金屬斷口技術(shù)論文
金屬斷口技術(shù)論文
隨著斷裂學(xué)科的發(fā)展，金屬斷口分析在材料斷裂失效分析中占有越來越重要的位置。下面是小編為大家精心推薦的金屬斷口技術(shù)論文，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>
金屬斷口技術(shù)論文篇一
500kV斷路器斷口擊穿故障與防護(hù)措施分析
[摘 要]通過對幾起500 kV斷路器斷口擊穿故障的分析表明，斷路器斷口發(fā)生擊穿后，無論是滅弧室內(nèi)部斷口擊穿還是斷口外絕緣表面閃絡(luò)，故障電弧均不能自行熄滅，同時(shí)由于斷口閃絡(luò)電流較小且沒有對地故障，各種保護(hù)裝置均不能快速動(dòng)作。持續(xù)燃燒數(shù)秒鐘的電弧使滅弧室嚴(yán)重發(fā)熱，劣化SF。氣體，并引發(fā)斷路器爆炸等更嚴(yán)重的設(shè)備故障。帶有并聯(lián)電杭器的線路斷路器及發(fā)變組斷路器發(fā)生斷口閃絡(luò)故障的風(fēng)險(xiǎn)較高。
[關(guān)鍵詞]斷路器;斷口閃絡(luò);閃絡(luò)保護(hù)
中圖分類號(hào)：TM561 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X(2014)18-0143-01
0 引言
近期電網(wǎng)發(fā)生的幾起斷路器斷口擊穿、并聯(lián)電容器擊穿以及斷路器斷口瓷套外部閃絡(luò)擊穿故障，從總體來看，這幾起故障均可歸為斷路器斷口閃絡(luò)、擊穿故障，并從中可以看出發(fā)變組斷路器、以及帶有并聯(lián)電抗器線路的斷路器發(fā)生斷口閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)較高。由于斷口閃絡(luò)后故障電流較小且沒有對地故障，通常保護(hù)裝置均不能快速切除故障;同時(shí)由于系統(tǒng)電壓的存在，故障電弧也不能自行熄滅。從近期幾起故障來看，持續(xù)燃燒數(shù)秒鐘的電弧使滅弧室嚴(yán)重發(fā)熱，劣化SF。氣體，并引發(fā)斷路器爆炸等更嚴(yán)重的設(shè)備故障。因此為斷路器閃絡(luò)配置有效的保護(hù)裝置，及時(shí)切除發(fā)生故障的斷路器，對于保證設(shè)備安全、避免故障擴(kuò)大有著重要意義。
1 斷路器斷口閃絡(luò)故障分析
1.1 發(fā)變組斷路器斷口閃絡(luò)故障
1.1.1 斷路器機(jī)械故障造成的斷口閃絡(luò)
2011年5月19日，某電廠1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)并網(wǎng)過程中，執(zhí)行調(diào)度命令將5021，5022斷路器由冷備轉(zhuǎn)熱備。在5021-1刀閘已合入，合入5021-2刀閘后，發(fā)生5021斷路器C相損壞、1號(hào)母線雙套差動(dòng)動(dòng)作的故障， 從故障波形可以看出，故障時(shí)，5021斷路器C相出現(xiàn)一次有效值約6.8 kA的電流;此后約4s時(shí)間內(nèi)，該電流隨發(fā)變組高壓側(cè)電壓與系統(tǒng)母線電壓之間的角度差變化而變化，呈現(xiàn)周期性變化趨勢，當(dāng)角度差為零時(shí)，該電流為零，角度差為最大時(shí)，該電流在此4s時(shí)間內(nèi)的最大有效值達(dá)到4 kA，但持續(xù)時(shí)間很短;該電流始終存在，直到斷路器爆炸引發(fā)相間短路母差保護(hù)動(dòng)作。
