Page 117 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

第 46 卷 王一鸣，等： 电流互感器泄压装置在燃爆载荷下的动态响应与失效机理 第 11 期

特别是波纹节的局部响应规律、端部反射波带来的应力集中现象及其对整体泄压性能的影响鲜有报
道。与膨胀器配合使用的爆破片是一种典型的被动式快速响应元件 [11] ，其作用是在内部压力超过设定
值时迅速破裂，为高压油气提供瞬时泄放通道，避免壳体发生爆炸。然而，爆破片在燃爆冲击载荷下的
开启行为与其静态标定状态存在差异，尤其是在高应变率、高温高压耦合条件下，其力学特性、裂纹扩
展模式及破裂压力会出现复杂变化。传统静水压试验无法真实反映电弧引发燃爆时的动态强度与响应
特征，使得爆破片的实际安全防护性能存在不确定性。变压器油在电弧高温作用下主要发生热裂解反
应，生成以氢气、乙炔、乙烯和甲烷为主的可燃气体。根据现有研究对典型矿物油电弧故障下的产气分
析，裂解气中氢气体积分数通常占 50%～70%，乙炔体积分数约占 10%～20%，乙烯与甲烷体积分数各占
5%～10%。其中，氢气是决定混合气爆炸烈度的关键组分。基于此，以氢气-空气预混气替代实际复杂裂
解气，可在工程上覆盖严苛的燃爆工况 [12] 。本试验所用化学计量比下氢-空气预混气（H 与 2 Air 的体积分
数之比为 27∶75）与典型变压器油电弧裂解气在关键爆炸参数上具有良好的一致性：两者最大爆炸压力
均处于 0.72～0.85 MPa 区间，最大压力上升速率处于同一量级，且氢气-空气混合气的层流燃烧速度及反
应活性更高，可产生更为剧烈的动态冲击载荷。综上，采用氢-空气预混气可产生与变压器油电弧燃爆等
效甚至更加严苛的动态载荷，且成分单一、可控性高，符合科学试验的可重复性要求。
本文以 LVB-220 型电流互感器膨胀器-爆破片组合泄压装置为研究对象，构建管道气体燃爆试验平
台，对泄压装置在燃爆载荷作用下的动态响应过程开展试验研究，获取膨胀器塑性变形特征及爆破片开
启模式等关键数据。在此基础上，围绕爆破片瞬态加载条件下的开启特性，分析应变率效应与结构动态
力学响应的影响规律。同时，基于显式动力学方法建立泄压装置的数值计算模型，对膨胀器内部应力波
传播过程及波纹结构的塑性变形行为进行分析。

1 试验平台与仿真模型

1.1 试验平台与试验装置
利用自主搭建的试验测试系统开展了氢-空气预混气体燃爆试验，系统原理图如图 1 所示，该系统包
括不锈钢火焰加速管、混合气体填充装置、点火系统和数据采集系统。火焰加速管道由两段钢管组成，
左管道（管道 1）长度为 3 000 mm，右管道（管道 2）长度为 1 250 mm，通过法兰连接，两端管道内径均为

Data acquisition system

Spark detector 2 Spark detector 1 Ignition source Mixture
Pressure sensor air inlet

3 000 mm 1 250 mm
Pipe 1 Pipe 2
Pressure relief device under test
(expander-rupture disc assembly)

H 2

Gas mixing module

图 1 试验系统原理图
Fig. 1 Schematic diagram of the test system

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