電網金屬材料缺陷研判及質量提升

章學兵，王 建，周 濤

(國網上海市電力公司青浦供電公司，上海 201799)

2016—2020年，隨著金屬材料專項技術監督工作不斷深化，檢測項目不斷完善，檢測范圍已拓展至配網工程，金屬材料缺陷檢出率顯著降低。當前電網110 kV及以下電壓等級輸變電工程及配網工程的金屬材料專項監督工作由所轄地市公司開展，由于地市公司金屬專業人員的欠缺，金屬專項監督工作質效不高[1-4]。為提升金屬材料專項監督工作成效，對2018—2020年間金屬材料專項監督工作中檢出率較高的缺陷進行整合分類，并結合相關依據，清晰、直觀地對缺陷進行判定，提升金屬專項監督工作的成效，嚴把設備部件入網質量，保障電網安全穩定運行。

1 設備及部件分類

根據公司110 kV輸變電工程的設計要求，結合實際工作情況，將110 kV輸變電工程抽檢設備進行匯總整理，抽檢設備及部件共16大類，如圖1所示。

110 kV及以下電壓等級輸電線路工程類型主要有新建、遷改工程，主要抽檢4類設備，如圖2所示。

圖2 110 kV及以下輸電線路工程抽檢設備分類

10 kV配網工程類型主要有新建、遷改、檢修工程，主要抽檢設備7類，如圖3所示。本文所涉及的金屬材料專項監督抽檢項目包括但不限于《電網設備電氣性能、金屬及土建專項技術監督工作方案》中所列項目，由于部分抽檢項目為破壞性試驗且試驗要求較高，非專業人士操作難度較大，所以本文僅針對易于實施且缺陷檢出率較高的項目進行分析。

圖3 10 kV配網工程金屬抽檢設備分類

2 設備檢測與缺陷分類

結合2018—2020這3年入網設備及部件金屬材料實際抽檢情況，將金屬材料缺陷匯總整理，分為6類，見表1。鍍層及焊接類缺陷占比超過80%。

表1 缺陷分類及主要設備監督項目

2.1 材質缺陷

材質缺陷涉及的設備及部件與檢測依據見表2。

表2 材質缺陷涉及的設備及部件與檢測依據

變壓器端子箱材質要求為06Cr19Ni10的奧氏體不銹鋼或耐蝕鋁合金。測試得到端子箱材質的典型缺陷，Cr，Ni含量低于標準要求，Mn含量超標。

開關柜母線穿套安裝板材質要求為304及以上牌號的奧氏體不銹鋼。測試得到開關柜母線穿套材質的典型缺陷，Cr，Ni含量低于標準要求，Mn含量超標。

配電箱箱體材質要求為不銹鋼材質。測試得到配電箱箱體材質的典型缺陷，Cr，Ni含量低于標準要求，Mn含量超標。

2.2 鍍層類缺陷

鍍層缺陷涉及的設備及部件與檢測依據見表3。變壓器套管接線端子鍍銀厚度要求不應小于8 μm，鍍銀層典型缺陷是厚度不合格(見圖4)，鍍銀厚度小于4.55 μm；鍍錫層厚度要求不應小于8 μm；鍍錫層典型缺陷是厚度不合格(見圖5)，鍍錫厚度為3.31 μm。

圖4 鍍銀層典型缺陷

圖5 鍍錫層典型缺陷

開關柜觸頭要求鍍銀厚度不小于8 μm，其典型缺陷是鍍銀厚度不合格(見圖6)。采取拆卸后用Fischer XDL230 鍍層測厚儀檢測，檢測值范圍為2.30～5.76 μm，低于標準要求。鍍層缺陷涉及的設備及部件與檢測依據如表3所示。

表3 鍍層缺陷涉及的設備及部件與檢測依據

圖6 開關柜觸頭鍍銀典型缺陷

開關柜母線銅排要求搭接面鍍銀厚度不小于8 μm，其典型缺陷是未鍍銀、未壓花、鍍銀層破損、鍍銀厚度不合格，如圖7所示。銅墊片用鍍錫代替鍍銀，搭接面未采用壓花工藝，鍍銀層破損，鍍銀厚度實測值7.41 μm，低于標準要求。

