摘要：2006年10月22日东北电网500kv元董＃1线＃2耐张塔发生一串瓷瓶绝缘子一端脱落，致使元董＃1线停能电近两天。本文是对于此次案例进行讲解与分析。
关键词：东北电网；耐张双联碗头；瓷绝缘子
2006年10月22日东北电网500kv元董＃1线＃2耐张塔发生一串瓷瓶绝缘子一端脱落，当地降雪且已黑天，不具备彻底处理条件。10月24日，将元董＃1线停用，更换28片瓷绝缘子一串、一套连板、一个30吨双连碗头、6个导线间隔棒。
一、力学分析
1、现场情况
元董＃1线＃2耐张塔A相大号侧30吨双联碗头型号为WS-30挂板孔断裂，元董＃1线＃2－＃3塔间A相导线部分间隔棒损坏。
2、气象条件
当时天气-5度，风力10米/秒，现场覆冰通过计算为10毫米。可以断定是由于覆冰引起的导线应力加大，造成碗头金具断裂。
3、金具受力分析
通过现场检查计算导线覆冰厚度10毫米。按当时的气象条件查导线弧垂曲线，当时导线覆冰后驰度点应力为12.8KG/㎜2，覆冰比载为6.301 10-3 KG/㎜.MM2，。通过计算说明碗头金具在残余截面情况下，金具在操作过电压气象条件下可以安全运行，随着导线覆冰逐渐加增加到10毫米后金具发生了断裂。
二、金具金属性能分析
事故后我们马上对断裂失效的双联碗头金具进行金属性能分析。首先对失效碗头断裂后留下的自然断口进行标注，其断口编号依次是1#、2#、3#、4#。1#、2#断口为碗头的左侧挂环，3#、4#断口是其右侧挂环。
1、断裂碗头的宏观检验分析
通过对失效碗头断裂后留下的自然断口形貌4个断口（见图5）的进行的观察检验，可以了解下列问题：
断裂皆发生在碗头的左、右挂环上的螺栓孔中间位置，根据断口的颜色及形貌推断，左挂环（1#、2#断口）断裂在前，而右挂环（3#、4#断口）断裂在后。裂纹的源点皆产生在两个挂环相对的内侧表面，可明显看见由内表面的裂纹源向外成放射状扩展的条纹。
4个断口皆为明显的脆性断口，断口附近边缘无塑性变形痕迹。
每个断口皆呈高低不平状，可见不十分明显的三个区域，即1- 裂源区、2-扩展区、3- 瞬断区。
4个断口的表面皆布满了黄褐色的绣斑，其中1#、2#断口的绣斑重于3#、4#断口。4个断口表面上都有明显的二次裂纹痕迹。
、断裂挂环的表面分析
通过观察，断裂挂环的内、外表面都存在大量的铸造气孔和针孔，最大气孔直径为2㎜，孔深2㎜。除此外，表面上还有明显的锌层线状隆起的痕迹，很像裂纹（箭头所指）。为更明显观察碗头铸件的表面质量，对该断裂的碗头左挂环进行了退锌处理。在去掉表面镀锌层后可见到，碗头左挂环的内外表面都存在着严重的龟裂裂纹和铸造气孔，多数裂纹皆起始于制造表面的缺陷处和环孔的内棱角上。
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3、金相微观分析
分别在1# 和4# 断口下5㎜处截取横向试样，制备金相样品后进行显微镜观察与分析。
3.1未浸蚀观察
将1#样和4#样磨制抛光后不浸蚀，直接进行显微镜观察，可见下列情况：碗头的左、右两挂环的横截面的上存在大量的团球状石墨（见图8），但也存在严重的球化不良现象，左、右两挂环的球化不良区域皆出现在断口的同一侧，其面积近整个面积的1/3多。
断裂碗头基体中存在严重的内部缩松和气孔等铸造缺陷。1#断口下的5㎜处截面上分布在晶界上的缩松孔洞（见图9），这种缺陷会严重降低材料的抗拉强度和冲击韧性。
3.2浸蚀后的显微组织
将1# 样和4# 样磨制抛光后经硝酸酒精浸蚀，再进行显微镜观察，发现1# 和4# 金相试样中存在多条裂纹，可见裂纹皆起源于表面镀锌层下，并呈分叉状和直线状，沿晶界向材料内部扩展。并沿铁素体晶界呈分枝状和直线状向前延伸，主干两侧还存在许多沿晶二次裂纹，其中1# 样上的最长裂纹长度达5.4㎜，且都垂直于挂环表面，这些裂纹是造成碗头断裂的主要原因。
3.4扫描电镜观察与分析
通过扫描电镜观察，铸件表面的镀锌层并不致密，所有裂纹皆起源于铸件表面镀锌层下的各种缺陷处，并完全沿铁素体晶界发展，主干裂纹向两侧又形成了许多二次沿晶裂纹。
2.5材料金相分析结论
金相分析结果证明，双联碗头的制造材质是铁素体球墨铸铁，铸件中存在严重的球化不良、缩松、气孔等铸造缺陷。这些缺陷的存在将直接降低材料的力学性能。金相分析中还发现失效的双联碗头铸件的表面和内部都存在着大量的长短不一的裂纹，这些裂纹皆起源于表面而呈分枝和直线状沿晶界向内快速扩展的。有明显的腐蚀裂纹的特征。
分析结果说明，双联碗头表面的镀锌层并不致密，而是存在外界气氛侵入的通道。碗头基体中存在的裂纹皆起源于铸件表面的缺陷和晶间开裂处，在表面镀锌层之下普遍存在较浅的晶间开裂现象。
三、结论
综合上述各种检验与结果，分析认为，这件已经断裂的超高压输电线路铁塔上的双联碗头金具，由于长期服役于野外，除承受所挂导线的静载张力之外，一年四季的刮风、雨雪、冰凌等对导线的作用，增大了失效碗头的应力水平。同时，失效碗头所在的铁塔处于热电厂旁边，电厂中长期排放发出的大量水蒸汽、烟汽等含有腐蚀性介质（如SO2、H2S、NaCl等）的工业气氛，完全可能穿过铸件表面并不致密的镀锌层，直接腐蚀高压输电线路中的各种铸件金具的基体。此次所分析的断裂失效碗头中存在大量的表面和心部裂纹，其特征完全属于晶间腐蚀和应力腐蚀，碗头铸件的突然断裂就是这种双重腐蚀破坏的结果。另一方面，双联碗头铸件中存在的球化不良、气孔以及缩松等铸造缺陷，也严重弱化了材料基体的力学性能，从而加速了腐蚀裂纹的扩展进程。因此，在这样的腐蚀性气氛环境中，铸件金具发生表面点蚀、晶间腐蚀是非常容易的。由于碗头铸件长期承受着一定的应力，因此，在腐蚀性环境和一定的应力共同作用下，在铸件表面的缺陷处会产生裂纹源，并快速沿晶界向内部扩展，造成碗头铸件的应力腐蚀断裂。
参考文献：
[1] 蔡猛昌.基于有限元的新型碗头挂板分析与研究[D].扬州大学 2014
[2] 张宏志；李树阳；500kV线路耐张双联碗头断裂原因分析[J]东北电力技术2007-09-20
作者简介：
李明宇（1983-7月），男，辽宁省沈阳市人，民 族：汉 职称：技师，助理工程师，学历：本科。
论文作者:李明宇
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/16
标签：断口论文; 裂纹论文; 表面论文; 铸件论文; 金相论文; 导线论文; 气孔论文; 《电力设备》2017年第28期论文;