆药柱10是由黑索金粉末与铝粉的混合粉末制作形成的圆柱形药柱，其爆炸当量等于故障电弧能量；所述起爆药柱10包裹着电雷管11是将电雷管11插入圆柱形起爆药柱10中，采用PVC袋外包裹圆柱形起爆药柱10以固定起爆药柱10和电雷管11；所述炸药定位辅助装置12是由公称直径为20mm的外螺纹、材质为45号钢、长度为7.5m的定位杆14和边长为200mm、厚度为20mm的方形钢板13组成；其中，钢板13的几何中心位置是公称直径为20mm的内螺纹洞孔即第一通孔；第一通孔旁是一个直径为10mm的圆形贯穿洞孔即第二通孔17，用于延伸导线15；所述起爆药柱10的几何中心位于故障电弧位置处。
所述数据采集子系统包括第一压力传感器19、第二压力传感器20、第三压力传感器21、第四压力传感器22、抗噪信号线23、电荷放大器24、示波器25、计算机26和高速相机27，四个压力传感器依次固定在四个传感器立柱28的柱顶，四个传感器立柱28沿起爆药柱10的几何中心在地面投影点的射线方向依次间隔布置，采用抗噪信号线23将电荷放大器24、示波器25和四个压力传感器进行连接并由示波器25传输自由场爆炸超压数据至计算机26，采用三脚架29固定高速相机27，并经抗噪信号线23将爆炸火球图像数据传输至计算机26；
所述监控子系统包括第一摄像头30、第二摄像头31和监视器32，在第一摄像头立柱33和第二摄像头立柱34上分别安装第一摄像头30和第二摄像头31，通过监视器32对网侧套管爆炸过程进行实时监控，监视爆炸试验进程和结果，确保爆炸试验过程安全可控；
所述安全防护子系统包括保护箱35、安全室36和电控防爆消防水炮37，保护箱35防止网侧套管爆炸产生的爆炸飞片和爆炸冲击波对高速相机27造成破坏，安全室36防止爆炸飞片和爆炸冲击波伤害测试人员，电控防爆消防水炮37由测试人员远距离控制其移动至指定灭火区域实现及时灭火；
所述同步触发装置38采用抗噪信号线23连接起爆器16、示波器25和高速相机27，通过发出电信号同步触发起爆器16完成起爆动作、示波器25实时记录自由场爆炸超压数据和高速相机27摄录爆炸火球动态演变过程。
所述压力传感器距地面的高度与起爆药柱10的几何中心距地面高度相同，且第一压力传感器19距起爆药柱10的几何中心水平距离为5m，第二压力传感器20距起爆药柱10的几何中心水平距离为6m，第三压力传感器21距起爆药柱10的几何中心水平距离为7m，第四压力传感器22距起爆药柱10的几何中心水平距离为8m；所述高速相机27距起爆药柱10的几何中心水平距离为30m；所述四个传感器立柱28是底座为圆盘形，柱身为可升降高度的活动立杆。
所述第一摄像头30被安装在距网侧套管水平距离为10m的第一摄像头立柱33上，所述第二摄像头31被安装在距网侧套管水平距离为10m且与第一摄像头30互成90°角的第二摄像头立柱34上。
所述保护箱35可以罩住高速相机27，镜头正对的箱体的一面是防爆耐压的有机玻璃，箱体的剩余部分是6061铝合金材质，保护箱35的背面开口，以便连接抗噪信号线23和调节相机；所述安全室36距起爆药柱10水平距离为40m，安全室36是一个由实心粘土砖砌筑而成的长4m、宽3m、高3m的房子，电荷放大器24、示波器25、计算机26、监视器32、同步触发装置38和起爆器16均被布置在安全室36内。
本发明的一种变压器网侧套管爆炸特性测试方法，包括以下步骤：
S1，采用兆欧表对网侧套管的内部绝缘电阻沿着网侧套管的高度方向进行测量，兆欧表的使用方法按照市售兆欧表的配套说明书中使用方法进行操作，绝缘电阻异常变化部位被判定为故障电弧位置，兆欧表测量绝缘电阻的阻值超过设定范围处可视为异常变化部位；同时测量该绝缘电阻异常变化部位距网侧套管载流接触面3.25m，按公式计算故障电弧能量为470kJ，其中，We是故障电弧能量，ue是故障电弧两端的电压值，ie是故障电弧的电流值，t是时间；
