摘要：文章分析了一起由500kV水平伸縮開啟式刀閘動(dòng)導(dǎo)電臂主傳動(dòng)拉桿斷裂引起刀閘跌落砸壞瓷瓶的事件，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)通信號(hào)拉桿的對(duì)比檢查，通過(guò)與同型號(hào)新刀閘一起進(jìn)行滲透探傷檢查、硬度試驗(yàn)、斷裂面掃描電鏡觀察及能譜分析、金相試驗(yàn)，最終得出事故刀閘主傳動(dòng)拉桿斷裂的兩個(gè)主要原因，并給出了今后的處理方法及建議。

關(guān)鍵詞：變電站；拉桿斷裂；刀閘故障

中圖分類號(hào)：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）23-0050-03

1 概述

某500kV變電站某500kV線路因線路故障轉(zhuǎn)檢修，值班員在進(jìn)行拉開該線高抗刀閘操作時(shí)，該刀閘A、B、C三相動(dòng)導(dǎo)電臂后導(dǎo)電臂鋁管內(nèi)的主傳動(dòng)拉桿斷裂，前導(dǎo)電臂動(dòng)觸頭脫離靜觸頭后迅速下擺，動(dòng)觸頭旋轉(zhuǎn)碰撞到最上節(jié)支持瓷瓶，導(dǎo)致瓷瓶破損（圖1所示）。事件發(fā)生后，技術(shù)人員對(duì)其他同類設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)刀閘A、B、C三相動(dòng)導(dǎo)電臂下節(jié)導(dǎo)電臂鋁管內(nèi)的主傳動(dòng)拉桿的同一位置均有裂痕。

該站共有該型號(hào)刀閘4組，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)3組刀閘傳動(dòng)拉桿的同一位置均有裂痕。隨后檢查該局物流中心已到貨但尚未安裝的同一生產(chǎn)廠家、同一型號(hào)的刀閘，發(fā)現(xiàn)該批刀閘后導(dǎo)電臂鋁管內(nèi)的主傳動(dòng)拉桿（以下簡(jiǎn)稱拉桿）存在明顯銹蝕，并且肉眼可見一些表面裂紋。經(jīng)檢查拉桿的設(shè)計(jì)材質(zhì)為304不銹鋼，厚度為10mm，為分析拉桿斷裂的原因，對(duì)拉桿已斷的刀閘和1個(gè)到貨后新開箱的刀閘進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 宏觀檢查及滲透探傷

用滲透探傷方法檢測(cè)后拆下的新刀閘的2根拉桿和該事故刀閘2根拉桿（見圖2，依次編號(hào)為1至4號(hào)），肉眼可見拉桿表面有多條橫向裂紋。觀察滲透探傷后的缺陷顯示，拉桿1、3、4表面都有眾多的缺陷顯示，缺陷顯示方向基本為橫向。在拉桿1處于后導(dǎo)電臂鋁管內(nèi)靠近中部的側(cè)面中間位置有1條縱向的裂紋，根據(jù)拉桿的受力狀況分析，這種裂紋是不可能在使用過(guò)程中形成的；在拉桿2處于后導(dǎo)電臂鋁管內(nèi)靠近端部的表面中間位置有3條方向不一的裂紋，其形貌不同于其他拉桿上的橫向裂紋，且這個(gè)位置在鋁管內(nèi)靠里面，是不容易在使用過(guò)程中開裂的位置。由此懷疑這兩處裂紋是在拉桿制造過(guò)程中形成的。

觀察事故刀閘2根拉桿曲臂端的斷口形貌，兩個(gè)端口形貌相似（見圖3）。左側(cè)都有一個(gè)剪切唇，表明這里是最后斷的部位；緊挨著右側(cè)中間是占斷口大部分的脆斷斷口，顏色較深，已明顯銹蝕；最右側(cè)是一塊有白色物質(zhì)覆蓋的脆斷斷口。均顯示該刀閘大部分?jǐn)嗫冢ㄖ虚g部分）銹蝕已久，更證實(shí)上面的猜測(cè)。

