特高压直流复合穿墙套管内外抗震试验装置及试验方法与流程

本发明涉及穿墙套管抗震试验技术领域，尤其是涉及一种特高压直流复合穿墙套管内外抗震试验装置及试验方法。

背景技术：

随着我国输变电工程向高压、超高压和特高压方向发展，直流换流站中装备了大量的关键设备，如特高压直流穿墙套管。穿墙套管由外套管和设于外套管内的内导杆组成，其中外套管包括阀厅外侧的户外套管和阀厅内侧的户内套管组成，内导杆包括阀厅外侧的户外导杆和阀厅内侧的户内导杆组成，中间通过过渡罐连成一个整体，该过渡罐通过安装板悬挂安装在阀厅墙体上。在多维地震作用下，阀厅墙体对特高压直流穿墙套管有相当的动力放大作用，因此特高压直流穿墙套管实际会受到更严苛的地震作用，需要对其进行严格的地震考核，确保其在地震中安全。目前，还没有一个专门的抗震试验装置来模拟测试工况中的穿墙套管的抗震性能。

技术实现要素：

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种特高压直流复合穿墙套管内外抗震试验装置及试验方法，其能够模拟测试实际工况下的穿墙套管，用以确定实际工况下穿墙套管的抗震性能。

其技术方案如下：

一种特高压直流复合穿墙套管内外抗震试验装置，该穿墙套管包括外套管和设于所述外套管内的内导杆，包括加速度测量装置、支架、设于所述支架上的安装板和设于所述支架底下的振动台，所述支架设有支撑所述安装板的支撑梁，所述安装板开设有供穿墙套管穿过的安装孔，所述加速度测量装置包括设于所述振动台上的第一加速度计、设于所述支撑梁上的第二加速度计、设于该外套管上的第三加速度计和设于所述内导杆上的第四加速度计。

在其中一个实施例中，该穿墙套管还包括过渡罐，所述外套管包括位于所述过渡罐两端的第一套管和第二套管，所述内导杆包括位于所述过渡罐两端的第一导杆和第二导杆，所述第三加速度计和所述第四加速度计均至少为两个，所述第一套管的重心处和所述第二套管的重心处均设有所述第三加速度计，所述第一导杆的重心处和所述第二导杆的重心处均设有第四加速度计。

在其中一个实施例中，所述第一套管靠近所述过渡罐的一端、所述第一套管远离所述过渡罐的一端、所述第二套管靠近所述过渡罐的一端和所述第二套管远离所述过渡罐的一端均设有所述第三加速度计。

在其中一个实施例中，所述加速度测量装置还包括设于所述安装板上的第五加速度计。

在其中一个实施例中，还包括位移测量装置，所述位移测量装置包括设于所述振动台上的第一位移计、设于所述支撑梁上的第二位移计和设于所述外套管上的第三位移计。

在其中一个实施例中，所述第三位移计为多个，所述第一套管靠近所述过渡罐的一端、所述第一套管远离过所述过渡罐的一端、所述第一套管的重心处、所述第二套管靠近所述过渡罐的一端、所述第二套管远离过所述过渡罐的一端和所述第二套管的重心处均设有所述第三位移计。

在其中一个实施例中，还包括应变测量装置，所述应变测量装置包括设于所述外套管的外表面的第一应变计和设于所述内导杆的外表面的第二应变计。

在其中一个实施例中，其特征在于，所述应变计为至少两个，所述第一套管靠近所述过渡罐的一端和所述第二套管靠近所述过渡罐的一端均设有所述第一应变计，所述第一导杆靠近所述过渡罐的一端和所述第二导杆靠近所述过渡罐的一端均设有所述第二应变计。

