电网设备金属部件的失效分析及监督措施探讨

赵鹏程

（国网新疆电力有限公司电力科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830091）

近年来，我国很多电网设备金属部件常年处于“带病”运行状态，使得失效断裂事故频繁发生，本文通过实例分析导致电网设备金属部件失效原因，包括：设计不合理、选材不当、安装不到位，并提相应的监督措施，具体如下。

1 电网设备金属部件的失效分析

1.1 设计不合理

电网设备金属部件设计不合理，主要体现在小企业、小厂家，主要原因是此类企业，对电网设备金属部件设计投入的资金比较小，且力量比较小，在具体设计中，只是一味的注重电气性能方面的需求，并没有充分考虑电网设备金属部件的应用环境、适用范围等因素，从而导致金属部件失效现象频繁发生，主要体现在以下几个方面：

（1）隔离开关接线座发生断裂。在2016年，某省200kV变电站多隔离开关接线座发生断裂现象，通过查询安装记录，发现这批隔离开关接线座于2012年安装并使用。通过详细检查发现，该隔离开关接线座的成分为铸铝，主要在螺栓夹紧的位置发生断裂，通过对断裂处壁厚进行测量发现，最薄处只有3mm，而其他变电站的隔离开关接线座，相同部位最薄处也达到6mm，相关文献报道显示，当铸铝厚度不足5mm时就会发生断裂，从这里几组数据中可以看出，该变电站在隔离开关接线座的螺栓设计中存在明显缺陷，夹紧位置的厚度不足是导致隔离开关接线座发生断裂的主要原因。

（2）线夹发生断裂。在2016年，某省500kV变电站在6～10月发生了6起铜铝对焊式SYG型设备线夹断裂故障，事故发生后，当地电力部门立即维护队伍进行检查维修，发现铜铝线夹主要采用钎焊进行焊接，断口主要在集中在焊缝处，并未发生变形[1]。导致此类事故发生的主要原因，铜铝物理学性能有较大差距，在长时间运行时就会产生裂纹，在风、雨等外力因素的共同作用下，加剧裂纹扩大，从而发生断裂。针对此类问题，电力公司要明确禁止在铜铝线夹对接时采用钎焊，改为搭接焊，此种焊接方法，产生的荷载由铝板全部承担，大大提升线夹对接的安全性和可靠性。

1.2 材料选择不当

电网设备金属部件的材质，决定了其力学性能、电磁性能等。如果材质不良，则会导致电网设备金属部件性能逐步恶化，最终提前失效。材料选择不当大体上可以分为两种情况，一种是材料成分偏离了标准规范要求，或者某种重要元素缺失，比如：铜导线中铜元素含量不足，则就不能满足导电的实际要求，并加速铜导线发热；另一种是材料中含有微观缺陷，比如：因材料熔炼、铸造不当，导致电网设备金属部件中含有夹杂，降低了金属部件的整体性能，从而使得金属部件提前失效。比如：2017年6月，某省220kV变电站在日常巡检过程中，发现刀闸和地刀水平连杆不锈钢抱箍都发生了不均匀开裂现象。该U型抱箍设计材质为1Cr19Ni9Ti，其中Cr、Ni、Ti的含量都没有达到设计标准，属于材质不良缺陷。

1.3 电网设备金属部件安装不到位

安装经验表明，要想保证电网设备金属部件安装的质量，需要严格按照以下三道工序开展，第一道工序是焊接；第二道工序是压接；第三道工序是螺栓紧固。其中电网中接地网和管母线采用焊接的方法进行安装，而导地线则要采用压接的方法安装，铁塔需要通过螺栓紧固的方法进行安装。电网设备金属部件的数量非常多，安装工作量比较大，影响安装质量的因素又比较多，任何一个细微的环节处理不当，都会影响电网设备金属部件安装质量。比如：在2017年8月，某省110kV线路耐张线夹只投入使用36天以后就发生了断裂，该耐张线夹的引流板由2个螺栓连接，发现断裂的位置位于引流板螺栓连接处，并在端口的位置发现明显的灼烧痕迹，弹簧垫圈被完全熔焊[2]。通过这一点就可以充分说明，导流板在高温作用下发生熔断，和其他线夹对比发现，该失效线夹的另一个螺栓螺母上并没有安装弹簧垫圈，而且连接处也比较松动，在电网运行中，导流面积逐步减少，且温度升不断升高，从而导致导流板被熔断。

2 电网设备金属部件的监督措施

电网设备金属部件结构复杂，种类繁多，虽然体积比较小，但任何一个部件发生缺陷，都会对电网设备持续稳定的运行造成严重影响。需要对电网设备金属部件的设计和安装进行全面审查和校验，并加大对电网设备金属部件的检查和验收力度，通过落实管口前移的方法，避免每个电网设备金属部件“带病运行”。具体的监督措施，可以从以下几个方面同时入手：

第一，定期开展电网设备金属部件设计审查的工作，监督部门要设备设计部门相互联合，对设计不合理的现象及时整改，避免在电网设备金属部件中发生设计不当的问题。同时，根据实际情况，制定定期巡视检查制度，以便及时发现电网设备金属部件运行存在的问题，及时维护。第二，针对铁塔塔材、螺栓、螺母、导地线、线夹等比较重要的电网设备金属部件要进行入网检测，并定期发布产品检验结果。通过计算机技术和软件技术，建立电网设备金属部件厂商质量动态监控管理系统，避免质量不合格的产品进入电网设备中。除此之外，还要切实加强电网设备金属部件材质检验力度，如果条件允许，还要成立金属部件检验试验室，以便及时检验电网设备金属部件的质量和相关参数是否符合设计标准。第三，焊接材料(焊条、焊丝、钨棒、氩气、氧气、乙炔和焊剂)的质量应符合国家标准或有关标准规定的要求。焊条、焊丝等均应有制造厂的质量合格证，凡无质量合格证或对其质量有怀疑时，应按批号抽样检查，合格者方可使用。钨极氩弧焊用的电极，宜采用铈钨棒，所用氩气纯度不低于99.95%。焊条、焊丝及其他焊接材料，应设专库储存，并按有关技术要求进行管理，保证库房内湿度和温度符合要求，防止变质锈蚀。

3 结语

综上所述，本文结合理论实践，深入分析了电网设备金属部件的失效的原因及监督措施，分析结果表明，设计不合理、选材不当、安装不到位是导致电网设备金属部件发生失效的主要原因，为有效解决失效问题，需要从定期开展电网设备金属部件设计审查、进行入网检查，加强检验力度、积极开展电网设备金属部件安装验收工作等多方面同时入手，才能保证电网设备金属部件运行质量。