2.2 直讀光譜分析

對(duì)4根拉桿各取1個(gè)試樣，用島津PDA-7000型光電發(fā)射直讀光譜儀進(jìn)行光譜分析，結(jié)果見表1。

表中的測(cè)試數(shù)據(jù)除了拉桿2因?yàn)樵嚇犹≈粰z測(cè)1次外，其他3個(gè)試樣的檢測(cè)數(shù)據(jù)都是檢測(cè)3次結(jié)果的平均值。將4個(gè)試樣的測(cè)試數(shù)據(jù)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，可知Cr元素含量都低于標(biāo)準(zhǔn)要求的最低值（幅度約為10%），同時(shí)C元素含量都高于標(biāo)準(zhǔn)要求的最高值（幅度約為30%～83%）。另外拉桿2因?yàn)樵嚇犹〔荒芨采w整個(gè)檢測(cè)孔，檢測(cè)得到的N元素含量有偏差。

2.3 硬度試驗(yàn)

對(duì)4根拉桿各取1個(gè)試樣，用型號(hào)為WHR-60D的數(shù)顯式洛氏硬度計(jì)進(jìn)行硬度檢測(cè)，結(jié)果見表2。

比較實(shí)測(cè)硬度值和標(biāo)準(zhǔn)要求值，可知4個(gè)試樣的實(shí)測(cè)硬度值都高于標(biāo)準(zhǔn)上限值，實(shí)測(cè)硬度的平均值比標(biāo)準(zhǔn)上限值高出6.2%～12%。

2.4 室溫拉伸試驗(yàn)

4根拉桿中只有拉桿2裂紋較少，足夠截取平行長(zhǎng)度內(nèi)沒(méi)有裂紋的拉伸試樣。在拉桿2上截取1個(gè)平行長(zhǎng)度內(nèi)寬度為15mm、原始標(biāo)距為70mm的拉伸試樣，在CMT5305型300kN微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中拉桿2的試樣正常拉伸到最大力得到完整的拉伸曲線，試驗(yàn)結(jié)果見表3：

對(duì)比可知，拉桿2的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)要求，斷后伸長(zhǎng)率則不合格，略低于標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.5 斷裂面掃描電鏡觀察及能譜分析

2.5.1 斷裂面形貌觀察。在日立S-3400N掃描電子顯微鏡下對(duì)斷裂拉桿的斷面進(jìn)行了微觀形貌觀察，可見斷面為沿晶脆性斷口，有多條裂紋由表面向內(nèi)部延伸，晶粒之間有微裂紋。

2.5.2 能譜分析。利用EDAX Apollo X電制冷能譜儀對(duì)斷裂面上的白色區(qū)域進(jìn)行了微區(qū)成分分析，發(fā)現(xiàn)白色區(qū)域表面覆蓋著一層鋅，其余部位表面主要為鐵和鉻的氧化物。白色區(qū)域鋅層的存在說(shuō)明連桿在投運(yùn)前表面已有裂紋，在其他部件涂鍍鋅的過(guò)程中，導(dǎo)致鋅滲入到裂紋中。

2.6 金相試驗(yàn)

對(duì)4根拉桿各取1個(gè)金相試樣，經(jīng)磨制、機(jī)械拋光后，用王水腐蝕18s，然后在DMI3000M金相顯微鏡上觀察。4個(gè)試樣的金相組織相近，都是奧氏體，眾多奧氏體晶粒中有孿晶結(jié)構(gòu)和滑移線，可見大量主要分布在奧氏體上的第二相顆粒。觀察拉桿3、4的斷口邊沿和裂紋的微觀形貌，斷口和裂紋都是沿晶擴(kuò)展，未見腐蝕產(chǎn)物，斷口和裂紋兩側(cè)晶粒無(wú)變形。