在其中一个实施例中，还包括控制器，所述振动台和所述加速度测量装置均与所述控制器电性连接。

本技术方案还提供了一种特高压直流复合穿墙套管内外抗震试验方法，包括以下步骤：

将穿墙套管样品安装在安装板上，该安装板设于支架的支撑梁上；

在振动台的台面布置第一加速度计，在支撑梁上布置第二加速度计，在外套管上布置第三加速度计，在内导杆上布置第四加速度计；

启动振动台；

第一加速度计、第二加速度计、第三加速度计和第四加速度计分别采集振动台、支撑梁、外套管和内导杆的加速度值；

对所测加速度值进行分析处理，用以确定该穿墙套管的抗震性能。

下面对前述技术方案的优点或原理进行说明：

本发明提供了一种特高压直流复合穿墙套管内外抗震试验装置，其包括加速度测量装置、安装板、支架和振动台，测试的穿墙套管通过安装板固定于支架上。本发明所述的支架可设计为与实际阀厅墙体等质量、等强度，用以模拟真实的阀厅墙体，同时支架下方设有振动台，振动台用以输出地震波，当启动振动台时，支架对振动动力进行放大并传递至穿墙套管，因而本发明从整体上去对实际工况下的穿墙套管进行模拟，其可通过加速度测量装置来测试穿墙套管在阀厅墙体的动力放大作用下的抗震性能。具体地，第一加速度计用于测定振动台台面实际输出的地震激励；第二加速度计用于测定支架对测试样品的加速度放大作用，也即是穿墙套管试验样品实际受到的地震激励，由于穿墙套管是通过安装板安装于支撑梁上，通过测量支撑梁上的加速度感应值，可以直接获得达到穿墙套管的地震激励；第三加速度计即用于测定穿墙套管在试验中的加速度响应。通过对振动台、支撑梁上和穿墙套管外表面的加速度值进行分析计算，从而确定实际工况下穿墙套管的抗震性能。同时，本发明所述的加速度测量装置还包括设于内导杆上的第四加速度计，通过第三加速度计和第四加速度计分别对外套管和内导杆进行加速度测量，对两者的测量结果进行积分计算可得出两者的运动位移，从而根据两者的位移来计算外两者之间的相对位移，进而判断穿墙套管在地震中有无碰撞、空气间隙不足造成击穿等问题。综上可知，本发明提出了一种特高压直流复合穿墙套管内外抗震试验装置及试验方法，其能够模拟测试实际工况下的穿墙套管，用以确定实际工况下穿墙套管的抗震性能，具有较大的实用性和适用性。

优选地，第三加速度计和第四加速度计分别位于外套管和内导杆的重心处，使得外套管和内导杆的测点位于同一横截面处，进而可以确定两者在同一径向的相对位移，从而可以更加准确地判断穿墙套管在地震中有无碰撞、空气间隙不足造成击穿等问题。

所述第三加速度计还分别设于第一套管靠近过渡罐的一端、第一套管远离过渡罐的一端、第二套管靠近过渡罐的一端和第二套管远离过渡罐的一端。因为穿墙套管的上述位置都是地震灾害下的薄弱环节，在充分考虑测试成本的基础上，将测点设于上述位置，即可达到从整体上评估套管的抗震性能的效果。

所述加速度测量装置还包括设于所述安装板上的第四加速度计，第四加速度计用于测量安装板的板外扭矩。

本发明还包括位移测量装置，所述位移测量装置用于对振动台、支撑梁和穿墙套管外表面进行位移测量。通过在本试验装置上安装加速度测量装置和位移测量装置，可以对地震激励下的穿墙套管加速度和位移进行测量，利用加速度与位移关系，可以相互校核试验结果，确保传感器测量结果的可靠性。

本发明还包括应变测量装置，该应变测量装置包括设于外套管外表面的第一应变计和设于内导杆外表面的第二应变计，用以评估外套管和内导杆的应变和变形情况，从而确定测试样品的抗震强度。

由于穿墙套管上与过渡罐连接的地方为抗震最薄弱的环节，在第一套管靠近过渡罐的一端和第二套管靠近过渡罐的一端布置第一应变计，在第一导杆靠近过渡罐的一端以及第二导杆靠近过渡罐的一端布置第二应变计，既可以达到测试应变的效果，又可以节省测试成本。

靠近过渡罐的一端靠近过渡罐的一端本发明还包括控制器，通过控制器控制振动台启动和加速度测量装置测量，同时对所测数据进行分析计算，进而可实现对整个测试装置的自动控制与计算。

附图说明

图1为本发明实施例所述的穿墙套管的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的特高压直流复合穿墙套管内外抗震试验装置的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的支架与安装板的侧向装配示意图；

图4为本发明实施例所述的加速度测量装置的布置示意图；

图5为本发明实施例所述的位移测量装置的布置示意图；

图6为本发明实施例所述的应变测量装置的布置示意图；

图7(a)为本发明实施例所述的单个应变花的布置示意图；图7(b)为本发明实施例所述的外套管上4个应变花的布置示意图；

图8(a)为本发明实施例所述的单个应变片的布置示意图；图8(b)为本发明实施例所述的内导杆上4个应变片的布置示意图。

附图标记说明：

100、穿墙套管，110、外套管，111、第一套管，112、第二套管，120、内导杆，121、第一导杆，122、第二导杆，130、过渡罐，200、振动台，210、台面，300、支架，310、支撑梁，400、安装板，410、安装孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

