洪毅成,蔡建賓

(國(guó)網(wǎng)福建電力科學(xué)研究院,福州 ３５０００１)

摘 要:某２２０kV 輸電線(xiàn)路懸垂金具直角掛板發(fā)生斷裂事故.通過(guò)對(duì)該事故背景進(jìn)行分析,結(jié)合宏觀檢測(cè)、載荷分析、斷口掃描電鏡及能譜分析的方法,從金具的連接方式、運(yùn)行環(huán)境、材質(zhì)狀況等方面分析了該２２０kV 輸電線(xiàn)路懸垂金具直角掛板的斷裂原因.結(jié)果表明:該直角掛板在制造時(shí)已經(jīng)存在裂紋,在腐蝕介質(zhì)和大風(fēng)的共同作用下裂紋不斷擴(kuò)展,最終直角掛板發(fā)生腐蝕疲勞斷裂.最后針對(duì)斷裂原因提出了預(yù)防措施.

關(guān)鍵詞:輸電線(xiàn)路;金具;直角掛板;腐蝕疲勞斷裂

中圖分類(lèi)號(hào):TM７５;TG１１５ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０１７)０５Ｇ０３６１Ｇ０４

電力金具在電力線(xiàn)路中起到連接、支撐和保護(hù)的作用,是輸變電線(xiàn)路上的一個(gè)重要組成部分,電力金具質(zhì)量的安全可靠對(duì)電網(wǎng)線(xiàn)路的安全運(yùn)行具有重要的作用[１].目前,國(guó)內(nèi)金具制造廠家數(shù)量較多,加工制造水平參差不齊,由于金具質(zhì)量問(wèn)題引發(fā)的掉線(xiàn)事故時(shí)有發(fā)生[２Ｇ５].筆者通過(guò)對(duì)某線(xiàn)路架空地線(xiàn)懸垂金具直角掛板(ZSＧ７)的斷裂原因進(jìn)行分析討論,為廠家的規(guī)范生產(chǎn)提供借鑒.

１ 事故線(xiàn)路概況

該線(xiàn)路于２０１４年６月驗(yàn)收合格后正式投運(yùn),線(xiàn)路段 沿 線(xiàn) 走 廊 防 護(hù) 區(qū) 內(nèi) 無(wú) 臨 近 的 樹(shù) 木 或 建 筑物,沿線(xiàn)走 廊 完 全 滿(mǎn) 足 線(xiàn) 路 安 全 運(yùn) 行 要 求.該 線(xiàn)路地處海邊山區(qū),常年風(fēng)力較大(５~７級(jí)),且線(xiàn)路走向與常年的風(fēng)力方向剛好成近９０°角,該方向的穩(wěn)定風(fēng)力是線(xiàn)路導(dǎo)地線(xiàn)起振并形成穩(wěn)定振動(dòng)的理想條件,現(xiàn)場(chǎng)情況見(jiàn)圖１.按照線(xiàn)路檢修計(jì)劃,該線(xiàn)路于２０１６年１月４日起進(jìn)行停電檢修工作,在檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)３號(hào)塔右架空地線(xiàn)(良導(dǎo)體)掉落在上導(dǎo)線(xiàn)橫 擔(dān) 上,３ 號(hào) 右 地 線(xiàn)(良 導(dǎo) 體)懸 垂 金 具 串 斷串,串中的連接金具直角掛板(ZSＧ７)發(fā)生斷裂,連接 形 式 為 單 掛 點(diǎn) 雙 懸 垂,配 套 地 線(xiàn) 型 號(hào) 為

OPGWＧ２４B１Ｇ１４５光 纜,懸 垂 金 具 組 裝 圖 如圖２所示.

２ 理化檢驗(yàn)

２．１ 宏觀檢測(cè)

斷裂失效發(fā)生在直角掛板彎頭部位,所有斷口比較平整,均無(wú)明顯的塑性變形,斷口為本體材料顏色,裂紋源處顏色較深,屬于脆性斷裂.另外兩個(gè)斷口未完全斷裂,在主裂紋旁邊還有多條撕裂的小裂紋,且整個(gè)彎頭向一側(cè)彎曲變形,直角掛板的另一側(cè)發(fā)生輕微的變形,端部向兩邊張開(kāi),如圖３所示.

