500 kV線路間隔棒斷裂原因分析及預防措施

李相棟,孫洗凡,李清泉,殷丕盛,趙桂鑫,袁茂凱

(國網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,以確保分裂導線在風力、導線覆冰、舞動及短路電流等影響下,導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境,受到冰、雪、風暴等惡劣天氣及導線間“電磁吸引力”的影響,容易發生破損,嚴重影響線路運行安全[3-5]。通過對500 kV蒙照Ⅰ線破損的導線間隔棒進行宏觀檢驗、顯微組織分析,結合鑄造質量分析其斷裂原因,并提出預防措施,防止在以后同類工程中出現間隔棒大量斷裂的情況。

1 事件經過

2017年1～2月,500 kV蒙照Ⅰ線1～150號、257～265號區段內共發現斷裂間隔棒的數量為78個,其中55～107號區段較為集中,數量為67個。500 kV蒙照Ⅰ線投運于2001年3月25日,全線導線型號為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,呈現鑄件的形態,間隔棒框架未出現明顯變形。發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。部分連接板發生開裂,但并未完全斷開,開裂部位位于連接板變徑處兩側,連接板變徑處軸線方向發生凸起變形,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,試樣表面出現較多的點狀及孔狀缺陷,如圖3所示,系鑄造過程中出現的氣孔及縮松。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,未發現宏觀缺陷,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,說明構成連接板的材質是合格的。

通過顯微組織分析和掃描電鏡分析可見,發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量不合格。而未發生斷裂的連接板相同位置取樣未發現類似缺陷。這些缺陷的存在,嚴重地影響了材料的連續性,減小了連接板的有效厚度,降低了材料的力學性能[7]。

3.2 應力集中

在緊固導線施工過程中對繞線爪施加壓力,導線握緊后端部用定位銷固定連接板,為避免損傷導線,與導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,即連接板承受應力,由于連接板變徑處的結構與連接板本體相比發生了變化,應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 語

根據運行數據分析,線路2001年投運,2017年出現間隔棒集中斷裂現象,表明線路投運初期間隔棒可承受導線帶來的各種應力。但綜合試驗結果和集中應力分析,由于生產工藝問題,加之在各種應力長期作用下,最終導致部分間隔棒在存有鑄造質量問題的連接板部位斷裂。結合斷裂原因,提出以下預防措施。

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

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