变电站避雷针断裂原因分析及对策.doc

宁夏电力（）年增刊 变电站避雷针断裂原因分析及对策 徐贤，吴国忠，李岩，马明烨陆建民 宁夏电力岱司电力稃学研究院， 宁夏 银川 摘要：针对某变电站架构避雷针和独立避雷针的断裂事故，采用断口宏观和微观扫描电 镜检查、化学成分分析、力学性能试验、金相组织检查等方法，找出避雷针断裂原因是由于结 构因素、交变风栽荷和低温的共同作用致使构件最薄弱部位发生疲劳断裂通过检验结果 分析提出整改措施和建议 关键词：避雷针；焊接应力；风载荷；低温；疲劳断裂 中图分类号： 文献标志码： 文章编号：（）一 间 区域号独避雷针发生断裂避雷引概述 一 断裂部位距地面 第个法！下焊口钢管侧 某 变电站构架系西北电力设计院设 焊趾部位断裂现场见图计浙汀盛达铁塔有限公司制造送变电工程公司承建： 架构及避雷针于年月起吊，年月日吊装结束； 独立避雷针于年月 起吊，年月日吊装结束 区域有座独立避雷针，号独立避雷针高 ，分段法兰连接，材质为，最 囤桨构避雪针断裂现场图独立避雷针断裂现场下部有缝焊管直径为 ； 区 经现场对 区域未发生断裂的交域有座架构避雷针高 ，安装在架构上 轴和交轴座构架避雷下数第个法兰角架构高 分段法兰连接，使用材料为江苏 焊缝进行外观质量抽查，发现交轴构架避雷沙钢生产的法兰规格击 ， 针与构架柱帽相贯支管箭板两侧钢管母材及热影最下部有缝焊管直径为士 。 响区开裂，见图；交轴构架避雷针下数第 年月，该变电站架构避雷针和独立避 个法兰上焊口钢管侧焊趾部位开裂约 避雷针先后发生断裂事故。年月日凌晨， 雷针拆下检查，发现下数第个法兰上焊钢管 区域构架交轴架构避雷针发 侧焊趾实际开裂 裂纹从外壁向内壁已贯生断裂避雷针断裂部位距构架 下数第个 穿（见图），对称倒钢管侧焊趾有 末裂通法兰上焊几钢管侧焊趾（焊缝和母材交界处）部 的裂纹渗透探伤裂纹向两侧延长裂纹从咬边处位，断裂部位见图。年月曰凌晨期 萌生；交轴构架避雷针下数第个法兰角焊 收稿日期： 作者简介：徐贤（一）女高级程师从事电力系统金属材料检测一作 一 宁夏电力）年增刊 变电站避雷针断裂原因分析及对策缝班场外观榆矗末发观肝裂性缺陷 【】 图未断裂架掏避雷针 图末断裂颦构避雷针 图 区域号独立避雷针断口宏观形貌 筋板开裂 上法兰开裂 脱榆查断口，初始开裂区长约，见刖（） 断齐平，有明显疲劳辉纹；对称侧有的检验结果 区域现明晟疲劳辉纹，断齐；左 两侧断 分别有 和的区域呈。角杯锥 为查找避雷针断裂的原因，对已断避雷制的 状，表面黑灰色。断几进行了宏观扫描电镜检查，法兰断裂部位钢 化学成分分析管及术断裂部位不同壁厚的钢管进行化学成分分 选取一块材质为厚度 的原始钢析和拉伸、冷弯段不同温度下的冲击试验对断几 板、对首先断裂的 区域交轴避雷针部位焊接接头、母材金相组织进行分析 钢管和法兰， 域交轴避雷针下数宏观检查 第段钢管（简称一一规格， 对变电站 区域构架交轴 、 区域号独立避雷针下数第段下避雷针和 区域号独立避雷针断盯进行 部（简称独下规格一 ）、发生宏观检查，交轴避雷针断几见图断几 断裂的第段上部（简称独 ：，规格由上 的区域断口陈旧齐已氧化锈蚀并有 ）、第段下部（简称独下规格州泥土，对侧断边缘有近一深裂纹区；两侧断 ）进行化学成分分析，结果均符合文献中材口分别有 和 的区域呈。角杯 料牌号对材料的化学成分要求，分析结果锥状表面呈黑灰色。 见表】。 力学性能试验 对首先断裂的 区域架构避雷针一 一】断口附近钢管规格）、一一 （规格 ）、 区域号独盘避 甫针独下（规格 ）、发生断裂 （ 的独上（规格， ）、独（规格 图 区域桨构避雷针断口宏观形貌 干一块材质为厚度 区域号独豇避雷针在第个法下 的原始钢板取样进行学性能试验包括托仲冷焊钢管侧焊趾部位发生断裂，断见罔（ 宏 弯及不同温度下的冲等试验，根据避甫钊钢管 表化学成分分析结果 宁夏电力）年增刊 变电站避雷针断裂原因分析及对策 黧 诅击 帕助 舭九 帖 近 击 功 ， 鎏帖 蚶 蚶 ；槠 捌尉八术求， 规 一阵 一羊 嚣丽， 岫嫩絮津黟收仃一 丽一样； 丽。 一阵 赫告 以收玎一埔 一； 丽。 一仃一一洳需 篇可 洳鬻 丽， 雠呵 一一一 磊， 洳露 孺 孺 一 茹 怕 勰 鸲 ” 也之 一 勉 鸵拍 趵 墨螂” 舛 ”屹 跖 塔 坦 屹屹坦 粥 壁厚不同，依据文献第的规定， 区 和纵向、 区域号独立避雷针断口横向、域一一和一一取（）的试样、 号独立避雷针下数第段下部、第段下部和 区域独下取（）的试样、 区域一一取样，采用的硝酸酒精侵蚀，用其它取（）的试样进行型缺口的冲 一金相显微镜进行金相组织观察击试验。