２．２ 實(shí)際承受載荷分析

依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定,金具強(qiáng)度的安全系數(shù)不小于最大使用載荷的２．５倍,因此直角掛板(標(biāo)稱(chēng)載荷為 ７ ０００ kg) 的 最 大 允 許 使 用 載 荷 為F＝７０００kg/２．５＝２８００kg.該線(xiàn)路３號(hào)塔的水平檔距為８５２m,垂直檔距為８８９m;設(shè)計(jì)基本風(fēng)速為３３m??s－１,相當(dāng)于最大設(shè)計(jì)風(fēng)速３５m??s－１.查閱原始設(shè)計(jì)資料,光纖復(fù)合架空地線(xiàn)的最大承受載荷為１１３７７．７N,規(guī)程規(guī)定,山區(qū)線(xiàn)路設(shè)計(jì)最大風(fēng)速如無(wú)可靠資料,應(yīng)按附近平原地區(qū)的統(tǒng)計(jì)值提高１０％選用.送電線(xiàn)路位于河岸、湖岸、高峰以及山谷風(fēng)口等易產(chǎn)生強(qiáng)風(fēng)的地帶時(shí),其最大設(shè)計(jì)風(fēng)速應(yīng)較一般地區(qū)適當(dāng)增大.因此,校驗(yàn)塔所處位置的計(jì)算風(fēng)速為一 般 地 區(qū) 的 最 大 設(shè) 計(jì) 風(fēng) 速 的 １．２１ 倍,即４２．３５m??s－１,相當(dāng)于１４級(jí)大風(fēng),所以光纖復(fù)合架空地線(xiàn)的最大承受載荷為１４６６０．７N.在考慮微地形環(huán)境影響氣象條件后,直角掛板最大允許使用載荷仍然遠(yuǎn)大于光纖復(fù)合架空地線(xiàn)的最大承受載荷,因此該金具滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用要求.

２．３ 斷口掃描電鏡分析

圖４ 直角掛板斷口的掃描電鏡形貌

Fig.４ SEM morphologyoffracturesurfaceoftherectangularhangingplatea corrosionproduct b secondarycracks

截取直角掛板最大彎處斷口,經(jīng)超聲波清洗后進(jìn)行掃描電鏡分析,如圖４所示,斷口平整,無(wú)塑性變形痕跡.由于腐蝕介質(zhì)的作用,斷口被腐蝕產(chǎn)物覆蓋,在斷口邊緣處可見(jiàn)疲勞條紋,斷口形貌中明顯存在解理面,且可觀察到明顯的二次裂紋.這些裂

紋較直,應(yīng)該屬于穿晶裂紋,因此可以判斷斷口形貌為穿晶解理斷裂 ,屬于典型的脆性斷裂特征[６].

２．４ 斷口能譜分析

截取直角掛板６個(gè)斷口(最大彎處２個(gè)斷口和起彎位置４個(gè)斷口),位置如圖３(a)所示,經(jīng)超聲波清洗后進(jìn)行能譜分析,結(jié)果如表１所示.可見(jiàn)６個(gè)斷口的元素成分較為復(fù)雜,均含有硫、氯、鉀、鈣以及鋁、鎂、硅等常見(jiàn)腐蝕性元素,但在最大彎處２個(gè)斷口含有鋅元素,含量較高.對(duì)最大彎處２個(gè)斷口的外弧面進(jìn)行面掃描,如圖５所示,發(fā)現(xiàn)最大彎處斷口均勻分布著鋅元素.

