电力系统设备材料缺陷诊断案例

12016年贵州电力系统金属监督会议交流资料电力系统设备材料缺陷诊断案例张仁奇（内部交流资料，未经作者许可，不得摘录和引用）2目录失效分析概论.....................................................................................................................................3第一节开关部件...............................................................................................................................7（一）变电站隔离开关驱动杆4螺栓薄板抱箍松动打滑分析............................................7（二)八河变500kV隔离开关拐臂处软连接断裂原因分析................................................18（三）六枝变110kV六梭II回132断路器合闸不到位弹簧失效原因分析....................24第二节阀门配件.............................................................................................................................40(一）GIS气室阀门配件开裂原因分析.................................................................................40第三节变压器附件.........................................................................................................................51（一）220kV柳塘变1号主变220kV侧A、B相套管接线座开裂缺陷分析.....................51第四节互感器配件.........................................................................................................................58（一）金沙变110kVⅠ母PTA相引线掉线螺栓断裂原因分析.........................................58第五节架空导线及配件.................................................................................................................60（一）架空输电线路导线现有预绞式金具及补修工艺存在问题......................................60（二）110kV镇七Ⅰ回线#63杆杆塔C线引流线烧断原因分析........................................66（三）110kV威中线钢芯铝绞线断裂金相分析...................................................................82第六节绝缘子.................................................................................................................................84（一）两起刀闸支柱瓷瓶重大缺陷分析..............................................................................84（二）220kV站街变10kV直流融冰母线B相支柱瓷瓶断裂分析.....................................91第七节避雷器.................................................................................................................................99（一）220kV元村变110kV桐元108线路避雷器失效分析...............................................99第八节火电厂承压设备...............................................................................................................105（一）某厂锅炉水冷壁专项检验...............................................................................................105（二）某厂1号机再热蒸汽管三通段管件裂纹分析........................................................124第3页共136页失效分析概论1.失效分析的目的（1）防止同类失效现象重复发生（2）失效分析是机械产品设计、制造的依据（3）消除隐患，确保产品安全可靠（4）失效分析可以提高产品的信誉2.失效的形式及其类型失效的分类比较复杂，按其失效机理将失效分为：断裂失效；变形失效；磨损失效；腐蚀失效等四种类型。