500 kV線路間隔棒斷裂原因分析及預(yù)防措施

李相棟,孫洗凡,李清泉,殷丕盛,趙桂鑫,袁茂凱

(國網(wǎng)山東省電力公司超高壓公司 默拉直流管理處,濟南 250118)

0 引 言

間隔棒作為超高壓輸電線路上必不可少的金具,安裝在多分裂的高壓輸電線路上,以確保分裂導(dǎo)線在風力、導(dǎo)線覆冰、舞動及短路電流等影響下,導(dǎo)線之間依然能夠保持間距不變,滿足電氣性能,降低表面電位梯度,避免子導(dǎo)線之間相互鞭擊,并具有抑制風振和次檔距振蕩的作用[1-2]。

由于間隔棒長期處于野外高空環(huán)境,受到冰、雪、風暴等惡劣天氣及導(dǎo)線間“電磁吸引力”的影響,容易發(fā)生破損,嚴重影響線路運行安全[3-5]。通過對500 kV蒙照Ⅰ線破損的導(dǎo)線間隔棒進行宏觀檢驗、顯微組織分析,結(jié)合鑄造質(zhì)量分析其斷裂原因,并提出預(yù)防措施,防止在以后同類工程中出現(xiàn)間隔棒大量斷裂的情況。

1 事件經(jīng)過

2017年1～2月,500 kV蒙照Ⅰ線1～150號、257～265號區(qū)段內(nèi)共發(fā)現(xiàn)斷裂間隔棒的數(shù)量為78個,其中55～107號區(qū)段較為集中,數(shù)量為67個。500 kV蒙照Ⅰ線投運于2001年3月25日,全線導(dǎo)線型號為4×LGJ-400/35,呈正四邊形布置,分裂間距450 mm,排列形式為水平排列,間隔棒型號為JZF4-45400,材質(zhì)為鋁合金鑄件,表面鍍鋅。

2 斷裂原因試驗分析

2.1 宏觀檢驗

對斷裂間隔棒進行宏觀檢驗。間隔棒外表面比較粗糙,呈現(xiàn)鑄件的形態(tài),間隔棒框架未出現(xiàn)明顯變形。發(fā)生斷裂的部位均位于繞線爪連接板變徑處,斷口較粗糙,無明顯宏觀塑性變形特征,無明顯剪切唇,為脆性斷口,且部分間隔棒連接板斷口處存在較大尺寸氣孔等鑄造缺陷,如圖1所示。部分連接板發(fā)生開裂,但并未完全斷開,開裂部位位于連接板變徑處兩側(cè),連接板變徑處軸線方向發(fā)生凸起變形,如圖2所示。

圖1 連接板斷口宏觀形貌

圖2 連接板開裂變形宏觀形貌

2.2 顯微組織分析

分別對斷裂及未斷裂的連接板多次取樣進行磨制、拋光處理,并對試樣進行顯微組織觀察及分析,其中1號、2號試樣為斷裂連接板取樣,3號試樣為未斷裂連接板取樣。

1號試樣(未腐蝕)進行磨制、拋光處理后,試樣表面出現(xiàn)較多的點狀及孔狀缺陷,如圖3所示,系鑄造過程中出現(xiàn)的氣孔及縮松。對其進行顯微組織觀察,金相組織基體為α固溶體及針狀共晶硅,如圖4所示。

圖3 1號試樣拋光后宏觀形貌

圖4 1號試樣金相組織

2號試樣(未腐蝕)進行磨制、拋光處理后,試樣表面存在微小點狀缺陷,如圖5所示,在顯微鏡下觀察,晶界處存在顯微縮孔及顯微裂紋。對其進行顯微組織觀察,金相組織為α固溶體及針狀共晶硅,如圖6所示。

圖5 2號試樣拋光后宏觀形貌

圖6 2號試樣金相組織

3號試樣(未腐蝕)為未發(fā)生斷裂的連接板取樣,進行磨制、拋光處理后,可見試樣表面光潔,未發(fā)現(xiàn)宏觀缺陷,如圖7所示,對其進行顯微組織觀察,金相組織基體為α固溶體及針狀共晶硅,如圖8所示。

圖7 3號試樣拋光后宏觀形貌

圖8 3號試樣金相組織

2.3 掃描電鏡分析

對斷口取樣進行掃描電鏡觀察,如圖9所示,可見斷口呈脆性斷裂特征,且斷口組織中存在較多孔洞(已在圖中圈出)等缺陷。

圖9 斷口掃描電鏡

3 斷裂原因分析

3.1 鑄造質(zhì)量

從顯微組織觀察可見,斷裂和非斷裂連接板的金相組織均為α固溶體及針狀共晶硅,說明構(gòu)成連接板的材質(zhì)是合格的。

通過顯微組織分析和掃描電鏡分析可見,發(fā)生斷裂的連接板斷面及其附近均存在不同程度的氣孔、縮松、微裂紋等缺陷。鑄鋁件的重要部位(指有機械載荷要求的部位)不允許有縮松、氣孔、砂眼、渣眼、飛邊等缺陷[6],斷裂連接板的鑄造質(zhì)量不合格。而未發(fā)生斷裂的連接板相同位置取樣未發(fā)現(xiàn)類似缺陷。這些缺陷的存在,嚴重地影響了材料的連續(xù)性,減小了連接板的有效厚度,降低了材料的力學性能[7]。

3.2 應(yīng)力集中

在緊固導(dǎo)線施工過程中對繞線爪施加壓力,導(dǎo)線握緊后端部用定位銷固定連接板,為避免損傷導(dǎo)線,與導(dǎo)線接觸部位采用橡膠墊片隔開,安裝后受壓縮變形的橡膠墊片對連接板有一定的反作用力,即連接板承受應(yīng)力,由于連接板變徑處的結(jié)構(gòu)與連接板本體相比發(fā)生了變化,應(yīng)力集中作用于連接板變徑處,致使其成為整個連接板中最薄弱的部位。

4 結(jié) 語

根據(jù)運行數(shù)據(jù)分析,線路2001年投運,2017年出現(xiàn)間隔棒集中斷裂現(xiàn)象,表明線路投運初期間隔棒可承受導(dǎo)線帶來的各種應(yīng)力。但綜合試驗結(jié)果和集中應(yīng)力分析,由于生產(chǎn)工藝問題,加之在各種應(yīng)力長期作用下,最終導(dǎo)致部分間隔棒在存有鑄造質(zhì)量問題的連接板部位斷裂。結(jié)合斷裂原因,提出以下預(yù)防措施。

1)對該廠家生產(chǎn)的間隔棒進行排查,采用外觀檢驗方法重點檢查連接板開裂及斷裂情況,及時更換發(fā)生變形、開裂的連接板;

2)加強電力金具的質(zhì)量監(jiān)督,重點監(jiān)督承受較大機械載荷的部件、部位,采用X射線數(shù)字成像設(shè)備檢測部件的內(nèi)部缺陷(氣孔、縮松等),避免不合格件投用,保障線路安全可靠運行。