劉曉龍,王建東,張志國,李海龍,王照華
(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司,遼寧 沈陽 110006)
某供電公司220kV線路避雷線在一次雷擊中出現(xiàn)斷線事故。本文將從宏觀形貌、化學(xué)成分、拉伸性能、金相組織和斷口幾方面進(jìn)行避雷線斷裂原因分析,并且深入闡述雷擊大電流后地線的微觀組織變化。
鋼絞線斷裂有兩種,一種有縮頸,一種是沒有縮頸的脆斷。發(fā)生斷裂地線表面存在金屬放電熔化點(diǎn),經(jīng)過雷擊后地線的鋅層厚度明顯變薄,主要原因為溫度升高,鋅層存在一定揮發(fā)。
對避雷線鋼芯表面鋅層進(jìn)行處理,并取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果見表1。
表1 鋼芯的化學(xué)成分
由表1中數(shù)據(jù)可見,該避雷線鋼芯為65號鋼,符合標(biāo)準(zhǔn)GB699—2015中65號鋼要求。
對不同樣品避雷線鋼芯進(jìn)行拉伸試驗,未受雷擊外層鋼線、未受雷擊內(nèi)層鋼線、受雷擊外層鋼線和受雷擊內(nèi)層鋼線分別編號為1號、2號、3號和4號,結(jié)果見表2。
表2 不同位置鋼芯拉伸性能
對正常避雷線和受雷擊避雷線分別進(jìn)行單絲拉伸性能測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn),正常避雷線單絲抗拉強(qiáng)度在1 350~1 390 MPa,而受雷擊地線單絲抗拉強(qiáng)度在905~1 000 MPa,從結(jié)果看,受雷擊避雷線強(qiáng)度下降30%左右。按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3428—2012《架空絞線用鍍鋅鋼線》[2],受雷擊避雷線強(qiáng)度不合格,延伸率不合格(標(biāo)準(zhǔn)要求延伸率大于4%,抗拉強(qiáng)度大于1 340 MPa的95%,即1 273 MPa)。
對正常避雷線、雷擊斷口、雷擊放電熔化點(diǎn)進(jìn)行金相組織觀察。不同位置避雷線金相組織如圖1所示。
(a) 正常避雷線
(b)斷口附近
(c)熔化點(diǎn)附近組織圖1 不同位置避雷線金相組織
由圖1可見,雷擊避雷線的金相組織發(fā)生明顯變化,正常避雷線組織為回火索氏體組織,而雷擊避雷線組織為鐵素體+珠光體,且雷擊熔化點(diǎn)出現(xiàn)裂紋,裂紋深度超過1 mm。出現(xiàn)組織轉(zhuǎn)變,說明該避雷線在雷擊時溫度超過相變點(diǎn)723C。
不同位置避雷線斷口形貌如圖2所示。
(a)
(b)
(c)圖2 斷口形貌
從避雷線斷口形貌看,避雷線斷裂為沿晶開裂,斷口表面存在鋅元素,避雷線出現(xiàn)鋅脆。鋅脆引起鋼絲脆性大,導(dǎo)致避雷線斷裂。
從化學(xué)成分上看,避雷線鋼芯化學(xué)成分正常。從拉伸性能上看,雷擊避雷線拉伸性能大大降低,低于標(biāo)準(zhǔn)值。同時,其延伸率也低于標(biāo)準(zhǔn)值。從金相組織上看,雷擊避雷線出現(xiàn)相變,說明雷擊出現(xiàn)大電流,導(dǎo)致避雷線溫度上升較高,超過相變點(diǎn)。斷口上發(fā)現(xiàn)避雷線存在鋅脆問題,鋅脆引起鋼絲脆性增大,導(dǎo)致拉伸性能降低。
此次避雷線斷裂是由于雷擊時,避雷線溫度升高到相變點(diǎn)以上,避雷線高溫強(qiáng)度大大降低,直接導(dǎo)致避雷線斷線。該避雷線存在鋅脆問題,導(dǎo)致鋼芯強(qiáng)度大大降低,延伸率??;避雷線在發(fā)生雷擊時出現(xiàn)溫度明顯升高,達(dá)到相變點(diǎn)以上時,避雷線高溫強(qiáng)度大大降低,直接導(dǎo)致斷線。