電網(wǎng)設(shè)備金屬部件的失效分析及監(jiān)督措施探討

趙鵬程

（國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院，新疆 烏魯木齊 830091）

近年來(lái)，我國(guó)很多電網(wǎng)設(shè)備金屬部件常年處于“帶病”運(yùn)行狀態(tài)，使得失效斷裂事故頻繁發(fā)生，本文通過(guò)實(shí)例分析導(dǎo)致電網(wǎng)設(shè)備金屬部件失效原因，包括：設(shè)計(jì)不合理、選材不當(dāng)、安裝不到位，并提相應(yīng)的監(jiān)督措施，具體如下。

1 電網(wǎng)設(shè)備金屬部件的失效分析

1.1 設(shè)計(jì)不合理

電網(wǎng)設(shè)備金屬部件設(shè)計(jì)不合理，主要體現(xiàn)在小企業(yè)、小廠家，主要原因是此類企業(yè)，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備金屬部件設(shè)計(jì)投入的資金比較小，且力量比較小，在具體設(shè)計(jì)中，只是一味的注重電氣性能方面的需求，并沒(méi)有充分考慮電網(wǎng)設(shè)備金屬部件的應(yīng)用環(huán)境、適用范圍等因素，從而導(dǎo)致金屬部件失效現(xiàn)象頻繁發(fā)生，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）隔離開(kāi)關(guān)接線座發(fā)生斷裂。在2016年，某省200kV變電站多隔離開(kāi)關(guān)接線座發(fā)生斷裂現(xiàn)象，通過(guò)查詢安裝記錄，發(fā)現(xiàn)這批隔離開(kāi)關(guān)接線座于2012年安裝并使用。通過(guò)詳細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，該隔離開(kāi)關(guān)接線座的成分為鑄鋁，主要在螺栓夾緊的位置發(fā)生斷裂，通過(guò)對(duì)斷裂處壁厚進(jìn)行測(cè)量發(fā)現(xiàn)，最薄處只有3mm，而其他變電站的隔離開(kāi)關(guān)接線座，相同部位最薄處也達(dá)到6mm，相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道顯示，當(dāng)鑄鋁厚度不足5mm時(shí)就會(huì)發(fā)生斷裂，從這里幾組數(shù)據(jù)中可以看出，該變電站在隔離開(kāi)關(guān)接線座的螺栓設(shè)計(jì)中存在明顯缺陷，夾緊位置的厚度不足是導(dǎo)致隔離開(kāi)關(guān)接線座發(fā)生斷裂的主要原因。

（2）線夾發(fā)生斷裂。在2016年，某省500kV變電站在6～10月發(fā)生了6起銅鋁對(duì)焊式SYG型設(shè)備線夾斷裂故障，事故發(fā)生后，當(dāng)?shù)仉娏Σ块T立即維護(hù)隊(duì)伍進(jìn)行檢查維修，發(fā)現(xiàn)銅鋁線夾主要采用釬焊進(jìn)行焊接，斷口主要在集中在焊縫處，并未發(fā)生變形[1]。導(dǎo)致此類事故發(fā)生的主要原因，銅鋁物理學(xué)性能有較大差距，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂紋，在風(fēng)、雨等外力因素的共同作用下，加劇裂紋擴(kuò)大，從而發(fā)生斷裂。針對(duì)此類問(wèn)題，電力公司要明確禁止在銅鋁線夾對(duì)接時(shí)采用釬焊，改為搭接焊，此種焊接方法，產(chǎn)生的荷載由鋁板全部承擔(dān)，大大提升線夾對(duì)接的安全性和可靠性。

1.2 材料選擇不當(dāng)

電網(wǎng)設(shè)備金屬部件的材質(zhì)，決定了其力學(xué)性能、電磁性能等。如果材質(zhì)不良，則會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)設(shè)備金屬部件性能逐步惡化，最終提前失效。材料選擇不當(dāng)大體上可以分為兩種情況，一種是材料成分偏離了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，或者某種重要元素缺失，比如：銅導(dǎo)線中銅元素含量不足，則就不能滿足導(dǎo)電的實(shí)際要求，并加速銅導(dǎo)線發(fā)熱；另一種是材料中含有微觀缺陷，比如：因材料熔煉、鑄造不當(dāng)，導(dǎo)致電網(wǎng)設(shè)備金屬部件中含有夾雜，降低了金屬部件的整體性能，從而使得金屬部件提前失效。比如：2017年6月，某省220kV變電站在日常巡檢過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)刀閘和地刀水平連桿不銹鋼抱箍都發(fā)生了不均勻開(kāi)裂現(xiàn)象。該U型抱箍設(shè)計(jì)材質(zhì)為1Cr19Ni9Ti，其中Cr、Ni、Ti的含量都沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，屬于材質(zhì)不良缺陷。