S2，根据网侧套管内部故障电弧能量计算起爆药柱10的爆炸当量，经计算，黑索金粉末的质量为30g，铝粉的质量为10g；
S3，依次称取30g的黑索金粉末和10g的铝粉，然后搅拌黑索金粉末与铝粉形成混合粉末，采用PVC袋包裹混合粉末制作成圆柱形起爆药柱10，电雷管11插入起爆药柱10之中；
S4，采用胶带18将起爆药柱10绑扎在炸药定位辅助装置12的定位杆14的一端，导线15的一端连接电雷管11，导线15的另一端沿着定位杆14延伸；
S5，通过卸掉螺栓进而拆卸网侧套管的载流接触面9和拆除拉杆5；
S6，将定位杆14绑扎起爆药柱10的一端插入网侧套管导电杆4内，同时定位杆14的另一端穿过钢板13的内螺纹洞孔，钢板13放置在网侧套管的载流接触面9位置上，旋转定位杆14使起爆药柱10几何中心与故障电弧位置重合，通过起爆药柱10在导电杆4内的位置模拟所述步骤S1中故障电弧位置，导线15穿过钢板13的第二通孔17延伸至网侧套管外部与起爆器16相连，并使起爆器16处于断电状态；
S7，将四个压力传感器安装在四个传感器立柱28的柱顶上，第一压力传感器19距起爆药柱10的几何中心水平距离为5m，第二压力传感器20距起爆药柱10的几何中心水平距离为6m，第三压力传感器21距起爆药柱10的几何中心水平距离为7m，第四压力传感器22距起爆药柱10的几何中心水平距离为8m，调节四个压力传感器的高度使四个压力传感器与起爆药柱10的几何中心处于同一水平高度，四个压力传感器与电荷放大器24通过抗噪信号线23相连，电荷放大器24与示波器25通过抗噪信号线23相连，示波器25与计算机26通过抗噪信号线23相连；
S8，将高速相机27安放在三脚架29上，高速相机27距起爆药柱10的水平距离为30m，高速相机27与计算机26通过抗噪信号线23相连，依次安装第一摄像头30和第二摄像头31，采用抗噪信号线23连接第一摄像头30、第二摄像头31和监视器32；
S9，采用抗噪信号线23依次将起爆器16、示波器25和高速相机27连接至同步触发装置38，确保所有测试人员进入安全室36后，通过同步触发装置38完成起爆动作，同时触发示波器25和高速相机27实时记录数据；
S10，完成一次数据采集后，测试人员通过监视器32观察网侧套管爆炸结果，若肉眼可见爆炸火焰传播至网侧套管的临近设施，则立即操控电控防爆消防水炮37移动至火焰区域实施灭火；
S11，从计算机26中保存网侧套管爆炸超压数据和爆炸火球图像数据，依据图5计算网侧套管爆炸冲击波的超压峰值和传播速度。
步骤S2中，计算黑索金粉末的质量和铝粉的质量，具体包括如下步骤：
先假设起爆药柱中黑索金的质量为x克，铝粉的质量为y克，即黑索金的物质的量为x/222mol，铝粉的物质的量为y/27mol；
确定x/222mol的黑索金爆炸反应方程式为：
式中，C3H6O6N6是黑索金的化学分子式，H2O是气态水，CO是一氧化碳的分子式，N2是氮气的分子式；
同时，确定y/27mol的铝热反应方程式为：
式中，Al是铝粉，O2是氧气的分子式，Al2O3是氧化铝的分子式；
按下式计算x/222mol的黑索金爆炸反应热QRDX：
式中，QPRDX是黑索金爆炸反应方程式中H2O与CO的生成热之和减去C3H6O6N6的生成热；
同时，按下式计算y/27mol的铝热反应热QAl：
QAl＝QPAl
式中，QPAl是铝热反应方程式中所述Al2O3的生成热；
按下式计算起爆药柱的总爆炸反应热QAll：
QAll＝QRDX+QAl
根据下面两个等式，求解起爆药柱中黑索金的质量x克和铝粉的质量y克：
QAll＝We
x+y＝mAll