３ 分析與討論

３．１ 直角掛板質(zhì)量問(wèn)題

根據(jù)宏觀檢測(cè)、斷口掃描電鏡形貌和能譜分析,直角掛板存在明顯的質(zhì)量問(wèn)題.直角掛板在加工成型后再進(jìn)行表面熱浸鍍鋅處理,６個(gè)斷口中的２個(gè)最大彎處斷口存在大量的鋅元素,說(shuō)明該產(chǎn)品加工成型時(shí)在最大彎處已經(jīng)出現(xiàn)裂紋,在進(jìn)行表面熱浸鍍鋅處理時(shí)鋅液滲入到裂紋內(nèi)部[７].在實(shí)際使用中,該直角掛板使用線(xiàn)路處于沿海山區(qū),大氣環(huán)境含有氯離子等腐蝕性介質(zhì),且該地區(qū)常年風(fēng)力較大,線(xiàn)路走向垂直于常年的風(fēng)力方向,導(dǎo)致該直角掛板不可避免地受到周期性振動(dòng).直角掛板在加工成型時(shí)最大彎處已存在裂紋,又在風(fēng)的作用下發(fā)生振動(dòng),導(dǎo)致直角掛板最大彎處的裂紋在周期性載荷作用下擴(kuò)展,因此在斷口處可見(jiàn)疲勞條紋.在腐蝕介質(zhì)和大風(fēng)的共同作用下,裂紋逐漸擴(kuò)展,最終導(dǎo)致直角掛板腐蝕疲勞斷裂,發(fā)生掉線(xiàn)事故.

３．２ 金具連接方式不合理

該線(xiàn)路３號(hào)事故塔采用 U 型掛板 UBＧ７、三腿直角掛板 ZSＧ７、連板 LＧ１０４０、三腿平行掛板 PSＧ７、懸掛線(xiàn)夾 XGHＧ４的單掛點(diǎn)雙懸垂連接方式.盡管直角掛板ZSＧ７所能承受的理論最大荷載符合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)要求,但這種連接方式使用的金具數(shù)量多,造成連接點(diǎn)、摩擦點(diǎn)以及受損點(diǎn)增多,容易形成隱患.特別是 U 型掛板和三腿直角掛板的連接,兩者連接部位的接觸面積較小,強(qiáng)度明顯下降,而單掛點(diǎn)雙懸垂的連接方式增加了金具本身的負(fù)載,使得強(qiáng)度進(jìn)一步下降.３號(hào)事故塔處于大檔距和微地形(海邊山區(qū))等對(duì)金具受力不利的條件下,常年受到基本垂直于線(xiàn)路的大風(fēng)影響,金具承受長(zhǎng)期循環(huán)變化的風(fēng)載,而且直角掛板ZSＧ７受力截面為４點(diǎn)受力,在風(fēng)偏振動(dòng)和舞動(dòng)的作用下,直角掛板一側(cè)受力過(guò)大,造成其連接處過(guò)緊,自由度受到限制,易產(chǎn)生彎曲應(yīng)力.從宏觀檢測(cè)可知該直角掛板已經(jīng)產(chǎn)生彎曲變形.

４ 結(jié)論及建議

該直角掛板在加工成型時(shí)最大彎處已經(jīng)存在裂紋,在隨后的使用過(guò)程中,由于腐蝕介質(zhì)和周期性風(fēng)偏振動(dòng)的共同作用,裂紋不斷擴(kuò)展,最終發(fā)生腐蝕疲勞斷裂.針對(duì)該情況,提出以下防范措施.

(１)加大對(duì)該線(xiàn)路同批次金具的巡檢,結(jié)合停電進(jìn)行更換,新更換的金具需檢查合格才能投入使用.新建或改建線(xiàn)路連接金具不建議采用 U 型掛板 UB＋三腿直角掛板 ZS的結(jié)構(gòu)組合,宜采用加強(qiáng)U 型環(huán)組結(jié)構(gòu).

(２)在大檔距以及位于風(fēng)口特殊環(huán)境的線(xiàn)路段宜采用加強(qiáng)型金具,以提高其承受運(yùn)行載荷和抗振動(dòng)疲勞破壞能力.

(３)提高對(duì)線(xiàn)路金屬監(jiān)督的重視程度,加強(qiáng)對(duì)金屬監(jiān)督檢查項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的執(zhí)行,保證金具材料內(nèi)部組織、力學(xué)性能、裝配等方面的質(zhì)量.

（文章來(lái)源：材料與測(cè)試網(wǎng)-理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè) > 2017年 > 5期 > pp.361）