3 分析和討論

斷裂的拉桿和尚未安裝投用的新刀閘的拉桿局部都有明顯銹蝕，并且肉眼可見一些表面裂紋，斷裂拉桿的斷口呈沿晶脆斷的斷口形貌。拉桿1和拉桿2上都發(fā)現(xiàn)了在制造過(guò)程中形成的裂紋。

直讀光譜分析發(fā)現(xiàn)4根拉桿的C元素含量比標(biāo)準(zhǔn)要求的304不銹鋼C元素含量的最高值高出30%～83%，而Cr元素含量比標(biāo)準(zhǔn)要求的304不銹鋼Cr元素含量的最低值低約10%，說(shuō)明拉桿所用的鋼材不是304不銹鋼。不銹鋼中C元素的增加和Cr元素的減少都會(huì)使其抗腐蝕性能下降。

硬度檢測(cè)發(fā)現(xiàn)4根拉桿實(shí)測(cè)硬度的平均值比標(biāo)準(zhǔn)上限值高出6.2%～12%。

拉桿2的斷后伸長(zhǎng)率不合格，略低于標(biāo)準(zhǔn)要求。這與其硬度檢測(cè)結(jié)果相吻合，硬度高，則強(qiáng)度高，而塑性則會(huì)降低。

掃描電鏡和金相試驗(yàn)都觀察到眾多晶間裂紋。對(duì)斷口白色區(qū)域進(jìn)行能譜分析，發(fā)現(xiàn)其表面覆蓋著一層鋅，其余部位表面主要為鐵和鉻的氧化物。白色區(qū)域鋅層的存在說(shuō)明連桿在投運(yùn)前表面已有裂紋，在其他部件涂鍍鋅的過(guò)程中，導(dǎo)致鋅滲入到裂紋中。

4根拉桿的基體金相組織相近，都是奧氏體，眾多奧氏體晶粒中有孿晶結(jié)構(gòu)和滑移線，可見大量主要分布在奧氏體上的第二相顆粒。拉桿采用的是熱軋并經(jīng)過(guò)固溶處理的鋼板，組織中出現(xiàn)眾多孿晶結(jié)構(gòu)和滑移線以及第二相顆粒，應(yīng)是熱軋后固溶處理不到位的結(jié)果。

4 結(jié)論及建議

綜上所述，事故刀閘主傳動(dòng)拉桿斷裂的主要原因有二：一是在拉桿原材料生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量控制不到位，采用了C元素和Cr元素含量不合格的材料，使拉桿材料的抗腐蝕性能降低，且對(duì)熱軋過(guò)程產(chǎn)生的裂紋缺陷未進(jìn)行有效處理；二是熱軋后固溶處理不到位，使得拉桿金相組織中殘留大量孿晶結(jié)構(gòu)和滑移線以及第二相顆粒，使殘留的組織應(yīng)力過(guò)大，使拉桿硬度高、脆性大。在隨后的保管、運(yùn)輸、裝配等過(guò)程中，在原始缺陷、過(guò)大的組織應(yīng)力、高脆性和環(huán)境因素（如碰撞、腐蝕介質(zhì)等）的聯(lián)合作用下，拉桿中產(chǎn)生更多的裂紋，致使拉桿在刀閘使用很短的時(shí)間即發(fā)生斷裂。

因此，制造廠家應(yīng)加強(qiáng)對(duì)拉桿原材料的質(zhì)量控制和入廠檢驗(yàn)，進(jìn)行光譜分析時(shí)應(yīng)采用可以檢測(cè)C、S、P、N等元素的檢測(cè)方法（便攜式直讀光譜儀一般無(wú)法檢測(cè)這些元素），供電局在制造監(jiān)檢或試驗(yàn)見證時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)拉桿質(zhì)量檢查試驗(yàn)的見證或者進(jìn)行嚴(yán)格的到貨抽檢。

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作者簡(jiǎn)介：黃國(guó)良（1981—），男，廣東惠州人，惠州供電局高級(jí)技師，工程師，研究方向：變電運(yùn)行生產(chǎn)。