電網設備金屬部件的失效分析及監督措施探討

趙鵬程

（國網新疆電力有限公司電力科學研究院，新疆 烏魯木齊 830091）

近年來，我國很多電網設備金屬部件常年處于“帶病”運行狀態，使得失效斷裂事故頻繁發生，本文通過實例分析導致電網設備金屬部件失效原因，包括：設計不合理、選材不當、安裝不到位，并提相應的監督措施，具體如下。

1 電網設備金屬部件的失效分析

1.1 設計不合理

電網設備金屬部件設計不合理，主要體現在小企業、小廠家，主要原因是此類企業，對電網設備金屬部件設計投入的資金比較小，且力量比較小，在具體設計中，只是一味的注重電氣性能方面的需求，并沒有充分考慮電網設備金屬部件的應用環境、適用范圍等因素，從而導致金屬部件失效現象頻繁發生，主要體現在以下幾個方面：

（1）隔離開關接線座發生斷裂。在2016年，某省200kV變電站多隔離開關接線座發生斷裂現象，通過查詢安裝記錄，發現這批隔離開關接線座于2012年安裝并使用。通過詳細檢查發現，該隔離開關接線座的成分為鑄鋁，主要在螺栓夾緊的位置發生斷裂，通過對斷裂處壁厚進行測量發現，最薄處只有3mm，而其他變電站的隔離開關接線座，相同部位最薄處也達到6mm，相關文獻報道顯示，當鑄鋁厚度不足5mm時就會發生斷裂，從這里幾組數據中可以看出，該變電站在隔離開關接線座的螺栓設計中存在明顯缺陷，夾緊位置的厚度不足是導致隔離開關接線座發生斷裂的主要原因。

（2）線夾發生斷裂。在2016年，某省500kV變電站在6～10月發生了6起銅鋁對焊式SYG型設備線夾斷裂故障，事故發生后，當地電力部門立即維護隊伍進行檢查維修，發現銅鋁線夾主要采用釬焊進行焊接，斷口主要在集中在焊縫處，并未發生變形[1]。導致此類事故發生的主要原因，銅鋁物理學性能有較大差距，在長時間運行時就會產生裂紋，在風、雨等外力因素的共同作用下，加劇裂紋擴大，從而發生斷裂。針對此類問題，電力公司要明確禁止在銅鋁線夾對接時采用釬焊，改為搭接焊，此種焊接方法，產生的荷載由鋁板全部承擔，大大提升線夾對接的安全性和可靠性。

1.2 材料選擇不當

電網設備金屬部件的材質，決定了其力學性能、電磁性能等。如果材質不良，則會導致電網設備金屬部件性能逐步惡化，最終提前失效。材料選擇不當大體上可以分為兩種情況，一種是材料成分偏離了標準規范要求，或者某種重要元素缺失，比如：銅導線中銅元素含量不足，則就不能滿足導電的實際要求，并加速銅導線發熱；另一種是材料中含有微觀缺陷，比如：因材料熔煉、鑄造不當，導致電網設備金屬部件中含有夾雜，降低了金屬部件的整體性能，從而使得金屬部件提前失效。比如：2017年6月，某省220kV變電站在日常巡檢過程中，發現刀閘和地刀水平連桿不銹鋼抱箍都發生了不均勻開裂現象。該U型抱箍設計材質為1Cr19Ni9Ti，其中Cr、Ni、Ti的含量都沒有達到設計標準，屬于材質不良缺陷。

1.3 電網設備金屬部件安裝不到位

安裝經驗表明，要想保證電網設備金屬部件安裝的質量，需要嚴格按照以下三道工序開展，第一道工序是焊接；第二道工序是壓接；第三道工序是螺栓緊固。其中電網中接地網和管母線采用焊接的方法進行安裝，而導地線則要采用壓接的方法安裝，鐵塔需要通過螺栓緊固的方法進行安裝。電網設備金屬部件的數量非常多，安裝工作量比較大，影響安裝質量的因素又比較多，任何一個細微的環節處理不當，都會影響電網設備金屬部件安裝質量。比如：在2017年8月，某省110kV線路耐張線夾只投入使用36天以后就發生了斷裂，該耐張線夾的引流板由2個螺栓連接，發現斷裂的位置位于引流板螺栓連接處，并在端口的位置發現明顯的灼燒痕跡，彈簧墊圈被完全熔焊[2]。通過這一點就可以充分說明，導流板在高溫作用下發生熔斷，和其他線夾對比發現，該失效線夾的另一個螺栓螺母上并沒有安裝彈簧墊圈，而且連接處也比較松動，在電網運行中，導流面積逐步減少，且溫度升不斷升高，從而導致導流板被熔斷。

2 電網設備金屬部件的監督措施

電網設備金屬部件結構復雜，種類繁多，雖然體積比較小，但任何一個部件發生缺陷，都會對電網設備持續穩定的運行造成嚴重影響。需要對電網設備金屬部件的設計和安裝進行全面審查和校驗，并加大對電網設備金屬部件的檢查和驗收力度，通過落實管口前移的方法，避免每個電網設備金屬部件“帶病運行”。具體的監督措施，可以從以下幾個方面同時入手：

第一，定期開展電網設備金屬部件設計審查的工作，監督部門要設備設計部門相互聯合，對設計不合理的現象及時整改，避免在電網設備金屬部件中發生設計不當的問題。同時，根據實際情況，制定定期巡視檢查制度，以便及時發現電網設備金屬部件運行存在的問題，及時維護。第二，針對鐵塔塔材、螺栓、螺母、導地線、線夾等比較重要的電網設備金屬部件要進行入網檢測，并定期發布產品檢驗結果。通過計算機技術和軟件技術，建立電網設備金屬部件廠商質量動態監控管理系統，避免質量不合格的產品進入電網設備中。除此之外，還要切實加強電網設備金屬部件材質檢驗力度，如果條件允許，還要成立金屬部件檢驗試驗室，以便及時檢驗電網設備金屬部件的質量和相關參數是否符合設計標準。第三，焊接材料(焊條、焊絲、鎢棒、氬氣、氧氣、乙炔和焊劑)的質量應符合國家標準或有關標準規定的要求。焊條、焊絲等均應有制造廠的質量合格證，凡無質量合格證或對其質量有懷疑時，應按批號抽樣檢查，合格者方可使用。鎢極氬弧焊用的電極，宜采用鈰鎢棒，所用氬氣純度不低于99.95%。焊條、焊絲及其他焊接材料，應設專庫儲存，并按有關技術要求進行管理，保證庫房內濕度和溫度符合要求，防止變質銹蝕。

3 結語

綜上所述，本文結合理論實踐，深入分析了電網設備金屬部件的失效的原因及監督措施，分析結果表明，設計不合理、選材不當、安裝不到位是導致電網設備金屬部件發生失效的主要原因，為有效解決失效問題，需要從定期開展電網設備金屬部件設計審查、進行入網檢查，加強檢驗力度、積極開展電網設備金屬部件安裝驗收工作等多方面同時入手，才能保證電網設備金屬部件運行質量。