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摘要：某电站维修人员对变压器区域进行预防性维修时发现架空线设备线夹出现裂纹，后经调查及分析确认，裂纹产生是因为设备线夹管口内积水在降温后膨胀导致套筒与铝棒角焊缝下部冻裂。本文通过对设备线夹各相关因素进行调查，并通过实验验证及分析，确定裂纹产生原因并提出建议措施。
关键词：设备线夹；裂纹；原因分析；处理措施
引言
2016年3月，某电站维修人员对变压器区域进行预防性维修时发现架空线设备线夹出现裂纹，经调查及后续实验分析，确认设备线夹裂纹是由冻裂产生。本文将通过设备线夹制造及相关工艺的调查，以及实验分析对裂纹原因进行明确，为避免类似事件的发生提出参考意见。
1概述
设备线夹用于母线引下线与电气设备出线端连接，本次预防性维修共对86个设备线夹进行了检查，设备线夹主要型号为SSY、SSYG、SYG型，包含单导线设备线夹和双导线设备线夹，检查结果共发现17个设备线夹出现裂纹问题，出现裂纹设备线夹占检查线夹的比例为19.8%。
后对出现裂纹设备线夹进行观察，发现设备线夹裂纹均位于套筒与铝棒角焊缝的下部熔合线附近，且出现裂纹的设备线夹安装时管口朝上，拆卸后有水滴从管口流出，绞线与管口连接并未松动，设备线夹裂纹如图1所示。
图1：单导线设备线夹和双导线设备线夹裂纹样式
2设备线夹调查
2.1设备线夹材质
设备线夹原材料主要由铝锭、铝管及焊丝构成，其中铝锭材质为413Z.1（ZLD102），为铝硅合金；铝管材质为1050A，纯铝此安置，规格为Φ76×Φ47；焊丝材质为SAL4043，为通用铝焊丝，铝硅合金，规格为Φ4及Φ5。调查中发现所有设备线夹原材料均有质量证明文件，并进行了相应的入厂复验，结果符合相关标准要求，设备线夹原材料材质满足相关要求，原材料质量基本可以保障。
2.2设备线夹制造
设备线夹属于成熟类产品，此类标准设备在车间内直接进行制造，制造过程中遵循线夹制造工艺卡、设备线夹制造图纸、焊接工艺守则等。此类设备线夹在国内应用广泛，在国内多家高压变电所及类似工程中使用，制造商制造工艺相关文件和资质齐全，焊接人员具备丰富施焊经验，设备线夹制造工艺基本符合要求。
2.3设备线夹安装
本次设备线夹施工方按照GB 50233-2005《110～500kV 架空线施工及验收规范》和GB 50149-2010《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》执行施工。但《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》（GB50149-2010）在2010年11月3日升版时,结合2008 年雪灾，增加3.5.11 第三条：“室外易积水的线夹应设置排水孔” [1]规定，但本次设备线夹在安装施工时并未设置排水孔。
2.4设备线夹验收
设备线夹相关验收标准中，GB/T2314-2008《电力金具通用技术条件》只明确要求对焊接件进行外观质量检查:“焊缝应为细密平整的细鳞形，并应封边咬边深度不大于1mm；焊缝应无裂纹、气孔、夹渣等缺陷”[2]。因此，调查中发现每件设备线夹焊缝外观均进行了检查（含外观质量和尺寸）并形成记录，设备线夹检查合格且符合标准要求。
3实验验证
在后续实验验证过程中，为了对设备线夹的机械性能进行测试，先后对设备线夹进行了2 次握力试验， GB/T2314-2008《电力金具通用技术条件》中对设备线夹的机械性能有如下要求：“其握力不低于被安装导（绞）线计算拉断力的10%”，即握力不小于23.32KN，此时焊缝两头承受的应力分别为8.3MPa、14.7MPa，远小于材料本身的抗拉强度。同时要求铝管抗拉强度80MPa 以上，铝合金焊材和铝合金铸件抗拉强度100MPa 以上。
针对设备线夹的两次握力实验在300 吨卧式拉力机上进行，第一次握力测试在承受25.2KN 的拉力下进行，设备线夹未发生损坏。第二次实验将拉力提升到84KN，仍未损坏。通过实验证明试件的的性能完全满足《电力金具通用技术条件》要求。
4裂纹原因分析
通过对设备线夹的调查及实验验证，设备线夹在制造过程中质量可控，由设备线夹自身质量原因引起裂纹的可能性较低。通过对设备线夹裂纹处进行切割，能够分析裂纹性质属于脆性断裂，断口处没有显著的塑型变形。脆性断裂能瞬时扩展到结构整体，具有突发破坏的性质[3]。
同时考虑拆卸后有水滴从管口流出，因此在没有其他明显应力导致脆性断裂的前提下，可以认定套管内积水结冰是导致设备线夹产生裂纹的直接原因。设备线夹在压接过程中绞线与套管底部留有空隙，在气温下降后积留雨水结冰膨胀产生应力，通过不断结冰与融化产生的应力影响下，最终导致套筒与铝棒焊缝处出现裂纹。
5处理措施
为解决积水结冰膨胀导致设备线夹开裂，本次设备线夹采用设置排水孔的措施进行处理。在严格的监管下重新生产设备线夹，压接前进行钻孔，钻孔实施位置靠进线夹焊缝上方2-3cm 处，钻孔直径约6-8mm，并保证排水孔通透。设置排水孔对设备线夹性能无任何影响，可以保证管内积水及时排出，从而避免因管内积水结冰膨胀导致线夹出现裂纹，排水孔设置位置如图2所示。
图2：单导线和双导线设备线夹排水孔位置示意图
6结束语
全国各地域天气环境条件不同,部分地区终年不会结冰，为防冻裂对设备线夹设置排水孔适用于我国北方地区。建议此类设备线夹使用单位、施工方及工程验收方，结合自身环境因素，对设置排水口必要性进行分析，以便保证设备线夹质量，避免出现裂纹导致断裂现象，引发重大事故。
参考文献
[1] GB 50149-2010《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》
[2] GB/T2314-2008《电力金具通用技术条件》
[3] 王宽福，焊接的脆性断裂失效与防治，石油工程建设, 1994年第一期
论文作者:田晓辉,张莉莉
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/12
标签：设备论文; 裂纹论文; 握力论文; 导线论文; 积水论文; 脆性论文; 母线论文; 《电力设备》2017年第29期论文;