后解體分析認(rèn)為，由于該斷路器內(nèi)部變直機(jī)構(gòu)軸銷脫落，造成雙斷口中靠近發(fā)變組進(jìn)線側(cè)斷口實(shí)際始終處于合位。起機(jī)過程中，由于機(jī)組電壓與系統(tǒng)電壓存在頻差，使斷路器斷口間電壓在0～2U0范圍內(nèi)變化(U0為系統(tǒng)電壓額定值);而由于發(fā)變組進(jìn)線側(cè)斷口實(shí)際在合入位置，斷路器母線側(cè)單斷口外絕緣不能承受2 U0的工頻電壓，進(jìn)而發(fā)生外絕緣閃絡(luò)。
由于機(jī)組同期并網(wǎng)過程機(jī)組電壓與系統(tǒng)電壓的幅值相位都比較接近，因此斷口外絕緣閃絡(luò)后故障電流很小，且為低頻周期出現(xiàn)，在斷口發(fā)生閃絡(luò)的4S時(shí)間內(nèi)沒有保護(hù)能夠感知故障并動(dòng)作，電弧持續(xù)燃燒，斷路器內(nèi)部壓力也不斷增大，直至斷路器瓷套發(fā)生爆炸，斷路器內(nèi)部SF。氣體與碎裂的瓷件飛出，引起相間短路故障后，短路電流激增，母線保護(hù)才動(dòng)作將故障切除。
1.1.2 外絕緣閃絡(luò)造成的斷口閃絡(luò)
2011年3月26日，某電廠機(jī)組具備并網(wǎng)條件后，按照調(diào)度令進(jìn)行并網(wǎng)操作，當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓升至19.9 kV、運(yùn)行人員即將自動(dòng)同期裝置投入準(zhǔn)備并網(wǎng)時(shí)，升壓站5008開關(guān)B相滅弧室東斷口發(fā)生爆炸， 通過對閃絡(luò)過程故障錄波的分析，在機(jī)組并網(wǎng)前由于主變高壓側(cè)電壓與系統(tǒng)電壓存在微小相角差和頻差，使5008開關(guān)斷口兩側(cè)電壓在0～2U0范圍內(nèi)變化。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造上，斷路器斷口滅弧室內(nèi)部絕緣能夠承受該電壓的作用，之后的解體過程中檢查滅弧室內(nèi)部噴口沒有燒損和放弧痕跡看，也證明滅弧室內(nèi)部沒有發(fā)生內(nèi)閃絡(luò)。但由于故障前該廠地區(qū)大量降雪，在柱式斷路器水平斷口外表而上方存在大量積雪，斷口外絕緣水平大大降低，最終在2U0電壓作用下造成斷口外絕緣閃絡(luò)，長時(shí)間的閃絡(luò)電流，使電弧集中的滅弧室瓷套根部嚴(yán)重發(fā)熱、加之滅弧室內(nèi)部SF。氣體壓力作用，造成滅弧室爆炸。
此外從故障波形中可以看出，在斷路器斷口發(fā)生外絕緣閃絡(luò)時(shí)后，主變高壓側(cè)B相出現(xiàn)電流，最大有效值為5 260 A(主變高壓側(cè)正常額定電流為825 A)，系統(tǒng)電壓仍為正常值。但由于B相閃絡(luò)后機(jī)組實(shí)際上與系統(tǒng)聯(lián)通，故障電流隨之減小;在隨后的0.5 s內(nèi)減小到了2 kA以下，此故障電流不具備啟動(dòng)零序保護(hù)的條件，所以主變零序保護(hù)沒有出口。直至2 765 ms后5008開關(guān)爆炸使靜觸頭引線掉落于CT油箱發(fā)生接地短路，母差保護(hù)動(dòng)作，切除5034A和5044開關(guān)，使500 kV-4 A母線徹底與系統(tǒng)斷電隔離，故障消除。
1.2 帶并聯(lián)電抗器線路斷路器斷口閃絡(luò)故障
1.2.1 切除空載線路引發(fā)的斷口閃絡(luò)
2012年3月3日，某帶有并聯(lián)電抗器的線路發(fā)生B相永久故障，斷路器重合失敗后三相跳開。在最后一組斷路器三相跳開過程中，由于線路電容與并聯(lián)電抗器間的放電過程，使斷路器斷口兩端電壓出現(xiàn)幅值較高的拍頻電壓，電壓峰值達(dá)到910 kV。該電壓造成A相斷路器斷口電容器擊穿，電容器擊穿后實(shí)際形成線路A相經(jīng)閃絡(luò)斷口擊穿的狀態(tài)，流過斷口的電流為經(jīng)電抗器補(bǔ)償后的線路空充電流，約為70 A。由于電流值很小(二次值為28 mA) ，且沒有對地故障，因而所有保護(hù)均未動(dòng)作;此電流在斷口內(nèi)持續(xù)燃燒約12 S，造成內(nèi)部SF。氣體嚴(yán)重劣化或電容器閥片爆裂，使內(nèi)部絕緣降低，最終發(fā)展為對地故障，母差保護(hù)切除故障。
