2018年10月18日，某35千伏變電站1號主變回路開展檢修、例行試驗。在對主變有載開關A、C相進行有載特性試驗時，發現問題如下:

一是無論從單雙、雙-單切換時均發生了直流跌落的現象(由于主變高壓測為?接線，無法三相同時測量，所以測試時先以A、C相加正電壓、B加負電壓進行)。二是跌落時刻的阻值達到了23.9Ω?(MR-ⅤIII350D型過渡電阻值額定范圍為4.2+10%Ω)。三是總切換時間發生變化低于額定范圍(M-ⅤIII350D型過渡切換時間為45-65ms)。

經過頻繁手動切換分接開關以及更換試驗儀器后再次進行試驗，發現波形和過渡電阻值依然存在異常。檢修人員懷疑該有載開關存在問題，需進步解體分析。隨即開始準備相應備品并通知變修廠赴現場協助工作。

2018年10月19日，變修廠找到同廠家同類型備品，并開始對該備品進行試驗，過渡電阻測試、絕緣油化試驗。2018年10月20日9時開始對主變有載開關進行解體分析。打開有載頂蓋后，發現一根儲能彈簧斷裂。

隨后對有載開關進行吊芯檢查，發現開關的切換動觸頭表面有燒蝕痕跡(圖1)，有載開關內部靜觸頭完好(圖2)。

圖1有載開關動觸頭表面有燒蝕痕跡圖2有載開關內靜觸頭完好

2018年10月20時18時左右，完成了對該缺陷機構及附件的調換，同時進行了濾油處理。工作完畢后進行變壓器直流電阻及變壓器變比試驗，試驗合格后進行真空注油、放氣并靜置24小時，并取油樣，全部工作于2018年10月20日20時完工。

2018年10月22日上午9時，對該變壓器進行整體大修后的試驗工作，試驗數據均合格，其中過渡電阻波形正常過渡切換時間合格(過渡切換時間大約為45-65ms)，過渡電阻值滿足要求(4.2±10%) ，整個切換過程未發生跌落現象。

缺陷原因分析：

一是發現切換的動觸頭燒蝕，靜觸頭完好，表明彈簧在切換的過程中斷裂，導致切換過程未完成，造成動觸頭燒蝕。二是MR公司表示，經統計MR公司生產的ⅤIlI3500型有載開關發生過彈簧斷裂情況，同時在2007年已通過采用壓簧結構對儲能機構進行技術更新，提高了動作的可靠性。

鑒于以上分析，判斷儲能彈簧斷裂引起有載開關切換不到位，并造成拉弧，*終使動觸頭燒蝕，是造成本次缺陷的主要原因。隨后，對彈簧斷面進行進一步的材質分析。通過INCA型鎢燈絲掃描電鏡觀察:整個斷面呈灰色，斷面整潔，無光澤，有*輕微褐色氧化痕跡。斷面并不平整，分為三部分，如下圖3。

電子顯微鏡斷口形貌分析在A、B區域之間發現裂紋，且沿著A、B區域分界線發展，有明顯的擴展趨勢(圖4)。

圖4??A,B區域之間的裂紋

能譜分析，在裂紋靠彈簧表面的一端發現凹坑，對其進行能譜分析，結果表1所示。能譜分析結果表明，凹坑處0、S、Si等異常元素較多，初步判斷該處凹坑為裂紋源。

圖5為斷裂的彈簧試樣經過淡腐蝕后的

，可以看到彈簧纖維組織存在大量不規則分布的黑色孔洞，且孔洞周圍的顏色分布明顯的梯度差異。此外，在圖4的黑色孔洞附近發現疑似的裂紋。可以判斷孔洞為樣品中存在的缺陷，可能為原材料中存在的氣孔、夾雜等。結合掃描電鏡分析結果，缺陷為夾雜物的可能性較大。

由于圖5中斷裂的彈簧樣品腐蝕較淺，無法看清金相組織，因此再次進行腐蝕，在光學顯微鏡下觀察(圖6)。可以看到，彈簧樣品的金相組織有回火馬氏體，殘余奧氏體和少量鐵素體組成。由此推斷，熱處理工藝為淬火后再經中溫回火處理。少量鐵素體的存在，可能是因為淬火保溫時間太短，鐵素體未能溶入奧氏體，淬火后仍殘留在奧氏體中。同時，基體中存在不規則分布的孔洞。

彈簧的斷口形貌和能譜分析：彈簧中存在明顯的二次裂紋，且裂紋附近凹坑中Si、 0等異常元素較多。初步判斷為夾雜物。

白色異物的能譜分析：對觀察到的白色異物進行能譜分析，也驗證了夾雜物的存在。

彈簧的金相顯微組織分析:彈簧中存在大量不規則分布的孔洞，很有可能是由于夾雜物留下的孔洞。

夾雜物引起疲勞失效的原理:在疲勞失效中，很多疲勞源都是由材料中的第二_相或夾雜物引起的。變形率較低的夾雜物不能有效地傳遞鋼基中的外應力是誘發疲勞裂紋的原因之一。夾雜物與基體的彈性模量差異會在夾雜物周圍產生-一種徑向的拉應力，這種拉應力會促進疲

勞裂紋優先在夾雜物附近的基體中形成。

裂紋成因：

（1）形成微孔:金屬材料在交變應力的反復作用下，第二相(或夾雜物)質點本身破

裂，或者第二相(或夾雜物)與基體界面脫離成核，形成微孔。

（2）微孔長大:微孔成核后，位錯線運動遇到第二相質點時，往往按繞過機制在周圍

形成位錯環。新的位錯連續進入微孔，遂使微孔長大。

（3）形成微裂紋:微孔在外力作用下，可能借塑性流變方式產生內縮頸而斷裂，使微

孔連接形成微裂紋。

（4）裂紋**形成新的微孔:隨后，因裂紋**附近存在三向拉應力區和集中塑性變

形區，在該區又形成新的微孔。

（5）裂紋推進:新的微孔借內縮頸和裂紋連通，使裂紋向前推進定長度，如此不斷

進行下去直至*終斷裂。

微孔特征：

微孔形核長大和聚合在斷口留下的痕跡，就是電子顯微鏡下觀察到的圓形或橢

圓形的韌窩，韌窩是微孔聚集斷裂的基本特征。

結論：

綜上所述，彈簧斷裂屬于疲勞斷裂，彈簧的疲勞裂紋起源于基體中的夾雜物。

應對措施：

一是合理安排MR有載開關檢修周期。適當縮短MR有載開關的試驗周期，將有載特性試驗列為必做項目。

二是應用新技術對有載開關運行情況進行監測。對梳理的同類型同批次有載開關增加檢測頻率，在普測的基礎上增加針對迎峰等重要時段的復測。

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