500 kV线路间隔棒断裂原因分析及预防措施

李相栋,孙洗凡,李清泉,殷丕盛,赵桂鑫,袁茂凯

(国网山东省电力公司超高压公司 默拉直流管理处,济南 250118)

0 引 言

间隔棒作为超高压输电线路上必不可少的金具,安装在多分裂的高压输电线路上,以确保分裂导线在风力、导线覆冰、舞动及短路电流等影响下,导线之间依然能够保持间距不变,满足电气性能,降低表面电位梯度,避免子导线之间相互鞭击,并具有抑制风振和次档距振荡的作用[1-2]。

由于间隔棒长期处于野外高空环境,受到冰、雪、风暴等恶劣天气及导线间“电磁吸引力”的影响,容易发生破损,严重影响线路运行安全[3-5]。通过对500 kV蒙照Ⅰ线破损的导线间隔棒进行宏观检验、显微组织分析,结合铸造质量分析其断裂原因,并提出预防措施,防止在以后同类工程中出现间隔棒大量断裂的情况。

1 事件经过

2017年1～2月,500 kV蒙照Ⅰ线1～150号、257～265号区段内共发现断裂间隔棒的数量为78个,其中55～107号区段较为集中,数量为67个。500 kV蒙照Ⅰ线投运于2001年3月25日,全线导线型号为4×LGJ-400/35,呈正四边形布置,分裂间距450 mm,排列形式为水平排列,间隔棒型号为JZF4-45400,材质为铝合金铸件,表面镀锌。

2 断裂原因试验分析

2.1 宏观检验

对断裂间隔棒进行宏观检验。间隔棒外表面比较粗糙,呈现铸件的形态,间隔棒框架未出现明显变形。发生断裂的部位均位于绕线爪连接板变径处,断口较粗糙,无明显宏观塑性变形特征,无明显剪切唇,为脆性断口,且部分间隔棒连接板断口处存在较大尺寸气孔等铸造缺陷,如图1所示。部分连接板发生开裂,但并未完全断开,开裂部位位于连接板变径处两侧,连接板变径处轴线方向发生凸起变形,如图2所示。

图1 连接板断口宏观形貌

图2 连接板开裂变形宏观形貌

2.2 显微组织分析

分别对断裂及未断裂的连接板多次取样进行磨制、抛光处理,并对试样进行显微组织观察及分析,其中1号、2号试样为断裂连接板取样,3号试样为未断裂连接板取样。

1号试样(未腐蚀)进行磨制、抛光处理后,试样表面出现较多的点状及孔状缺陷,如图3所示,系铸造过程中出现的气孔及缩松。对其进行显微组织观察,金相组织基体为α固溶体及针状共晶硅,如图4所示。

图3 1号试样抛光后宏观形貌

图4 1号试样金相组织

2号试样(未腐蚀)进行磨制、抛光处理后,试样表面存在微小点状缺陷,如图5所示,在显微镜下观察,晶界处存在显微缩孔及显微裂纹。对其进行显微组织观察,金相组织为α固溶体及针状共晶硅,如图6所示。

图5 2号试样抛光后宏观形貌

图6 2号试样金相组织

3号试样(未腐蚀)为未发生断裂的连接板取样,进行磨制、抛光处理后,可见试样表面光洁,未发现宏观缺陷,如图7所示,对其进行显微组织观察,金相组织基体为α固溶体及针状共晶硅,如图8所示。

图7 3号试样抛光后宏观形貌

图8 3号试样金相组织

2.3 扫描电镜分析

对断口取样进行扫描电镜观察,如图9所示,可见断口呈脆性断裂特征,且断口组织中存在较多孔洞(已在图中圈出)等缺陷。

图9 断口扫描电镜

3 断裂原因分析

3.1 铸造质量

从显微组织观察可见,断裂和非断裂连接板的金相组织均为α固溶体及针状共晶硅,说明构成连接板的材质是合格的。

通过显微组织分析和扫描电镜分析可见,发生断裂的连接板断面及其附近均存在不同程度的气孔、缩松、微裂纹等缺陷。铸铝件的重要部位(指有机械载荷要求的部位)不允许有缩松、气孔、砂眼、渣眼、飞边等缺陷[6],断裂连接板的铸造质量不合格。而未发生断裂的连接板相同位置取样未发现类似缺陷。这些缺陷的存在,严重地影响了材料的连续性,减小了连接板的有效厚度,降低了材料的力学性能[7]。

3.2 应力集中

在紧固导线施工过程中对绕线爪施加压力,导线握紧后端部用定位销固定连接板,为避免损伤导线,与导线接触部位采用橡胶垫片隔开,安装后受压缩变形的橡胶垫片对连接板有一定的反作用力,即连接板承受应力,由于连接板变径处的结构与连接板本体相比发生了变化,应力集中作用于连接板变径处,致使其成为整个连接板中最薄弱的部位。

4 结 语

根据运行数据分析,线路2001年投运,2017年出现间隔棒集中断裂现象,表明线路投运初期间隔棒可承受导线带来的各种应力。但综合试验结果和集中应力分析,由于生产工艺问题,加之在各种应力长期作用下,最终导致部分间隔棒在存有铸造质量问题的连接板部位断裂。结合断裂原因,提出以下预防措施。

1)对该厂家生产的间隔棒进行排查,采用外观检验方法重点检查连接板开裂及断裂情况,及时更换发生变形、开裂的连接板;

2)加强电力金具的质量监督,重点监督承受较大机械载荷的部件、部位,采用X射线数字成像设备检测部件的内部缺陷(气孔、缩松等),避免不合格件投用,保障线路安全可靠运行。