圖7 開關柜母線銅排典型缺陷

隔離開關觸頭要求動、靜觸頭接觸部位應整體鍍銀，并且鍍銀厚度大于20 μm，其典型缺陷是動、靜觸頭未整體鍍銀，如圖8所示。

圖8 隔離開關動、靜觸頭典型缺陷

站用變銅排包括母線銅排及接地銅排，鍍錫層厚度要求不應小于8 μm，其典型缺陷是母線銅排鍍錫厚度不合格。鍍錫實測值為6.68 μm，低于標準要求。

穿墻套管接線端子要求鍍錫厚度不應小于8 μm，其典型缺陷是鍍錫厚度不合格。鍍錫實測值為0.25 μm，遠低于標準要求。

GIS跨接銅排要求鍍錫厚度不應小于8 μm，其典型缺陷是鍍錫厚度不合格。鍍錫實測值為3.31 μm，低于標準要求。

GIS殼體要求防腐層厚度不應小于90 μm，其典型缺陷是防腐層破損、厚度不合格。防腐層實測值為56.5 μm，低于標準要求。

變壓器油箱漆膜層要求漆膜應均勻，無流掛、發花、針孔、開裂和剝落，其典型缺陷是開裂，如圖9所示。

圖9 變壓器油箱漆膜典型缺陷

隔離開關支架要求鍍鋅厚度不應小于86 μm，其典型缺陷是漏鍍、生銹，不符合要求，如圖10所示。

圖10 隔離開關支架漏鍍及生銹

框架式電容器殼體要求防腐層厚度不應小于120 μm，其典型缺陷是防腐層厚度不合格。防腐層厚度實測值為37.5 μm，低于標準要求。

電纜橋架、消防管道、接地網要求鍍鋅厚度不應小于86 μm，接地網典型缺陷是漏鍍、鍍鋅厚度不合格。鍍鋅實測值為59.1 μm，低于標準要求。

封閉母線橋、小電阻接地成套裝置、電能表屏及一體化(智能)電源系統要求防腐層厚度不應小于120 μm，封閉母線橋的典型缺陷是防腐層厚度不合格。防腐層實測值為20.4 μm，遠低于標準要求。

鋼管桿要求鍍鋅厚度不應小于86 μm，鍍鋅層質量滿足要求，其典型缺陷是漏鍍、起皮、結瘤、積鋅，如圖11所示。

圖11 鋼管桿鍍鋅層典型缺陷

配電變壓器要求防腐層質量滿足要求，其典型缺陷是漏涂、起皮，如圖12所示。

圖12 配電變壓器防腐層典型缺陷

2.3 焊接類缺陷

焊接缺陷涉及的設備及部件與檢測依據見表4。焊縫氣孔及錯位如圖13所示。

圖13 焊縫氣孔及錯位

表4 焊接缺陷涉及的設備及部件與檢測依據

變壓器油箱、儲油柜、散熱器焊縫要求應100%進行目視檢測，焊縫表面應飽滿，無裂紋、無氣孔、無焊瘤、無夾渣，焊縫高度符合圖紙要求；其典型缺陷是密集氣孔、焊瘤，如圖14所示。

圖14 油箱焊縫密集氣孔及焊瘤

框架式電容器箱殼焊縫要求外觀應無裂紋、未熔合、氣孔、深度大于1 mm 的咬邊，其典型缺陷是未熔合、氣孔，如圖15所示。

圖15 框架式電容器箱殼焊縫典型缺陷

鋼管桿縱向焊縫應滿足二級焊縫的要求，其典型缺陷是未焊透、氣孔，如圖16所示。

圖16 鋼管桿縱向焊縫典型缺陷

配電變壓器箱體焊縫質量要求焊接應不得發生虛焊、裂縫及其他任何缺陷，其典型缺陷是氣孔、焊瘤，如圖17所示。

圖17 配電變壓器焊縫典型缺陷

2.4 壓接與厚度類缺陷

壓接及厚度類缺陷實際檢出率非常低，無典型缺陷，本文不做詳細說明。

2.5 腐蝕防護類缺陷

腐蝕防護缺陷涉及的設備及部件與檢測依據見表5。

表5 腐蝕防護缺陷涉及設備和部件與檢測依據

柱上斷路器傳動機構典型缺陷是傳動桿、連桿銹蝕，如圖18所示。

圖18 柱上斷路器傳動機構典型缺陷

配變低壓保護開關箱傳動機構典型缺陷是傳動銷銹蝕，如圖19所示。

圖19 配變低壓保護開關箱傳動銷銹蝕

絕緣子緊固螺栓典型缺陷是戶外用不銹鋼螺栓銹蝕，如圖20所示。

圖20 絕緣子緊固螺栓銹蝕

3 缺陷分析與質量提升措施

3.1 缺陷分析

(1)材質及腐蝕防護。材質及腐蝕防護類缺陷主要是Cr，Ni，Mn這3種元素含量不符合標準要求，Cr元素能提高鋼材強度、硬度，促進鋼的回火脆性；Cr元素能在鋼表面生成一層保護性的氧化膜，該氧化膜和鋼牢固結合，腐蝕過程受到阻滯[2]；Ni元素使得鋼的硬度和韌性達到平衡；由于Ni元素價格相對較高，有些廠家為降低生產成本，就會采用Mn代Ni的非標不銹鋼來代替標準3系不銹鋼，這種非標不銹鋼耐蝕性能較差，防腐效果達不到要求。

