CES Conference
昌吉学院、新疆电力公司昌吉供电公司的研究人员陈莉、张瑞明、马莉，在2022年第5期《电气技术》上撰文，针对一起发生在变电站送电过程中的220kV 气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）隔离开关操动机构传动轴断裂的典型故障，详细介绍故障排查过程，并用光谱分析、硬度试验、显微组织检验、断口扫描电子显微镜（SEM）形貌分析等方法深入分析故障的原因，提出加强设备验收、加强质量监督等措施以提高设备投运质量。
2 检查与试验
2.1 外观检查
抢修人员现场检查轴的断裂位置在轴六棱面与圆柱面交界处，断口平整、无明显的塑性变形，整个断口呈明显的脆性断裂，另外中部的颜色较边缘深，呈灰黑色，如图2所示。
图2 传动轴断裂位置及断口形貌
进一步对断口进行体视显微镜放大检查，发现局部存在疑似裂纹，如图3所示，另外可观察到中部圆形颜色较深的断裂纹路与边缘明显不同。
2.2 光谱分析检测
对操动机构传动轴进行光谱分析检测，检测结果见表1，结果表明传动轴的化学成分符合设计材质。
图3 体视显微镜检查断口结果
表1 传动轴元素检测结果
2.3 硬度试验
表2 截面硬度试验结果
2.4 金相分析检测
图4 1号试样断面微观金相组织
对2号试样轴的相同部位截取横截面，对其横截面进行检验，未见微裂纹等异常现象，且组织形貌为回火马氏体，如图5所示。
图5 2号试样断面微观金相组织
2.5 断口形貌分析
对断口进行扫描电镜分析，其扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）形貌如图6所示，发现断口存在部分轴向裂纹，在裂纹附近还存在孔洞，个别孔洞边缘已延伸成小裂纹。
3 故障原因分析
1）从光谱分析及微观金相组织分析结果看，该轴材料化学元素满足40Cr标准要求，其微观金相组织也为调质处理（淬火加高温回火）。
图6 断口SEM形貌
2）从硬度检测结果看，断轴（1号试样）较未断轴（2号试样）的硬度稍高。
综上所述，该主动轴内部存在裂纹缺陷是此次断裂的主要原因，裂纹产生的原因与该轴热处理的工艺有关，通常在淬火组织处理中过热就会造成淬火裂纹；其次通过外观检查该轴圆柱过渡至六棱柱的不连续台阶，也是应力最集中的部位，轴内部若有缺陷，极易在此部位断裂。
4 结论
通过外观检查及试验检测分析，该220kV GIS隔离开关传动轴热处理出现淬火组织过热严重，即淬火温度控制工艺出现问题，导致轴内部出现孔洞，受力时产生裂纹，最终导致传动轴断裂的故障。因此，针对该典型的隔离开关传动轴故障提出以下防范措施：
1）对同批次和同型号的传动轴进行光谱分析、硬度检测等专项排查，对排查不合格的要求厂家进行整体更换。
2）设备厂家按照《国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施(2018年修订版)》中对金属材料和部件材质的要求，加强设备操动机构关键受力部件出厂时的检验，保障部件无问题出厂。
3）应加强设备采购时的技术质量管控，落实设备质量抽检，除了对设备本体的检测，还应加强设备附属机构、材料等检测，确保设备各项参数合格。
4）项目管理单位应加强验收，对设备出厂试验报告、金属材料抽检报告等进行验收，无检测报告的视为产品不合格。
本文编自2022年第5期《电气技术》，论文标题为“一起220kV隔离开关操动机构故障分析”，作者为陈莉、张瑞明 等。