如图1所示，穿墙套管100由外套管110和内导杆120组成，其中，外套管110包括第一套管111和第二套管112，内导杆120包括第一导杆121和第二导杆122，第一套管111和第二套管112中间以及第一导杆121和第二导杆122中间通过过渡罐130连成一个整体。如图2和图3所示，本发明所述的特高压直流复合穿墙套管内外抗震试验装置，其包括加速度测量装置、支架300、设于支架300上的安装板400和设于所述支架300底下的振动台200。所述支架300上设有用于支撑所述安装板400的支撑梁310，所述安装板400开设有供穿墙套管100穿过的安装孔410，本发明所述的安装板400倾斜设置，其与竖直方向的夹角约为10度，使得测试样品可倾斜安装于支架300上，用于模拟实际工况下倾斜放置的穿墙套管100。本发明所述的支架300可设计为与实际阀厅墙体等质量、等强度，用以模拟实际的阀厅墙体，同时支架300下方的振动台200用以输出地震波，当启动振动台200时，支架300对振动动力进行放大并传递至穿墙套管100，因而本发明从整体上去对实际工况下的穿墙套管100进行模拟，其可通过加速度测量装置来测试穿墙套管100在阀厅墙体的动力放大作用下的抗震性能。

具体地，如图4所示，所述加速度测量装置包括分别设于所述振动台200的台面210的第一加速度计A1、所述支撑梁310上(支撑梁310与安装板400的连接处)的第二加速度计A2、穿墙套管100外表面的第三加速度计A3和设于所述内导杆120上的第四加速度计A4。。第一加速度计A1用于测定振动台200台面210实际输出的地震激励，第二加速度计A2用于测定支架300对测试样品的加速度放大作用，也即是穿墙套管100试验样品实际受到的地震激励，第三加速度计A3即用于测定套管在试验中的加速度响应。通过对振动台200、支撑梁310和穿墙套管100外表面的加速度值进行分析计算，从而确定实际工况下穿墙套管100的抗震性能。同时，本发明所述的加速度测量装置还包括设于内导杆120上的第四加速度计A4，通过第三加速度计A3和第四加速度计A4分别对外套管110和内导杆120进行加速度测量，对两者的测量结果进行积分计算可得出两者的运动位移，从而根据两者的位移来计算外两者之间的相对位移，进而判断穿墙套管100在地震中有无碰撞、空气间隙不足造成击穿等问题。综上可知，本发明提出了一种特高压直流复合穿墙套管内外抗震试验装置及试验方法，其能够模拟测试实际工况下的穿墙套管100，用以确定实际工况下穿墙套管100的抗震性能，具有较大的实用性和适用性。

在本实施例中，所述第三加速度计A3和所述第四加速度计A4均至少为两个，所述第一套管111的重心处和所述第二套管的重心处112均设有所述第三加速度计A3，所述第一导杆121的重心处和所述第二导杆122的重心处均设有第四加速度计A4。通过将第三加速度计A3和第四加速度计A4分别位于外套管110和内导杆120的重心处，使得外套管110和内导杆120的测点位于同一横截面处，进而可以确定两者在同一径向的相对位移，从而可以更加准确地判断穿墙套管在地震中有无碰撞、空气间隙不足造成击穿等问题。

进一步地，第三加速度计A3还分别设于所述第一套管111靠近所述过渡罐130的一端、所述第一套管111远离所述过渡罐130的一端、所述第二套管112靠近所述过渡罐130的一端和所述第二套管112远离所述过渡罐130的一端。因为穿墙套管100的上述位置都是地震灾害下的薄弱环节，在充分考虑测试成本的基础上，将测点设于上述位置，即可达到从整体上评估套管的抗震性能的效果。

在本实施例中，所述加速度测量装置还包括设于所述安装板400上的第五加速度计A5，第五加速度计A5用以测量安装板400的面外扭转。

优选地，所述的第一加速度计A1、第二加速度计A2、第三加速度计A3、第四加速度计A4和第五加速度计A5均为三向加速度传感器。其中，第一加速度计A1、第二加速度计A2和第五加速度计A5采用全局坐标布置方式，即其测量的三向分别为平行于地面方向的X向、Y向和垂直于地面的Z向，其中X向为穿墙套管100在水平面内从一端指向另一端的方向，Y向在水平面内垂直于X向。而由于一般情况下，穿墙套管100是倾斜设置，为了测试穿墙套管100本身的抗震响应，设于穿墙套管100上的三向加速度传感器的布置方向应以穿墙套管100本身为基准，具体地，第三加速度计A3和第四加速度计A4的测量三向为该穿墙套管100的轴向Xs、径向Zs和垂直于Xs、Zs的Ys，Zs位于竖直面内，Ys与Y方向相同。

