氣體絕緣金屬封閉組合電器銅配管開裂的分析

曾慶忠, 馬小琴, 王光明

西安西電高壓開關(guān)有限責(zé)任公司 西安 710018

1 現(xiàn)場情況

氣體絕緣金屬封閉組合電器的特點主要有絕緣可靠性高、對環(huán)境影響小、占地面積小等。氣體絕緣金屬封閉組合電器將變電站中除變壓器以外的一次設(shè)備都納入封閉的金屬容器中,內(nèi)充SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì),是電力系統(tǒng)的重要組成部分。氣體絕緣金屬封閉組合電器主要包括母線、斷路器、互感器、隔離開關(guān)等子設(shè)備,是由眾多子設(shè)備組合而成的集合體[1-4]。在氣體絕緣金屬封閉組合電器中,各個子設(shè)備之間通過銅配管相連,使SF6氣體在各個氣室間聯(lián)通,并可進行SF6氣體更換、抽真空處理等。因此,銅配管的密封性及強度必須符合要求,這樣才可以保證氣體絕緣金屬封閉組合電器正常運行[5-10]。

銅配管主要由銅管材、銅三通、銅法蘭組成,各組成部分通過銀釬焊實現(xiàn)相互之間的連接。銅配管結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 銅配管結(jié)構(gòu)

在氣體絕緣金屬封閉組合電器工程現(xiàn)場,銅配管如果存在開裂、焊縫不密封等缺陷,就會引起SF6氣體泄漏等產(chǎn)品質(zhì)量問題。針對這一問題,對銅配管生產(chǎn)所需的原材料及焊縫焊接強度進行化學(xué)成分分析、拉伸試驗、氣密性試驗,根據(jù)試驗結(jié)果確認銅配管開裂、SF6氣體泄漏的具體原因。

2 化學(xué)成分分析

銅配管開裂多發(fā)生于三通部位,因此按照企業(yè)標準,對開裂的銅配管及現(xiàn)用銅管材、銅三通進行化學(xué)成分測試。

企業(yè)標準見表1,測試結(jié)果見表2。由表1、表2可見,開裂的配管銅及現(xiàn)用銅管材、銅三通化學(xué)成分符合企業(yè)標準要求。

表1 銅管材化學(xué)成分企業(yè)標準

表2 化學(xué)成分測試結(jié)果

3 力學(xué)性能試驗

3.1 企業(yè)標準

按照企業(yè)標準規(guī)定,銅管材的抗拉強度應(yīng)高于315 MPa。所用銅管材原料牌號為T2-Y,公稱直徑為15 mm,計算后得到拉伸試驗時拉伸力值應(yīng)大于21.6 kN。

3.2 銅管材拉伸試驗

對銅管材進行拉伸試驗,如圖2所示。拉伸試驗結(jié)果見表3,試驗后斷裂銅管材如圖3所示。

圖2 銅管材拉伸試驗

表3 銅管材拉伸試驗結(jié)果

由表3可知,銅管材的拉伸力值符合企業(yè)標準要求。

3.3 通用銅三通拉伸試驗

由于單個銅三通無法進行力學(xué)性能試驗,因此對銅三通與銅管材進行釬焊,一方面可以測試銅三通的抗拉伸性能,另一方面能夠?qū)︹F焊焊縫強度進行測試。通用銅三通拉伸試驗如圖4所示,試驗結(jié)果見表4,試驗后斷裂通用銅三通如圖5所示。

圖5 拉伸試驗后斷裂通用銅三通

圖4 通用銅三通拉伸試驗

由表4可知,通用銅三通的拉伸力值未達到大于21.6 kN的企業(yè)標準要求。

表4 通用銅三通拉伸試驗結(jié)果

3.4 加厚銅三通拉伸試驗

考慮到銅配管現(xiàn)場開裂多發(fā)生于銅三通部位,通用銅三通力學(xué)性能偏低,因此選用加厚銅三通進行拉伸試驗。加厚銅三通拉伸試驗結(jié)果見表5,試驗后斷裂加厚銅三通如圖6所示。

表5 加厚銅三通拉伸試驗結(jié)果

圖6 拉伸試驗后斷裂加厚銅三通

由表5和圖6可知,通過拉伸試驗,加厚銅三通焊縫附近的銅管材發(fā)生斷裂,加厚銅三通自身并未產(chǎn)生開裂,其中一件試品的拉伸力值達到大于21.6 kN的企業(yè)標準要求。

4 氣密性試驗

對通用銅三通及加厚銅三通進行銀釬焊,然后充入0.6～0.8 MPa的N2,放入水槽中,保壓5 min,進行氣密性試驗,觀察是否有氣泡溢出。氣密性試驗表明,三件通用銅三通試品與三件加厚銅三通試品均合格,無氣體泄漏。

5 分析結(jié)論

由上述分析結(jié)果可知,開裂銅配管所用銅三通和銅管材,其化學(xué)成分均符合企業(yè)標準要求,銅管材拉伸力值符合企業(yè)標準要求。

加厚銅三通自身未產(chǎn)生開裂,通用銅三通及加厚銅三通氣密性符合要求,說明現(xiàn)用銅管材和銅三通基本可以滿足銅配管的使用要求。通過試驗確認,通用銅三通的力學(xué)性能偏低,在現(xiàn)場安裝時,如果安裝尺寸不能完全符合圖紙要求,使銅配管處于抗彎、抗扭等狀態(tài),最終在力學(xué)性能偏低的銅三通處產(chǎn)生開裂。

進行拉伸試驗時,焊縫未發(fā)生脫落,說明銀釬焊的焊接性能可靠,焊接強度滿足銅配管生產(chǎn)要求。使用加厚銅三通后,需要解決焊縫附近銅管材的力學(xué)性能降低問題。