拉伸和冷弯试验结果见表，冲击试验结 分析。果见表。所有取样的屈服强度、抗拉强度、断后 （） 区域一初始断裂部位焊接伸长率试验结果均满足文献中材料牌号 接头、终断区焊接接头、母材和一一金相组织的力学性能指标要求；冲击试验结果 均为铁素体珠光体，过热区呈粗大的魏氏组织，满足文献附录的规定；一和钢 重结晶区组织细小，不完全结晶区组织不均匀；母管的冲击试验结果不满足文献附录的 材有夹杂物，依据钢中非金属夹杂规定，数据分散；一冲击试验结果非常低，表 物显微评定方法评定，夹杂物达级，已发展成明材料在（）之间韧性急剧下降， 微裂纹，一一金相组织见图，一一截面上其它取样和一的冲击韧性能够保证。 存在不同程度的夹杂物。金相检查 （） 区域号独立避雷针。角斜断口 为了分析避雷针断裂原因，对 区域 和初始断口横向、下数第段下部、第段下部金一一初始断裂区焊接接头、钢管母材纵向和终 相组织均为：铁素体珠光体，组织不均匀，截面上断区焊接接头、。角断裂区焊接接头、一一初 存在不同程度的夹杂物。号独立避雷针。角斜始断口和。角断口横向、未用原始钢板母材横向 断口和初始断口位于角接头的热影响区，截面上 一 ！皇里塑！竺塑型 奎皇兰兰望芏堑型堡里坌塑墨翌茎 一 （原始钢板）（ （）顾始钢板过热区 围原始钢板金相组织 一 ）扩展区 囤 ）快速断裂区 号独立避雷针断口断口微观检查 对 区域交轴避雷针初始断门、 检验结果分析 区域号独立避雷针初始断口和杯锥状黑灰色断口区域取样进行扫描电镜的断口微观检查。 对 区域交轴避雷针的断口、 （） 区域交轴避雷针初始断口 区域号避雷针的断口和已发生开裂的断口形貌见图（）裂纹源区，扩展区、快速断裂 区域交轴避雷针进行宏观检查，发个区明显裂纹起源于外壁；扩展区有夹杂物有 现均有个开裂源区且对称分布表明避雷针受 宁夏电力）年增刊 变电站避雷针断裂原因分析及对策到弯曲应力的作用。两侧为黑灰色断口区域，处于 月变电站所在位置部分气象资料，见表。平面应力状态，当受外力作用时，裂纹尖端部分由 表 年月变电站部分气温统计 日期口 平均气温最高气温，最低气温于应力集中而产生屈服区。当应力增大时，裂纹尖端产生更大的塑性变形，然后裂纹开始扩展直到断裂。在这种情况下，得到的是剪切滑移性断口斜断口。 （）化学分析结果均与文献对材料的化学成分要求相符。 （）力学性能试验分析结果，所有取样常温力学性能试验均与文献对材料的化学成分要求相符，表明材料常温力学性能能够保证。 区域交轴和交轴避雷针下数第段钢管和一的冲击试验结果非常低，数据分散，冲击韧性不能保证，表明材料在（一）之间韧性急剧下降。 （）金相组织分析结果表明，钢管母材、角接 结论接头金相组织均正常。 （）综合分析 避雷针钢管与法兰通过插入式角接，角接结 避雷针采用法兰螺栓连接结构，法兰角接接 构使截面发生突变，减弱了承载能力；法兰与钢头部位受力比较复杂， 区域避雷针本身高 管壁厚相差很大，焊接时产生很大的焊接应力；达 （架构 ）， 区域避雷针高达 区域避雷针本身高达 （架构）， ，自重产生的应力；避雷针整体是分段通过法 区域避号独立避雷针高达 ，在交变兰螺栓连接，每一段由钢板卷焊插入法兰角接而 风载荷作用下，避雷针在法兰角焊缝部位产生弯成，法兰与钢管壁厚相差很大，由于结构原因，法 曲应力、剪切应力等作用，在法兰角焊缝部位钢管兰角焊缝焊接时产生很大的焊接应力；避雷针组 侧热影响区咬边等缺陷部位首先开裂；角接接头装时，法兰连接会产生装配应力。 焊接热影响区，尤其过热区组织粗大，经过 避雷针除了承受静载荷的作用外，由于该变 年冬季的低温，使钢材的塑韧性下降，脆性增加，电站的地域特点，还承受风载荷的作用，过去认为 加速裂纹的扩展。因此，在结构因素、所承受的交风载荷不是动载荷，由于风载荷是随时间变化的 变风载荷和低温共同作用下，避雷针在最薄弱部可变载荷，现在认为风载荷是动态载荷，风载荷对 位（法兰钢管侧热影响区）发生断裂。避雷针结构的影响是巨大的。 钢材的塑性和韧性随温度的降低而下降，低 处理措施温条件下，裂纹的扩展速度加快，断裂形式由塑性断裂转变为脆性断裂。文献第条“对于需 对于该变电站独立避雷针、架构避雷针现场要验算疲劳的焊接的钢材，应具有常温冲击韧性 断裂情况，经过避雷针断裂原因分析，根据的合格保证。当结构工作温度不高于但高