在本实施例中，还包括位移测量装置，如图5所示，所述位移测量装置包括分别设于所述振动台200的台面210的第一位移计D1、设于所述支撑梁310上的第二位移计D2和设于穿墙套管100外表面的第三位移计D3。第一位移计D1、第二位移计D2和第三位移计D3分别用于测定在地震激励下的台面210的绝对位移、支架300的绝对位移和套管样品上的位移。通过在本试验装置上安装加速度测量装置和位移测量装置，可以对地震激励下的穿墙套管100加速度和位移进行测量，利用加速度与位移关系，可以相互校核试验结果，确保传感器测量结果的可靠性。

具体地，设于穿墙套管100外表面的第三位移计D3为多个，分别设于所述第一套管111靠近所述过渡罐130的一端、所述第一套管111远离过所述过渡罐130的一端、所述第一套管111的重心处，所述第二套管112靠近所述过渡罐130的一端、所述第二套管112远离过所述过渡罐130的一端和所述第二套管112的重心处。

所述的位移测量装置也可根据实际需要设置至少两个第四位移计D4，两个第四位移计D4分别用于布置在第一导杆121和第二导杆122的重心处。通过第三位移计D3和第四位移计D4测量外套管110与内导杆120在重心处的相对位移，从而进一步判断确定外套管110与内导杆120在地震中有无碰撞、空气间隙不足造成击穿等问题。

在本实施例中，所述的第一位移计D1、第二位移计D2、所述第三位移计D3和所述第四位移计D4均为三向位移传感器，用于测量穿墙套管100在所述的X向、所述的Y向和所述的Z向的位置值。

如图6所示，在本实施例中，本发明还包括应变测量装置，所述应变测量装置包括设于外套管110外表面的第一应变计S1和设于所述内导杆120外表面的第二应变计S2，分别用以评估外套管110和内导杆120的应变和变形情况，从而确定测试样品的抗震强度。

具体地，两个所述第一应变计S1分别设于所述第一套管111靠近过渡罐130的一端和第二套管112靠近过渡罐130的一端。由于穿墙套管100上与过渡罐130连接的地方为抗震最薄弱的环节，在该处布置应变测量元件，既可以达到测试应变的效果，又可以节省测试成本。如图7(a)和图7(b)所示，每个第一应变计S1均包括四个三向应变花S11(由呈三向布置的三个应变片组成)，四个所述三向应变花S11沿穿墙套管100的外周均匀布置，并且每个三向应变花S11用于测量该穿墙套管100在X方向、Y方向和Z方向的应变值，本发明达到了全面地测定穿墙套管100受力和变形情况的效果。

如图6、图8(a)和图8(b)所示，所述的第二应变计S2设于第一导杆121靠近过渡罐130的一端和第二导杆122靠近过渡罐130的一端。每个第二应变计S2包括四个纵向应变片S21，四个纵向应变片S21周向均匀布置，每个纵向应变片S21均用于测量穿墙套管100在Z方向上的应变值。

优选地，本发明还包括控制器，所述振动台200、所述加速度测量装置、所述位移测量装置和所述应变测量装置均与所述控制器电性连接。通过控制器控制振动台200启动、加速度计测量加速度响应、位移计测量位移和应变计测量应变，同时对所测数据进行分析计算，进而可实现对整个测试装置的自动控制与计算。在本实施例中，每个测点的加速度计、位移计和应变计均与控制器连接，以便清楚地确定穿墙套管100相应部位的抗震性能。

本发明还提供了一种特高压直流复合穿墙套管100内外抗震试验方法，包括以下步骤：

将穿墙套管100样品安装在安装板400上；

在振动台200的台面210布置第一加速度计A1，支撑梁310上布置第二加速度计A2，外套管110上布置第三加速度计A3，内导杆120上布置第四加速度计A4，安装板400上布置第五加速度计A5；在振动台200的台面210布置第一位移计D1，支撑梁310上布置第二位移计D2，外套管110外表面布置第三位移计D3；在外套管110外表面布置第一应变计S1和内导杆120外表面布置第一应变计S2；

启动振动台200；

第一加速度计A1、第二加速度计A2、第三加速度计A3、第四加速度计A4和第五加速度计A5分别采集振动台200、支撑梁310、外套管110、内导杆120和安装板400的加速度值；第一位移计D1、第二位移计D2和第三位移计D3分别采集振动台200、支撑梁310和外套管110的位移值；第一应变计S1和第二应变计S2分别采集穿墙套管100外表面的应变值；

控制器对所测的加速度值、位移值和应变值进行分析处理，用以确定实际工况下穿墙套管100的抗震性能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。