某相間間隔棒連接板斷裂原因分析

張艷紅

（東北電力科學(xué)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(fā)生相間閃絡(luò)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(nèi)L/3和2L/3（L為檔距）處;在上相相間間隔棒的前、后側(cè)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(chǎn),執(zhí)行其廠內(nèi)企業(yè)標準（目前,我國電力金具標準中還沒有相間間隔棒產(chǎn)品的國家標準以及相關(guān)部門對相間間隔棒的具體技術(shù)要求）,相間間隔棒與絕緣子連接板的破壞荷載設(shè)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(xué)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(qū)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(zhuǎn)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(qū)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(cè)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(zhuǎn)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(cè)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(xué)成分分析,試驗委托機械工業(yè)造型材料重要鑄件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心完成。化學(xué)元素分析結(jié)果列入表1,表1中一并列出GB/T1173—1995中ZL102的化學(xué)元素范圍。

表1 金具合金元素含量%

表2 連接板力學(xué)性能檢測結(jié)果

通過比較可見,全部4個試樣化學(xué)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(yè)造型材料重要鑄件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心完成。機械性能試驗結(jié)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(jié)果可知,244-245號斷裂金具化學(xué)成分及機械性能合格,但鑄件內(nèi)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(xiàn)為裂紋起源于近表面的鑄造缺陷處,斷口呈一次性扭轉(zhuǎn)脆性斷裂。與線路走向垂直的較大風(fēng)力使金具連接板承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)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(xué)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(xiàn)為一次性過載彎曲斷裂。與線路走向平行的較大風(fēng)力使金具連接板承受彎曲應(yīng)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(jié)束語

金具連接板斷裂的主要原因是鑄件ZL102材質(zhì)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。