输变电金属材料部件失效分析与对策

输变电金属材料部件失效分析与对策

夏明勇

（贵州创星电力科学研究院有限责任公司贵州贵阳550001）

摘要：电力金属材料部件是输变电线路的重要组成部分，包括输变电金具、操作机构、导线、杆塔等，贯穿整个电网，在电网中起到连接、传递、支撑机械及输送电气负荷等作用。电力金属材料部件一旦失效，会造成设备损坏及变电站、输电线路停电，影响电网的安全性和经济性运行。

关键词：输变电设备；金属材料部件；失效

引言

输变电金属材料的使用贯穿于电网构建的整个过程，包括线路的连接、电能的传递等等。当输变电的金属材料部件失效时，就会使得设备的效能大大降低，严重情况下会造成电网瘫痪，并对电网的稳定性以及安全性也会造成很大影响。

1输变电金属材料部件失效情况

1.1隔离开关的操作传动机构

据统计调查显示，隔离开关的操作传动机构部件的损坏是导致金属材料部件失效的一大重要原因，因此，在分析、检查输变电金属材料部件是否失效时，应着重检查隔离开关部位，针对其工作频率较高、抗变形较差的部位分析检测是否工作正常，从而确保隔离开关的操作传动机构正常运行。

1.2断路器的连杆、弹簧

断路器的连杆、弹簧都是长期连续工作的金属部件组成部分，长时间的运行很有可能导致连杆、弹簧的工作性能降低甚至是失效，而反复操作则更是可能导致弹簧过旧，不及时更换就会使得金属部件失效。在金属部件开始工作之前，要仔细进行检查、监督，确保连杆能正常运行，弹簧的储能充足，否则应及时进行更换，避免出现金属材料部件失效的现象。检查时要充分运用专业手段，如工业x射线成像检查，分析易于疏漏的金属材料部件时，更要耐心周密，防止大意疏忽。弹簧的储能不足要加强对断路器的监督测试，尤其是长期运行工作的断路器要重点检查，谨慎测试，防止错漏，确保断路器的正常工作状态。

1.3铜铝过渡板

据调查了解，铜铝过渡板安装时的易受弯折是导致设备线夹断裂的一大因素。铜铝过渡板在安装时如果弯折，则在后期工作运行时，熔合线部位很有可能受到影响从而产生裂缝，裂缝逐渐扩大因此裂缝逐渐蔓延，长此以往工作环境下的铜铝过渡板受到外力作用时很容易产生设备线夹断裂现象，无法继续顺利工作。另外，存在着部分的铜铝过渡板设计不合理或是质量不过关，在受力较大时极易产生裂痕。部分施工人员在安装铜铝过渡板时，安装技术不到位，忽略了不正确安装可能导致的后果。

2输变电金属部件失效分类

2.1因变形造成的失效

变形失效是指输变电的金属部件在使用过程中，其受力或者弯折超过了该部件的受力范围或者最大弹性变形限度，导致该部件的形状或者尺寸发生过度变形而失效。其失效的主要原因是：因部分零部件自身重量过大，由于位置放的不是特别恰当而发生变形；零部件在设计时，考虑不够全面，安全度不高，也是零部件发生变形的重要原因之一。

2.2因疲劳而失效

疲劳失效与零件产生的交变应力有关。交变应力就是指零部件在工作过程中，长时间的进行循环载荷，从而使零部件内部产生的一种应力。在这种应力的作用下零部件发生的断裂称之为疲劳断裂。科学研究表明，在某种情况下，零部件可能也会因应交变力而突然断裂，这就是疲劳失效。该现象发生的原理为：金属部件的尺寸大小突然发生变化而导致交变应力集中与某一位置，从而使金属部件产生细小裂缝，在交变应力长时间持续的作用下，这些细小的裂纹会逐渐的增大，相互之间发生连接，从而产生大的裂纹，直至裂纹过大而导致金属部件断裂。