1.2.2 對端斷路器切除空載線路引發(fā)的斷口閃絡(luò)
2010年5月5日，某變電站在對一帶并聯(lián)高抗補(bǔ)償?shù)木€路停電操作過程中，在本側(cè)斷路器已斷開情況下，線路對側(cè)拉開斷路器時(shí)，本側(cè)斷路器發(fā)生斷口內(nèi)部擊穿。閃絡(luò)電流約190 A，持續(xù)數(shù)秒后造成斷路器雙斷口滅弧室炸裂，由于故障電流較小，且沒有對地故障，所有保護(hù)均未動(dòng)作，斷口閃絡(luò)的電弧在空氣中燃燒十幾分鐘后，由運(yùn)行人員將母線停運(yùn)，電弧燃燒過程結(jié)束。
金屬斷口技術(shù)論文篇二
基于PCNN的金屬斷口圖像識(shí)別方法研究
【摘 要】為將本鋼新建的世界上最先進(jìn)的2300熱連軋機(jī)組裝備優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢和擴(kuò)大高強(qiáng)鋼產(chǎn)品市場份額，通過合理設(shè)計(jì)的合金成分，采用TMCP技術(shù)生產(chǎn)的高強(qiáng)度合金鋼S700MC，在拉伸試驗(yàn)過程中其斷口出現(xiàn)分層缺陷，采用金相方法對缺陷部位進(jìn)行分析，是由于鑄坯在凝固過程中C、Mn等元素的中心偏析以及氧化物夾雜所造成的，通過對煉鋼工藝和軋鋼工藝的優(yōu)化可控制拉伸斷口分層現(xiàn)象的發(fā)生。
【關(guān)鍵詞】S700MC 高強(qiáng)鋼 斷口分層
1 引言
隨著工程機(jī)械向裝備大型化、輕量化及重載荷等方向的發(fā)展，高強(qiáng)度鋼使用比例和質(zhì)量要求都有較大提高，國內(nèi)高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼的研發(fā)及生產(chǎn)已取得快速進(jìn)展，對高強(qiáng)鋼的質(zhì)量和強(qiáng)度要求越來越高。S700MC屬于屬低碳微合金冷成型用鋼，采用了鈮、鈦微合金化和控軋空冷技術(shù)，廣泛用于工程機(jī)械和車輛結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。
目前，600MPa級(jí)及以上的高強(qiáng)熱軋卷板按的強(qiáng)化機(jī)制主要有兩種，一是低碳貝氏體系列，其特點(diǎn)是在低C或是超低碳的基礎(chǔ)上加一定貝的Mn、Mo、B、Nb、Cr等合金元素，其組織是細(xì)的低碳貝氏體組織。這類鋼的優(yōu)點(diǎn)是有好的低溫沖擊性能，缺點(diǎn)是生產(chǎn)難度大，需要較低的卷取溫度，板卷性能波動(dòng)大;二是析出強(qiáng)化系列，其特點(diǎn)是在C-Mn鋼的基礎(chǔ)上加一定量的Nb、Ti等微合金元素。析出強(qiáng)化系列的優(yōu)點(diǎn)是成形性能好，容易生產(chǎn)。目前，絕大多數(shù)高強(qiáng)板采用析出強(qiáng)化，本論文的高強(qiáng)鋼S700MC就屬此第二系列[1]。
2 試驗(yàn)材料與拉伸斷口分層現(xiàn)象
2.1 S700MC化學(xué)成分及力學(xué)性能
