隔離開關翻轉機構萬向節失效分析

滕玉林，李 軍，陳善義，謝金鵬，夏稀淵

(國網甘肅省電力公司科學研究院，甘肅 蘭州 730070)

0 引言

隔離開關是電力系統中使用量最大、應用最廣泛的高壓開關設備，在電網中配合運行方式切換、隔離電源工作，其產品質量對電網的安全穩定運行有極大影響。某750 kV變電站一隔離開關在檢修期間進行合閘操作時一相動觸頭翻板不翻轉，動靜觸頭無法接觸，隔離開關合閘不到位，檢修人員拆除隔離開關該相上部翻轉機構密封罩后，發現翻轉機構萬向節斷裂。為了查找斷裂原因，排除隱患，防止同類故障發生，對斷裂的翻轉機構萬向節及抽取同型號同批次的另外8件樣品進行了材質檢測。

1 試驗分析

翻轉機構萬向節分為三部分，上下兩部分為球形節座，中間部分為連桿。該次斷裂故障部位為翻轉機構萬向節球形節座。

1.1 宏觀檢查

斷口宏觀形貌檢查發現球形節座斷口呈完全斷裂狀態。斷口表面較粗糙、呈土黃色，螺紋根部氣孔密集、材質疏松，造成有效承載面積減小。斷裂起始位置存在變形情況，兩側發生斷口磨損現象，有一部分斷口缺失。

1.2 微觀形貌分析

對樣品進行微觀形貌檢查，可觀察到材料內部存在大量縮孔、夾雜物以及眾多沿晶裂紋等微觀缺陷，最長裂紋長度可達0.15 mm。

1.3 材質分析

對樣品進行光譜材質成分檢測，檢測數據詳見表1。根據廠家資料顯示，該批次萬向節球形節座材料為鉛黃銅，牌號為ZCuZn40Pb2。參考標準GB/T 1176—2013《鑄造銅及銅合金》中40-2鉛黃銅的牌號，對比發現Sb雜質含量超過0.1 %的標準。

表1 樣品元素含量 %

1.4 力學性能檢測

對萬向節球形節座檢測樣品(材質牌號為ZCuZn40Pb2)進行了布氏硬度檢測，檢測數據詳見表2。檢測結果中最大值為127 HBW，最小值為113 HBW。GB/T 1176—2013《鑄造銅及銅合金》中規定牌號為ZCuZn40Pb2的銅合金的布氏硬度值不低于90 HBW。因此，本次檢測的所有樣品的布氏硬度值均符合標準要求。

表2 布氏硬度檢測值 HBW

1.5 X射線檢測

對萬向節球形節座局部位置進行了X射線檢測，從X光電腦成像屏幕上明顯可見黑色的橢圓形輪廓和暗色斑點狀和團聚狀圖像，據此判斷鑄件內部存在孔洞及疏松等鑄造缺陷。

1.6 電鏡分析

在電子掃描電鏡下觀察萬向節微觀形貌，局部區域可觀察到顯微縮松形貌以及針孔缺陷，表明鑄件內部在鑄造過程中產生了大量的鑄造缺陷，包括有針孔缺陷、疏松缺陷等。

2 結論

各項試驗結果表明：萬向節球形節座檢測樣品的材料成分不符合GB/T 1176—2013《鑄造銅及銅合金》標準中規定的成分要求，其中雜質元素Sb的含量超過標準值；萬向節球形節座鑄件內部存在部分氣孔、疏松等鑄造缺陷以及大量縮孔、沿晶裂紋等微觀缺陷。

這些缺陷的存在會造成鑄造金屬構件有效承載面積減少和應力集中現象，進而導致鑄件發生斷裂失效的問題。建議生產廠家優化生產工藝，建議生產廠家和監造人員加強對入網金屬鑄件內部質量的檢驗和監督，并加強對設備運行和檢修期間的巡視和檢查，以保證電網設備的安全穩定運行。

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