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供电企业金属监督设备失效取样、资料收集指导新疆电力科学研究院二○一○年五月1挂线板断裂事故1.1现场情况某变电站110kV某线连接C相导线的挂线板断裂。断裂的是该线路C相导线在龙门架至第一级杆塔出线侧连接合成绝缘子的挂线板扁铁，具体部位是从龙门架伸出部分的根部横向断裂，见图1所示。断裂部位图1龙门架挂线扁铁断裂部位15°450100龙门架挂线扁铁图2龙门架挂线扁铁结构示意图按图2示意图，此类出线门架顶梁由三根角钢连成倒三角形，挂线板扁铁与上部角钢接触部位圈焊，挂线板规格为650×80×8，材质Q235，两端各伸出100mm并向下弯折15°，伸出端开有一Φ22mm孔并通过U型环与绝缘子螺接。挂线板两侧由伸出端分别与终端塔和变电所内的导线相连。查阅相关资料，该线终端塔与龙门架档距32m，出线门架的高度约10m，终端塔C相（顶相）连接点高度22m。该变电站处地理位置为荒郊，发生断裂前环境温度较低且维持较长时间。1.2断口分析断裂的挂线板为从门架伸出部分，长度约100mm，断口截面厚度7.90-8.01mm，与绝缘子U型挂环连接的圆孔在受力端已发生明显的塑性变形(图3)，发生变形方向的最大直径22.92mm，与变形方向垂直处的直径21.30mm；断口为明显的脆性特征，其下部有1-2mm宽的深色锈蚀区，局部有明显的减薄，减薄区最小厚度为5.50mm，减薄区过渡圆滑，判断是由制造砸痕或焊接烧伤造成，见图4。深色锈蚀区厚度减薄处图4断口宏观形貌图3挂线板外观塑性变形1.3材质分析挂线板设计材质为Q235，通过16元素光谱仪对其材质进行分析，材质符合Q235标准。1.4受力分析根据现场实际，将挂线板伸出部分模拟成悬臂梁结构按标准要求，110kV出线构架的导线最大控制张力范围为4000-5000N，从实际挂线板圆孔发生明显的塑性变形判断其受力远大于此。可计算在导线没有弧垂，不考虑挂线板形状及尺寸减小和导线最大张力为5000N的条件下，其折断处承受的最大应力为σ=6.44（拉应力）+332（弯曲应力）=338.44（N/mm2），与规范要求的Q235钢的设计强度值215N/mm2比较，可知在该设计和安装条件下，挂线扁铁折断处承受的应力比允许值高出57%，其中弯曲应力是拉伸应力的51.6倍。由于实际导线张力远大于5000N，挂线板扁铁根部承受的应力应该比上述计算值还大。1.5断裂原因分析该变电站110kV出线在挂线安装时导线弧垂过小，致使在环境温度降低时，导线拉紧，门架挂线孔板承受的应力增大，且绝大部分应力来自于导线对挂板的弯曲应力，导致挂线板扁铁根部实际承受的应力远大于材料的允许应力，引起早期开裂。随后，由于温度变化引起导线弧垂和张力的改变，再加上风载的振动等疲劳和冲击综合作用，早期产生的裂纹不断扩展，引起最终的脆性断裂。2钢带式引下线线夹断裂2.1现场使用情况某线路固定OPGW架空地线与钢杆主体的钢带式引下线线夹有两处断裂脱落，致使地线搭接到B相引流线上，造成线路接地跳闸。OPGW线路及固定钢带的位置尺寸如示意图5。从钢带引下线夹的使用及现场情况分析，最上面引下线夹除承受下面6米引下光缆的重量，尤其是从横担端头引来的约6米长OPGW线的自重及风摆的影响还会形成交变应力造成使用疲劳。从现场使用条件还可以判断是上部的引下线夹先断裂，下部的在受到冲击后断裂。断裂钢带式引下线线夹1断裂钢带式引下线夹2断裂前OPGW线断裂后OPGW线6m6m1.5m5m图5光缆及引下线夹位置示意图2.2宏观断口分析从钢带式引下线线夹（图6）及宏观断口（图7）分析可以看出，断裂发生在一端固定折弯处，断口是从上到下的剪切扭断，一侧可见明显的疲劳纹，断口附近钢带表面无裂纹，引下线线夹表面未见厂家和型号的永久性标志。引下线线夹钢带规格尺寸为宽25mm×厚0.7mm。钢带断裂处光缆固定块疲劳纹图6断裂的钢带式引下线线夹图7引下线线夹宏观断口2.3材质分析检测结果化学成分含量如下：C=0.075%;Cr=13.522%;Mn=9.929%;Ni=0.780;Cu=0.730%;Mo=0.121%;P=0.0320%;S=0.0159%2.4技术资料的审查查阅此项工程OPGW光缆配套金具技术协议书,其采购型号为SAY1330-G，厂家实际供货为SAY1330-DX。厂家提供金具产品质量证明里明确指出引下线夹材质为304奥氏体不锈钢,但从材质化学分析里,镍、锰元素含量与300系列不锈钢差别很大，接近200系列，初步判断可能为200系列里价格便宜、性能较不稳定的奥氏体钢。将此不锈钢带杆用引下线夹作为电力金具看待，GB2314-97《电力金具通用技术条件》里未要求其材料、成分、性能，但依GB/T2317.4—2000《电力金具验收规则、标志与包装》要求，金具应做出清晰的永久性的标志，其内容包括：a）金具的识别标志（型号）；b）制造厂识别标志（厂标）。2.5断裂原因分析由于从横担端头引来的约6米长OPGW线，致使最上部引下线夹即承受引下光缆的重量，又承受光缆自重及风摆形成交变应力的疲劳，而引下线夹钢带的尺寸为宽25mm×厚0.7mm，结构尺寸上尤其厚度过于单薄，承受剪切扭断的能力很差。当在一端固定折弯处也是钢带应力集中处超过承载极限时，断裂发生，断口是从上到下的剪切扭断。GB2314-97《电力金具通用技术条件》未明确要求杆用不锈钢带引下线夹性能，此金具也未按照GB/T2317.4—2000《电力金具验收规则、标志与包装》要求作出永久清晰的标志，从厂家采用的引下线夹结构上厚度太薄以及材料与质量证明书的不一致都不能保证此类金具的使用要求。分析电网部件失效•失效经过和现场情况•断口形貌•材质分析•受力情况分析•技术资料审查等取样和资料收集•保护断口，防止发生磕碰、磨损等•取样时应尽可能收集整个零部件•有条件的应再收集一个同批生产未使用的部件，以便进行对比•对失效部位进行拍照等进行记录（包括远景、近景、特写等）•失效部件设计材料牌号、规格及（装配）图纸•运行状态和失效经过（包括当地的天气情况）•失效部件质量证明书。委托失效分析取样、资料收集举例“220kv帆湖线‘3.21’跳闸分析”是2010年3月21日220kV湖帆线#160塔架空OPGW光缆直角挂板断裂原因委托分析提供的资料（见附件1），同时送来了断裂的直角挂板。从提供的资料可以了解到事故的经过和断裂直角挂板的装配实景，但缺少断裂直角挂板的材料设计牌号、金具组装图（见附件2）等资料，同时也未能提供一个同批次未使用的备品部件，使得失效分析工作进行困难甚至可能无法进行下去。谢谢！