（1）断裂失效断裂是指金属或合金材料或机械产品在力的作用下分成若干部分的现象。它是个动态的变化过程，包括裂纹的萌生及扩展过程。断裂失效是指机械构件由于断裂而引起的机械设备产品不能完成原设计所指定的功能。断裂失效类型有如下几种：①解理断裂失效；②韧窝破断失效；③准解理断裂失效；④疲劳断裂失效；⑤蠕变断裂失效；⑥应力腐蚀断裂失效；⑦沿晶断裂失效；⑧液态或固态金属脆性断裂失效；⑨氢脆断裂失效；⑩滑移分离失效等。（2）变形失效所谓变形通常是机械构件在外力作用下，其形状和尺寸发生变化的现象。从微观上讲是指金属材料在外力作用下，其晶格产生畸变。若外力消除，晶格畸变亦消除时，这种变形为弹性变形；若外力消除，晶格不能恢复原样，即畸变不能消除时，称这种变形为塑性变形。变形失效是指机械构件在使用过程中产生过量变形，即不能满足原设计要求时变形量。一般情况下将变形失效分为弹性变形失效和塑性变形失效两种。弹性变形失效将使机械构件表面不留任何损伤痕迹，仅是金属材料的弹性模量发生变化，而与机械构件的尺寸和形状无关；塑性变形失效将导致机械构件表面损伤，其机械构件的形状与尺寸均发生变化。（3）磨损失效磨损是摩擦作用下物体相对运动时，表面逐渐分离出磨屑而不断损伤的现象。第4页共136页磨损失效是指由于磨损现象的发生使机械零部件不能达到原设计功效，即不能达到原设计水平。磨损失效的类型有：①粘着磨损失效；②磨粒磨损失效；③腐蚀磨损失效；④变形磨损失效；⑤表面疲劳磨损失效；⑥冲击磨损失效；⑦微振磨损失效等。（4）腐蚀失效腐蚀是指金属或合金材料表面因发生化学或电化学反应而引起的损伤现象。金属腐蚀虽然在酸洗、化学电源、电解加工、金相浸蚀等方面起着有益于人类的作用，但是它在国民经济上所造成的损失是相当严重的。由于腐蚀作用是机械构件丧失原设计功能的现象称为腐蚀失效。腐蚀失效的类型有：①直接化学腐蚀失效；②电化学腐蚀失效；③点腐蚀失效；④局部腐蚀失效；⑤沿晶腐蚀失效；⑥选择性腐蚀失效；⑦缝隙腐蚀失效；⑧生物腐蚀失效；⑨磨损腐蚀失效；⑩氢损伤失效；o11应力腐蚀失效等。3.失效分析方法进行失效分析时，首先要了解失效分析程序。因为机械构件多数是在运行过程中发生断裂失效的，每当一个零部件断裂损坏时，它和别的零部件、周围环境和操作人员等均有着十分密切的关系。查找原因时要从设计水平、材料质量、加工状态、维修情况、装配精度、工作环境、服役条件和操作方法等因素中找出造成损坏的主要原因，并根据损坏的原因、机理、类型和阶段，进行分析判断，制定出改进措施。断裂过程是个动态过程，对断裂直接进行观察分析是比较难的；而断口是断裂的静态反应，如果对断口进行仔细观察和分析就能找出断裂的原因、机理等。因为断口如实地反映了机械构件断裂的全过程，及机械构件裂纹的萌生与扩展过程，断口分析是机械构件断裂失效分析的一个重要手段。为了取得更好的分析效果，对这一分析手段还必须辅以一系列其他的检验方法，如无损检测、机械性能试验、金相检验、化学分析、X射线分析、断裂韧性试验、电子能谱分析、模拟试验等。最后将上述分析和试验的结果与数据进行综合分析，并提出改进措施，写出失效分析报告。(1)原始资料的收集原始资料是指构件服役前的全部经历、服役历史和断裂时的现场情况等。此外，还要从散落的失效残骸中选择有分析价值的断口和供做其它检测用的试样材料。第5页共136页(2)碎片（或断片）的选择与保存①主裂纹的判别进行断口分析时，首先要选择最先开裂的构件断口。有时一个构件在断裂过程中形成几个断片时（如高压容器或锅炉爆炸事故等），也要选择最先断裂的断口，即主裂纹所形成的断口。经常使用的主裂纹的判别方法有：T型法，分枝法，变形法和氧化法等四种方法。四种判别方法如图所示。T型法将散落的断片按相匹配的断口合并在一起，其裂纹形成T型。分枝法将散落的断片按相匹配断口合并，其裂纹形成树枝型。在断裂失效中，往往在出现一个裂纹后，产生很多的分叉或分枝裂纹。裂纹的分枝或分叉方向通常为裂纹的局部扩展方向，其相反方向指向裂源，即分枝裂纹为二次裂纹，汇合裂纹为主裂纹。变形法将散落的断片按相匹配断口合并，构成原来机械构件的几何形状，测量其几何形状的变化情况，其变形量较大的部位为主裂纹，其它部位为二次裂纹。氧化法在受环境因素影响较大的断裂失效中，检验断口各个部位的氧化程度，其中氧化程度最严重者为最先断裂者即主裂纹所形成的断口，因为氧化严重者说明断裂的时间较长，而氧化轻者或未被氧化者为最后断裂所形成的断口。②二次裂纹的选择断裂失效分析过程中，主裂纹所形成的断口损伤很严重而不能提供断裂形貌特征时，则要分析研究二次裂纹所形成的断口。二次裂纹的判别方法如上所述。二次裂纹的类型有：分枝的二次裂纹；横向取向的第6页共136页二次裂纹。利用二次裂纹选取断口试样主要是下面几种情况：1）主裂纹化学腐蚀严重。如环境断裂条件下，主裂纹不能提供断口形貌特征时；2）擦伤严重的主裂纹断口不能反映断裂形貌特征；3）高温条件下的主裂纹断口，往往有一层较厚的氧化膜；4）分析研究断裂机理、断口精细形貌特征时，要详细地观察形貌特征。③断口的保存在分析损坏现象时，材料断裂的发生及传播过程与断口形貌的对应关系是很重要的。根据材料断裂的条件和断口形貌特征可分析出材料的断裂原因。因此，对断口表面必须保护得非常完整，不能碰伤，严防用手抚摸断口表面，以保持断裂时的原有状态。特别是在机械构件断裂失效后，往往会使构件断面擦伤和锈蚀，所以在分析过程中要十分注意对断口的保存。为了全面地进行失效分析，除了断口分析所需的试样之外，其它分析检验项目还需要各种试样，如机械性能试样、化学分析样品、电子探针试样、金相试样、表面分析试样、断裂韧性试样和模拟试验用的试样等。这些试样均要在选择断片时考虑进去，要从构件有代表性的部位上截取。在截取之前都应在构件上画好截取的部位，用草图和照相记录，标明是哪种试样，以免弄混而导致错误的分析结论。截取试样时要小心保护断口或裂纹，使截取下的试样不受损伤，不改变断口