(2)鍍層。鍍層類缺陷主要是鍍銀層、鍍錫層、鍍鋅層及漆膜層表面質量和鍍層厚度不合格；鍍銀層、鍍錫層目的是增強部件抗腐蝕性、增加硬度、提高導電率及防止磨損；有分、合操作的觸頭類部件對耐磨性能要求較高；銅排搭接面壓花工藝目的是增加有效接觸，降低接觸電阻，提高導電率，從而降低溫升；鍍鋅及漆膜目的主要是增加部件防腐性能，尤其是戶外用設備及部件，鍍鋅層及漆膜層表面質量會直接影響防腐效果；所以不同的標準對于不同鍍層的相同要求是連續完整、均勻一致。

鍍層類缺陷產生原因有：環保、成本、技術三個方面環保方面主要是因為鍍層形成過程中對環境產生一定的影響，一般鍍層廠家地址偏遠，無形中增加了運輸成本；成本方面主要是銀、錫、鋅原材料的價格較高，鍍層厚度無法精確控制，鍍層厚度增加的同時也增加了成本；技術方面主要是因為電鍍電流與時間控制不精準、熱鍍前處理及后處理措施不完善、漆膜表面處理不達標、安裝運輸過程中保護措施不到位等。

(3)焊接。焊接類缺陷主要是未焊透、未熔合、氣孔、焊瘤；未焊透減少焊接接頭有效截面面積，使焊接接頭承載能力下降，引起應力集中，嚴重降低疲勞強度，容易產生裂紋，是一種危險性缺陷[3]；未熔合是一種典型的面積型缺陷，未熔合處的應力集中情況變得嚴重，其危害程度僅次于裂紋；氣孔會減少焊接接頭有效截面面積，增加應力集中，特別對彎曲和沖擊韌性影響很大，連續氣孔還破壞焊縫致密性，破壞焊接結構。

焊接類缺陷產生原因主要是兩個方面：焊工和焊接工藝；焊工方面主要是焊接人員技能水平不足，對自動化焊接設備性能參數不熟練；焊接工藝方面主要是坡口形式不合理、裝配間隙過大、焊接區域不清潔、焊接參數選擇不當、焊接速度過快等。

3.2 質量提升措施

將金屬專項監督開展階段前移，從規劃可研階段對設備及部件提出要求，在設備采購階段加強對設備及部件金屬材料監督檢測，尤其是對關鍵元素進行檢測；在設備驗收階段前完成設備及部件材質、鍍層抽檢工作，確保在設備安裝階段不發生金屬材質方面的問題。

設備及部件在鍍銀、鍍錫過程中要加強溶液成分、電鍍工藝規范及鍍前預處理三方面質量把關[4]，安裝與運輸過程中要加強鍍層防破損工作，對鍍層進行包裹，防止破損及氧化。

焊縫抽檢要在鍍鋅前完成，焊接人員要持證上崗，焊接要嚴格按照焊接工藝要求進行施焊，涉及第三方無損檢測的要現場見證，監督焊縫質量。

鍍鋅工藝要按照標準要求嚴格執行，做好鍍前處理和鍍后處理，鍍前處理要清除表面油污、氧化膜等；鍍后處理要對制品進行化學處理(銨化)和物理處理(涂油防護、整形等)。

4 結語

(1)材質類缺陷多發生于設備采購階段，由于是外委采購，缺少監督檢測措施，進而出現非標牌號代替標準牌號。

(2)鍍層類缺陷多發生在設備制造階段，鍍銀、鍍錫則是通過專業廠家進行電鍍，受到環保、成本及技術方面的限制，以及安裝運輸過程中不規范操作，導致鍍層質量不合格。鍍鋅也是通過專業廠家進行鍍鋅，設備表面未清潔、溶液池雜質含量過高及鍍后未處理都會造成鍍鋅質量不合格。

(3)焊接類缺陷多發生在設備制造階段，焊工技能水平不足、焊接工藝未嚴格執行、趕工程進度等是造成焊縫質量缺陷的主要原因。