式中，We是故障电弧能量，且We＝470，QAll是起爆药柱的总爆炸反应热，mAll是起爆药柱的总质量，且mAll＝40，mAll的取值与We之间存在如下关系：
若0kJ<We<1000kJ，则mAll＝40克；
若1000kJ<We<3000kJ，则mAll＝100克；
若3000kJ<We，则mAll＝300克。
经计算，x＝30，y＝10。
其中，所述步骤S6中起爆药柱的几何中心与故障电弧位置重合是通过控制定位杆14伸出钢板13的长度实现的，具体方法为定位杆14的总长是7.5m，故障电弧位置距网侧套管载流接触面9的距离是3.25m，则可以控制定位杆14伸出钢板13的长度为(7.5-3.25)m，通过该过程可以实现故障电弧位置精确定位。
其中，所述步骤S8中第一摄像头30被安装在距网侧套管水平距离为10m的第一摄像头立柱33上，第二摄像头31被安装在距网侧套管水平距离为10m且与第一摄像头互成90°角的第二摄像头立柱34上。
其中，所述步骤S11中计算爆炸冲击波的超压峰值和传播速度，具体包括如下步骤：
S111，将爆炸超压数据导入计算机26的Excel软件中，以时间(单位ms)为坐标横轴，以爆炸冲击波超压(单位kPa)为坐标纵轴，在同一个坐标系下绘制四个压力传感器测量的爆炸超压数据，生成爆炸超压—时间曲线图，如图5所示；
S112，在图5中依次读取第一压力传感器19记录的爆炸超压曲线的第一个极大值超压14.38kPa，记为P1；读取第二压力传感器20记录的爆炸超压曲线的第一个极大值超压10.625kPa，记为P2；读取第三压力传感器21记录的爆炸超压曲线的第一个极大值超压8.755kPa，记为P3；读取第四压力传感器22记录的爆炸超压曲线的第一个极大值超压7.483kPa，记为P4；
S113，在图5中依次读取所述步骤S112中P1对应的时刻10.01ms，记为t1，读取P2对应的时刻12.91ms，记为t2，读取P3对应的时刻15.90ms，记为t3，读取P4对应的时刻18.96ms，记为t4；
S114，根据所述步骤S7中各压力传感器距起爆药柱几何中心的水平距离和所述步骤S113中时刻按下式依次计算网侧套管爆炸冲击波在不同位置的传播速度，具体为：
式中，v1为网侧套管爆炸冲击波在第一压力传感器19与第二压力传感器20的中间位置的传播速度，v2为网侧套管爆炸冲击波在第二压力传感器20与第三压力传感器21的中间位置的传播速度，v3为网侧套管爆炸冲击波在第三压力传感器21与第四压力传感器22的中间位置的传播速度。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种变压器网侧套管爆炸特性测试系统，网侧套管(1)由外至内依次为瓷套筒(2)、电容芯体(3)、导电杆(4)；其特征在于，测试系统包括：
设置于导电杆(4)内的起爆药柱(10)，所述起爆药柱(10)中包裹着电雷管(11)，所述电雷管(11)与位于网侧套管(1)外部的起爆器(16)相连接；
高速相机(27)，所述高速相机(27)用于拍摄爆炸火球图像并发送给计算机(26)；
沿起爆药柱(10)几何中心的射线方向在网侧套管(1)外部依次布置的n个压力传感器，所述压力传感器用于采集爆炸超压数据；此n个压力传感器依次连接电荷放大器(24)和示波器(25)，所述示波器(25)用于获取此n个压力传感器所采集的爆炸超压数据并发送给计算机(26)；
所述起爆药柱(10)的爆炸当量等于故障电弧能量；所述起爆药柱(10)的几何中心位于故障电弧位置处。
2.根据权利要求1所述的一种变压器网侧套管爆炸特性测试系统，其特征在于，测试系统还包括炸药定位辅助装置(12)；所述炸药定位辅助装置(12)包括设置于导电杆(4)内部的定位杆(14)和设置于网侧套管(1)顶部的钢板(13)；
