某相間間隔棒連接板斷裂原因分析

張艷紅

（東北電力科學研究院有限公司,遼寧 沈陽 110006）

1 相間間隔棒安裝與絕緣子連接板斷裂情況

為了防止發生相間閃絡故障,某超高壓局于2009年4月在其管轄的某1、2號線上安裝了相間間隔棒。間隔棒安裝方法：上相之間的相間間隔棒分別安裝在檔內L/3和2L/3（L為檔距）處;在上相相間間隔棒的前、后側各10 m處,上、下相之間各安裝1支。每支BJH-500/300型合成絕緣子與2個相間間隔棒（FJZ6-375S/300型）配合使用。相間間隔棒（FJZ6-375S/300型）由某線路器材廠生產,執行其廠內企業標準（目前,我國電力金具標準中還沒有相間間隔棒產品的國家標準以及相關部門對相間間隔棒的具體技術要求）,相間間隔棒與絕緣子連接板的破壞荷載設計要求不小于30 kN。連接板材料采用金屬型鑄件ZL102鋁合金。

2010年1月,相間間隔棒與絕緣子連接板斷裂3個,分別是1號線238-239號AB相間間隔棒的B相,2號線244-245號AB相間間隔棒的B相,2號線249-250號AB相間間隔棒的B相。

東北電力科學研究院有限公司受委托對斷裂的3個連接板及1個新連接板進行試驗及斷裂原因分析。

2 試驗分析

2.1 連接板斷口分析

斷裂的3個相間間隔棒連接板均處于上、下相之間的下相。連接板結構形狀見圖1,3個連接板斷裂部位基本一致,斷口均處于連接板結構形狀改變部位,即圖1中的A、B處。

圖1 244-245號連接板斷裂部位

244-245號連接板斷裂部位見圖1,其A、B兩處斷口宏觀形貌見圖2、圖3,兩處斷口斷裂前均無明顯的塑性變形,斷裂源處無舊裂紋痕跡,兩處斷口裂紋源處均可見材料鑄造缺陷,B處斷口裂紋源處材料鑄造疏松（見圖4）。兩斷口最后斷裂區無明顯的剪切唇,從兩斷口裂紋走向判斷,斷口呈一次性脆性扭轉斷裂。

圖2 圖1中的A處斷口形貌

249-250號連接板只送來斷裂的一部分,金具的B處斷口處變形見圖5,表明斷口斷裂前有明顯的塑性變形。B處斷口形貌見圖6,斷裂源處無舊裂紋痕跡也未見明顯的材料缺陷,最后斷裂區無明顯的剪切唇;A處斷口特征與B處基本一致,從兩斷口裂紋走向判斷,249-250號連接板是一次性過載彎曲斷裂。

238-239號連接板斷裂的A處斷口斷裂特征與249-250號連接板A處斷口斷裂特征基本一致,即斷口斷裂前有明顯的塑性變形,斷口呈一次性過載彎曲斷裂,斷裂源側可見3～4處材料鑄造缺陷（疏松）,見圖7、圖8。

圖5 249-250號連接板彎曲變形

斷口宏觀分析認為：244-245號連接板兩處斷口呈一次性脆性扭轉斷裂,斷裂源處存在明顯的鑄造缺陷;249-250號連接板兩斷口呈一次性過載彎曲斷裂;238-239號連接板A處斷口呈一次性過載彎曲斷裂,斷裂源側存在3～4處鑄造缺陷。

2.2 合金成分分析

對斷裂的3個連接板及1個新金具進行化學成分分析,試驗委托機械工業造型材料重要鑄件產品質量監督檢測中心完成。化學元素分析結果列入表1,表1中一并列出GB/T1173—1995中ZL102的化學元素范圍。

表1 金具合金元素含量%

表2 連接板力學性能檢測結果

通過比較可見,全部4個試樣化學成分均合格。

2.3 連接板機械性能試驗

對斷裂的2個連接板及1個新連接板進行常溫拉伸、硬度及沖擊試驗。試驗委托機械工業造型材料重要鑄件產品質量監督檢測中心完成。機械性能試驗結果列入表2,表2中一并列出GB/T1173—1995標準中ZL102金屬型鑄件的性能指標。

通過比較可見,3個連接板硬度及延伸率合格,但抗拉強度偏低,其中244-245號斷裂連接板抗拉強度略高于標準下限,其余兩個連接板（新連接板及249-250號斷裂連接板）抗拉強度均低于標準下限,強度不合格。

2.4 斷裂原因分析

從上述試驗結果可知,244-245號斷裂金具化學成分及機械性能合格,但鑄件內部存在鑄造缺陷（拉伸試樣有夾渣,斷口斷裂源處可見鑄造縮孔,見圖7）。與其他2個金具（新金具、249-250金具）相比,244-245號金具強度、硬度較高,延伸率較低,其韌性相對較差。斷口宏觀特征表現為裂紋起源于近表面的鑄造缺陷處,斷口呈一次性扭轉脆性斷裂。與線路走向垂直的較大風力使金具連接板承受扭轉應力,連接板材料存在鑄造缺陷及其韌性較差是其失效的主要原因。

240-250號斷裂金具化學成分合格,但機械性能不合格,其抗拉強度低于標準下限約7%。與其他2個金具相比,249-250號金具強度、硬度最低,延伸率較高,其強度相對較低,斷口宏觀特征表現為一次性過載彎曲斷裂。與線路走向平行的較大風力使金具連接板承受彎曲應力,金具鑄件強度較低是其提前失效的主要原因。

238-239號斷裂金具斷口宏觀特征與249-250號相同,屬一次性過載彎曲斷裂,金具材料存在鑄造缺陷。

3 結束語

金具連接板斷裂的主要原因是鑄件ZL102材質不合格,材料強度偏低,且存在鑄造夾渣等缺陷。建議金具連接板采用強度更高一級的材料,如ZG25、ZG35、ZL104或Q235。