1.3 電網(wǎng)設(shè)備金屬部件安裝不到位

安裝經(jīng)驗(yàn)表明，要想保證電網(wǎng)設(shè)備金屬部件安裝的質(zhì)量，需要嚴(yán)格按照以下三道工序開(kāi)展，第一道工序是焊接；第二道工序是壓接；第三道工序是螺栓緊固。其中電網(wǎng)中接地網(wǎng)和管母線采用焊接的方法進(jìn)行安裝，而導(dǎo)地線則要采用壓接的方法安裝，鐵塔需要通過(guò)螺栓緊固的方法進(jìn)行安裝。電網(wǎng)設(shè)備金屬部件的數(shù)量非常多，安裝工作量比較大，影響安裝質(zhì)量的因素又比較多，任何一個(gè)細(xì)微的環(huán)節(jié)處理不當(dāng)，都會(huì)影響電網(wǎng)設(shè)備金屬部件安裝質(zhì)量。比如：在2017年8月，某省110kV線路耐張線夾只投入使用36天以后就發(fā)生了斷裂，該耐張線夾的引流板由2個(gè)螺栓連接，發(fā)現(xiàn)斷裂的位置位于引流板螺栓連接處，并在端口的位置發(fā)現(xiàn)明顯的灼燒痕跡，彈簧墊圈被完全熔焊[2]。通過(guò)這一點(diǎn)就可以充分說(shuō)明，導(dǎo)流板在高溫作用下發(fā)生熔斷，和其他線夾對(duì)比發(fā)現(xiàn)，該失效線夾的另一個(gè)螺栓螺母上并沒(méi)有安裝彈簧墊圈，而且連接處也比較松動(dòng)，在電網(wǎng)運(yùn)行中，導(dǎo)流面積逐步減少，且溫度升不斷升高，從而導(dǎo)致導(dǎo)流板被熔斷。

2 電網(wǎng)設(shè)備金屬部件的監(jiān)督措施

電網(wǎng)設(shè)備金屬部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，種類繁多，雖然體積比較小，但任何一個(gè)部件發(fā)生缺陷，都會(huì)對(duì)電網(wǎng)設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。需要對(duì)電網(wǎng)設(shè)備金屬部件的設(shè)計(jì)和安裝進(jìn)行全面審查和校驗(yàn)，并加大對(duì)電網(wǎng)設(shè)備金屬部件的檢查和驗(yàn)收力度，通過(guò)落實(shí)管口前移的方法，避免每個(gè)電網(wǎng)設(shè)備金屬部件“帶病運(yùn)行”。具體的監(jiān)督措施，可以從以下幾個(gè)方面同時(shí)入手：

第一，定期開(kāi)展電網(wǎng)設(shè)備金屬部件設(shè)計(jì)審查的工作，監(jiān)督部門要設(shè)備設(shè)計(jì)部門相互聯(lián)合，對(duì)設(shè)計(jì)不合理的現(xiàn)象及時(shí)整改，避免在電網(wǎng)設(shè)備金屬部件中發(fā)生設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)膯?wèn)題。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，制定定期巡視檢查制度，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備金屬部件運(yùn)行存在的問(wèn)題，及時(shí)維護(hù)。第二，針對(duì)鐵塔塔材、螺栓、螺母、導(dǎo)地線、線夾等比較重要的電網(wǎng)設(shè)備金屬部件要進(jìn)行入網(wǎng)檢測(cè)，并定期發(fā)布產(chǎn)品檢驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)，建立電網(wǎng)設(shè)備金屬部件廠商質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)，避免質(zhì)量不合格的產(chǎn)品進(jìn)入電網(wǎng)設(shè)備中。除此之外，還要切實(shí)加強(qiáng)電網(wǎng)設(shè)備金屬部件材質(zhì)檢驗(yàn)力度，如果條件允許，還要成立金屬部件檢驗(yàn)試驗(yàn)室，以便及時(shí)檢驗(yàn)電網(wǎng)設(shè)備金屬部件的質(zhì)量和相關(guān)參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。第三，焊接材料(焊條、焊絲、鎢棒、氬氣、氧氣、乙炔和焊劑)的質(zhì)量應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。焊條、焊絲等均應(yīng)有制造廠的質(zhì)量合格證，凡無(wú)質(zhì)量合格證或?qū)ζ滟|(zhì)量有懷疑時(shí)，應(yīng)按批號(hào)抽樣檢查，合格者方可使用。鎢極氬弧焊用的電極，宜采用鈰鎢棒，所用氬氣純度不低于99.95%。焊條、焊絲及其他焊接材料，應(yīng)設(shè)專庫(kù)儲(chǔ)存，并按有關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行管理，保證庫(kù)房?jī)?nèi)濕度和溫度符合要求，防止變質(zhì)銹蝕。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文結(jié)合理論實(shí)踐，深入分析了電網(wǎng)設(shè)備金屬部件的失效的原因及監(jiān)督措施，分析結(jié)果表明，設(shè)計(jì)不合理、選材不當(dāng)、安裝不到位是導(dǎo)致電網(wǎng)設(shè)備金屬部件發(fā)生失效的主要原因，為有效解決失效問(wèn)題，需要從定期開(kāi)展電網(wǎng)設(shè)備金屬部件設(shè)計(jì)審查、進(jìn)行入網(wǎng)檢查，加強(qiáng)檢驗(yàn)力度、積極開(kāi)展電網(wǎng)設(shè)備金屬部件安裝驗(yàn)收工作等多方面同時(shí)入手，才能保證電網(wǎng)設(shè)備金屬部件運(yùn)行質(zhì)量。