所述定位杆(14)设有外螺纹；所述钢板(13)的几何中心位置处设有第一通孔；第一通孔设有与定位杆(14)的外螺纹相适配的内螺纹，定位杆(14)穿过第一通孔与钢板(13)螺纹连接；起爆药柱(10)包裹着电雷管(11)固定在定位杆(14)上，且起爆药柱(10)的几何中心位于故障电弧位置处；所述钢板(13)上还设有第二通孔(17)，用于穿过连接电雷管(11)和起爆器(16)的导线(15)。
3.根据权利要求1所述的一种变压器网侧套管爆炸特性测试系统，其特征在于，测试系统还包括：摄像头、与摄像头相连接的监视器(32)；所述摄像头用于拍摄爆炸画面；所述监视器(32)用于实时监视爆炸画面。
4.根据权利要求3所述的一种变压器网侧套管爆炸特性测试系统，其特征在于，测试系统还包括：设定于现场用于灭火的电控防爆消防水炮(37)；根据实时监视的爆炸画面，控制电控防爆消防水炮(37)移动至指定区域进行灭火。
5.根据权利要求1所述的一种变压器网侧套管爆炸特性测试系统，其特征在于，所述高速相机(27)外套设有用于保护高速相机的保护箱(35)；所述保护箱(35)与高速相机(27)镜头正对的一侧采用防爆耐压的有机玻璃；保护箱(35)与高速相机(27)镜头相背的一侧设有开口；保护箱(35)的其余侧为合金材质。
6.根据权利要求1所述的一种变压器网侧套管爆炸特性测试系统，其特征在于，故障电弧位置为沿着网侧套管(1)的高度方向发生绝缘电阻异常变化的部位。
7.根据权利要求1所述的一种变压器网侧套管爆炸特性测试系统，其特征在于，起爆药柱(10)由黑索金粉末与铝粉的混合粉末制作形成，根据故障电弧能量We计算起爆药柱(10)中的黑索金粉末的质量和铝粉的质量，具体如下所示：
故障电弧能量We为：
其中，We表示故障电弧能量，ue表示故障电弧两端的电压值，ie表示故障电弧的电流值，t表示时间；
设起爆药柱(10)中的黑索金的质量为x克，铝粉的质量为y克，即黑索金的物质的量为x/222mol，铝粉的物质的量为y/27mol；
x/222mol的黑索金爆炸反应方程式为：
式中，C3H6O6N6是黑索金的化学分子式，H2O是气态水，CO是一氧化碳的分子式，N2是氮气的分子式；
y/27mol的铝热反应方程式为：
式中，Al是铝粉，O2是氧气的分子式，Al2O3是氧化铝的分子式；
x/222mol的黑索金爆炸反应热QRDX为：
式中，QPRDX等于黑索金爆炸反应方程式中H2O与CO的生成热之和减去C3H6O6N6的生成热；
y/27mol的铝热反应热QAl为：
QAl＝QPAl
式中，QPAl是铝热反应方程式中的的Al2O3的生成热；
起爆药柱(10)的总爆炸反应热QAll为：
QAll＝QRDX+QAl
根据下面两个等式，求解起爆药柱(10)中黑索金的质量x克和铝粉的质量y克：
We＝QAll
x+y＝mAll
式中，mAll是起爆药柱(10)的总质量，mAll的取值与We之间存在如下关系：
若0kJ<We<1000kJ，则mAll＝40克；
若1000kJ<We<3000kJ，则mAll＝100克；
若3000kJ<We，则mAll＝300克。
8.一种根据权利要求1-7任意一项所述的变压器网侧套管爆炸特性测试系统，其特征在于，此n个压力传感器在竖直方向上的高度与起爆药柱(10)几何中心在竖直方向上的高度相同，即此n个压力传感器沿起爆药柱(10)几何中心的水平射线方向依次布置；第i个压力传感器距起爆药柱(10)几何中心的水平距离为li，i＝1,2,3,…,n；
根据爆炸火球图像和各个压力传感器所采集的爆炸超压数据，计算网侧套管爆炸冲击波的超压峰值和传播速度，具体如下所示：
针对各个压力传感器的爆炸超压数据，分别绘制各个压力传感器的爆炸超压与时间的关系曲线；在各个压力传感器的爆炸超压与时间的关系曲线中，分别读取超压极大值即超压峰值；其中，第i个压力传感器的爆炸超压与时间的关系曲线中的超压极大值即为第i个压力传感器的超压峰值Pi，第i个压力传感器的超压峰值Pi对应的时间为t(Pi)；
