某相間間隔棒連接板斷裂原因分析

張艷紅

（東北電力科學(xué)研究院有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110006）

1 相間間隔棒安裝與絕緣子連接板斷裂情況

為了防止發(fā)生相間閃絡(luò)故障,某超高壓局于2009年4月在其管轄的某1、2號(hào)線上安裝了相間間隔棒。間隔棒安裝方法：上相之間的相間間隔棒分別安裝在檔內(nèi)L/3和2L/3（L為檔距）處;在上相相間間隔棒的前、后側(cè)各10 m處,上、下相之間各安裝1支。每支BJH-500/300型合成絕緣子與2個(gè)相間間隔棒（FJZ6-375S/300型）配合使用。相間間隔棒（FJZ6-375S/300型）由某線路器材廠生產(chǎn),執(zhí)行其廠內(nèi)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（目前,我國(guó)電力金具標(biāo)準(zhǔn)中還沒有相間間隔棒產(chǎn)品的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)部門對(duì)相間間隔棒的具體技術(shù)要求）,相間間隔棒與絕緣子連接板的破壞荷載設(shè)計(jì)要求不小于30 kN。連接板材料采用金屬型鑄件ZL102鋁合金。

2010年1月,相間間隔棒與絕緣子連接板斷裂3個(gè),分別是1號(hào)線238-239號(hào)AB相間間隔棒的B相,2號(hào)線244-245號(hào)AB相間間隔棒的B相,2號(hào)線249-250號(hào)AB相間間隔棒的B相。

東北電力科學(xué)研究院有限公司受委托對(duì)斷裂的3個(gè)連接板及1個(gè)新連接板進(jìn)行試驗(yàn)及斷裂原因分析。

2 試驗(yàn)分析

2.1 連接板斷口分析

斷裂的3個(gè)相間間隔棒連接板均處于上、下相之間的下相。連接板結(jié)構(gòu)形狀見圖1,3個(gè)連接板斷裂部位基本一致,斷口均處于連接板結(jié)構(gòu)形狀改變部位,即圖1中的A、B處。

圖1 244-245號(hào)連接板斷裂部位

244-245號(hào)連接板斷裂部位見圖1,其A、B兩處斷口宏觀形貌見圖2、圖3,兩處斷口斷裂前均無(wú)明顯的塑性變形,斷裂源處無(wú)舊裂紋痕跡,兩處斷口裂紋源處均可見材料鑄造缺陷,B處斷口裂紋源處材料鑄造疏松（見圖4）。兩斷口最后斷裂區(qū)無(wú)明顯的剪切唇,從兩斷口裂紋走向判斷,斷口呈一次性脆性扭轉(zhuǎn)斷裂。

圖2 圖1中的A處斷口形貌

249-250號(hào)連接板只送來(lái)斷裂的一部分,金具的B處斷口處變形見圖5,表明斷口斷裂前有明顯的塑性變形。B處斷口形貌見圖6,斷裂源處無(wú)舊裂紋痕跡也未見明顯的材料缺陷,最后斷裂區(qū)無(wú)明顯的剪切唇;A處斷口特征與B處基本一致,從兩斷口裂紋走向判斷,249-250號(hào)連接板是一次性過載彎曲斷裂。

238-239號(hào)連接板斷裂的A處斷口斷裂特征與249-250號(hào)連接板A處斷口斷裂特征基本一致,即斷口斷裂前有明顯的塑性變形,斷口呈一次性過載彎曲斷裂,斷裂源側(cè)可見3～4處材料鑄造缺陷（疏松）,見圖7、圖8。

圖5 249-250號(hào)連接板彎曲變形

斷口宏觀分析認(rèn)為：244-245號(hào)連接板兩處斷口呈一次性脆性扭轉(zhuǎn)斷裂,斷裂源處存在明顯的鑄造缺陷;249-250號(hào)連接板兩斷口呈一次性過載彎曲斷裂;238-239號(hào)連接板A處斷口呈一次性過載彎曲斷裂,斷裂源側(cè)存在3～4處鑄造缺陷。

2.2 合金成分分析

對(duì)斷裂的3個(gè)連接板及1個(gè)新金具進(jìn)行化學(xué)成分分析,試驗(yàn)委托機(jī)械工業(yè)造型材料重要鑄件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心完成?；瘜W(xué)元素分析結(jié)果列入表1,表1中一并列出GB/T1173—1995中ZL102的化學(xué)元素范圍。

表1 金具合金元素含量%

表2 連接板力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

通過比較可見,全部4個(gè)試樣化學(xué)成分均合格。

2.3 連接板機(jī)械性能試驗(yàn)

對(duì)斷裂的2個(gè)連接板及1個(gè)新連接板進(jìn)行常溫拉伸、硬度及沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)委托機(jī)械工業(yè)造型材料重要鑄件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心完成。機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果列入表2,表2中一并列出GB/T1173—1995標(biāo)準(zhǔn)中ZL102金屬型鑄件的性能指標(biāo)。

通過比較可見,3個(gè)連接板硬度及延伸率合格,但抗拉強(qiáng)度偏低,其中244-245號(hào)斷裂連接板抗拉強(qiáng)度略高于標(biāo)準(zhǔn)下限,其余兩個(gè)連接板（新連接板及249-250號(hào)斷裂連接板）抗拉強(qiáng)度均低于標(biāo)準(zhǔn)下限,強(qiáng)度不合格。

2.4 斷裂原因分析

從上述試驗(yàn)結(jié)果可知,244-245號(hào)斷裂金具化學(xué)成分及機(jī)械性能合格,但鑄件內(nèi)部存在鑄造缺陷（拉伸試樣有夾渣,斷口斷裂源處可見鑄造縮孔,見圖7）。與其他2個(gè)金具（新金具、249-250金具）相比,244-245號(hào)金具強(qiáng)度、硬度較高,延伸率較低,其韌性相對(duì)較差。斷口宏觀特征表現(xiàn)為裂紋起源于近表面的鑄造缺陷處,斷口呈一次性扭轉(zhuǎn)脆性斷裂。與線路走向垂直的較大風(fēng)力使金具連接板承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,連接板材料存在鑄造缺陷及其韌性較差是其失效的主要原因。

240-250號(hào)斷裂金具化學(xué)成分合格,但機(jī)械性能不合格,其抗拉強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)下限約7%。與其他2個(gè)金具相比,249-250號(hào)金具強(qiáng)度、硬度最低,延伸率較高,其強(qiáng)度相對(duì)較低,斷口宏觀特征表現(xiàn)為一次性過載彎曲斷裂。與線路走向平行的較大風(fēng)力使金具連接板承受彎曲應(yīng)力,金具鑄件強(qiáng)度較低是其提前失效的主要原因。

238-239號(hào)斷裂金具斷口宏觀特征與249-250號(hào)相同,屬一次性過載彎曲斷裂,金具材料存在鑄造缺陷。

3 結(jié)束語(yǔ)

金具連接板斷裂的主要原因是鑄件ZL102材質(zhì)不合格,材料強(qiáng)度偏低,且存在鑄造夾渣等缺陷。建議金具連接板采用強(qiáng)度更高一級(jí)的材料,如ZG25、ZG35、ZL104或Q235。