2.3因腐蚀而失效

这是由于金属部件长时间受到周围环境中带有腐蚀性质的物质的影响，而出现质量变轻、材料外形被破坏或者部件部分缺失等，导致金属部件失效。如酸雨天气，输电铁塔的某些金属部件会因酸雨的腐蚀而失效。

3对输变电金属部件失效现象的防范

3.1精进技术工艺

具体面对金属材料部件失效的情况，应该结合具体失效部位分析问题，精进技术，不断发掘、引进新技术。如针对铜铝过渡板的焊接工艺，应该采取面一面焊接，摒弃过去的替线一线焊接方式。

3.2加强材料合格控制

优质合格的材料质量是保证输变电金属部件顺利运行的必备因素，为保证材料过关，应该在每次安装运行之前进行抽样检测，是否符合相关技术指标，是否符合具体安装要求。在正常运行过程中加强对金属部件的保养和维修，避免出现过度损耗现象。

3.3加强监督检查

监督检查应该贯穿在金属材料部件的设计、安装、材料购进以及保养始终，加强事前控制，事中监督和事后检查。对设备的设计环节应该尽早针对金属材料部件的要求加强审计，或是及时引进先进的设计。对材料质量监督应加强材料合格控制。对金属部件的安装要切实按照国家相关规程严格施工；同时加强安装施工质量管理。对于安装人员的技术水平，应该定时统一培训，是的掌握最新的技术技能。

3.4输电铁塔

2012年广西区内2条500kV线路因覆冰导致2基铁塔受损。调查发现，这2条线路事故路段的铁塔虽然经过抗冰加强改造，但部分杆件和节点选择不满足规范要求：地线设计及部分杆件选材不合理，导致地线支架抗冰能力提高不明显，未能有效提高地线支架强度；导线横担以上部位部分杆件应力比超过限值，多数杆件在使用时几乎达到极限应力；部分节点未进行加强，存在薄弱危险部位，特别是未考虑地线挂点处偏心影响，杆件计算应力与实际承载力偏差较大，导致该节点成为典型薄弱点。对受损铁塔塔材取样分析，发现构件存在的负偏差为0.1~0.3mm，最大负偏差比例为6%。虽然铁塔杆件负偏差满足国家钢材标准，但根据以往工程经验和铁塔试验，薄壁杆件出现负公差会导致铁塔承载力降低。建议采取的对策如下：

（1）切实加强新建线路的设计、加工、施工管理，设计等单位应严格执行相关规程、规范、技术标书的相关条例；（2）铁塔的设计应遵循精细化设计原则，做到计算准确、构造合理、文档齐全；（3）加强铁塔材料检测力度。输电线路工程铁塔钢材招标时，铁塔钢材不允许出现负偏差，禁止不合格材料入网使用。

3.5引流线夹和铜铝过渡板

铜铝过渡板的焊接为摩擦焊，结合部分仅为线接触，接触面太小导致铜铝过渡板在弯曲时容易沿焊接面产生裂纹；过渡板熔合线部位较脆弱，在大风或安装的出线角度较大时过渡板所受外力较大，过渡板熔合线部位易产生裂纹，经长期运行，裂纹扩展就会导致过渡板断裂。经分析，变电站铜铝过渡板发生断裂均与结构不合理及施工工艺不规范有关。建议采取的对策如下：

（1）建议铜铝过渡板焊接工艺采用面-面焊接（铝板两面各敷焊一层铜板）代替线-线焊接。（2）引流线夹主要发生的断裂故障，裂纹通常是从其外表面产生。建议检修时加强引流线夹的检查工作，对有怀疑的和重点部位进行进一步检测，并对表面存在裂纹的引流线夹及时进行更换。

结束语

在电能的运输过程中，经常会因输变电金属材料部件的失效而导致电网不稳，甚至停电。究其原因，是由于零部件自身质量不过关、安装操作方法不当引起。因此，为了减少输电金属材料部件失效现象的发生，必须加强对金属部件的安全测验，提高使用零件的质量。

参考文献

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