根据第i个压力传感器距起爆药柱(10)几何中心的水平距离li，计算网侧套管爆炸冲击波的传播速度：
其中，vi表示网侧套管爆炸冲击波在第i个压力传感器和第i+1个压力传感器的中间位置处的传播速度。
9.一种适用于权利要求1-7任意一项所述的变压器网侧套管爆炸特性测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，计算故障电弧能量，确定网侧套管(1)内部的故障电弧位置，且故障电弧位置与网侧套管(1)顶部的载流接触面(9)之间的距离为lc；
S2，根据故障电弧能量设计起爆药柱(10)，使得起爆药柱(10)的爆炸当量等于故障电弧能量；
S3，将电雷管(11)插入起爆药柱(10)中，起爆药柱(10)包裹着电雷管(11)固定在定位杆(14)的一端，导线(15)的一端连接电雷管(11)，导线(15)的另一端沿着定位杆(14)延伸；
S4，将定位杆(14)固定起爆药柱(10)的一端插入网侧套管(1)的导电杆(4)内；定位杆(14)的另一端穿过钢板(13)上的第一通孔，导线(15)的另一端沿着定位杆(14)延伸并穿过钢板(13)上的第二通孔(17)；钢板(13)放置在网侧套管(1)的顶部即载流接触面(9)的位置上；通过定位杆(14)的外螺纹与第一通孔的内螺纹的配合，定位杆(14)固定在钢板(13)上，定位杆(14)的长度为h3，且定位杆(14)远离起爆药柱(10)的一端伸出钢板(13)的长度为(h3-lc)，使得定位杆(14)上起爆药柱(10)的几何中心位于故障电弧位置处；导线(15)的另一端穿过第二通孔(17)后与位于网侧套管(1)外部的起爆器(16)相连接；
S5，沿起爆药柱(10)几何中心的水平射线方向依次间隔布置的n个压力传感器；此n个压力传感器在竖直方向上的高度与起爆药柱(10)几何中心在竖直方向上的高度相同；第i个压力传感器距起爆药柱(10)几何中心的水平距离为li，i＝1,2,3,…,n；将此n个压力传感器通过电荷放大器(24)与示波器(25)相连接，示波器(25)获取此n个压力传感器所采集的爆炸超压数据并发送给计算机(26)；
S6，将高速相机(27)的镜头朝向变压器网侧套管(1)，高速相机(27)拍摄爆炸火球图像并将爆炸火球图像数据发送给计算机(26)；
S7，将起爆器(16)、示波器(25)、高速相机(27)连接至同步触发装置(38)，通过同步触发装置(38)触发起爆器(16)完成一次起爆动作，同时触发示波器(25)和高速相机(27)实时记录数据；
S8，根据爆炸火球图像数据和爆炸超压数据，计算网侧套管爆炸冲击波的超压峰值和传播速度，具体如下所示：
S801，针对各个压力传感器的爆炸超压数据，分别绘制各个压力传感器的爆炸超压与时间的关系曲线；
S802，在各个压力传感器的爆炸超压与时间的关系曲线中，分别读取超压极大值即超压峰值；
其中，第i个压力传感器的爆炸超压与时间的关系曲线中的超压极大值，即为第i个压力传感器的超压峰值Pi，第i个压力传感器的超压峰值Pi对应的时间为t(Pi)；
S803，根据第i个压力传感器距起爆药柱(10)几何中心的水平距离li，依次计算网侧套管爆炸冲击波的传播速度：
其中，vi表示网侧套管爆炸冲击波在第i个压力传感器和第i+1个压力传感器的中间位置处的传播速度。
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| GR01 | Patent grant | ||
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