S700MC鋼合金成分執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)EN10149-2，化學(xué)成分見表1，鋼卷卷取8小時(shí)以后取樣，要求在尾部3米，板寬1/4處取樣，鋼板厚度12.6mm，進(jìn)行縱向拉伸、沖擊和橫向冷彎實(shí)驗(yàn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足S700MC標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)際測量現(xiàn)場生產(chǎn)樣品，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為735和850MPa，伸長率18.5%，-20℃沖擊功大于70J，冷彎性能良好。
表1 S700MC鋼化學(xué)成分
Table 1 Chemical composition of S700MC /%
成分 C Si Mn P S Alt Nb Ti V Nb+Ti+V Mo
產(chǎn)品成分 0.056 0.16 1.76 0.017 0.001 0.05 0.055 0.13 0.004 0.189 0.15
2.2 拉伸斷口形貌及分析
S700MC的拉伸試樣，見圖1，通過進(jìn)行金相分析，S700MC的組織為貝氏體加鐵素體，見圖2，因硬脆相貝氏體體積含量大，鋼板存在較大的殘余應(yīng)力。
在拉伸試樣斷口處取樣進(jìn)行金相分析，經(jīng)過研磨拋光后，利用金相顯微鏡和掃描電鏡對試樣斷口處夾雜物以及C、Mn的偏析進(jìn)行觀察，見圖2，發(fā)現(xiàn)中心存在嚴(yán)重的偏析，呈明顯的帶狀分布，通常，鋼液在連鑄坯冷卻凝固過程中以樹枝晶的方式長大，由于選擇結(jié)晶，造成晶內(nèi)和枝晶間的化學(xué)成分不均勻，枝晶間富集了較多的碳、合金元素及硫、磷等雜質(zhì)。連鑄坯加熱時(shí)，碳作為間隙固溶原子在奧氏體內(nèi)部擴(kuò)散分布較均勻，而置換固溶原子錳均勻化較困難，枝晶偏析難以徹底改善，在軋制過程中，鑄坯的枝晶偏析逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槌善肪戆宓膸钇鯷2]。對拉力分層處中心試樣重新拋光，進(jìn)行夾雜物分析，發(fā)現(xiàn)中心存在夾雜物，檢測分析其中B類夾雜物達(dá)2.5級(jí)，D類和Ds類分別為1.0和1.5級(jí)，這也是導(dǎo)致拉伸斷口分層的主要原因。
圖1 S700MC拉伸斷口 圖2 S700MC心部顯微組織(厚度方向)
Fig.1 Tensile fracture of S700MC Fig.2 Microstructure in the1/4 position(thickness direction)
3 S700MC鋼拉伸斷口分層的控制措施
以上研究表明，拉伸斷口分層的產(chǎn)生的根本原因是連鑄坯澆注鋼水在凝固過程中合金元素產(chǎn)生的中心偏析造成的，通過優(yōu)化煉鋼和軋鋼工藝可以加以控制其斷口分層缺陷的形成。
3.1 煉鋼工藝優(yōu)化
連鑄坯澆注過程中的鋼水過熱度、拉速、扇形段輥道開口度及夾雜物控制等因素直接影響連鑄坯中心偏析。鋼水過熱度是影響等軸晶比例的重要因素。非金屬夾雜物，特別是硫化物、氧化物夾雜的偏聚對鋼材的性能產(chǎn)生惡劣影響，嚴(yán)重降低鋼材的塑性、韌性[3]。
針對以上因素，對煉鋼工藝進(jìn)行了以下優(yōu)化：
(1)中包過熱度控制在10～30℃，鑄坯拉速保持1.0m/min 恒速澆鑄。
(2)采用輕壓下以及電磁攪拌技術(shù)，以減輕鑄坯中心偏析。
3.2 軋制工藝優(yōu)化
優(yōu)化軋制工藝主要目的是改善板坯中心偏析對鋼卷中心分層的影響和細(xì)化鐵素體晶粒，促進(jìn)Ti(C、N)和Nb(C、N)的彌散析出，細(xì)化晶粒，提高產(chǎn)品強(qiáng)韌性，粗軋采用大壓下工藝，將粗軋的3+5 道次調(diào)整為3+3 道次，以及降低冷卻速率等。
4 結(jié)語
(1)S700MC鋼板拉伸斷口分層產(chǎn)生的主要原因是連鑄坯存在C和Mn等元素產(chǎn)生的中心偏析，使脆性相貝氏體在中心碳、錳偏析的區(qū)域優(yōu)先形成，從而造成整個(gè)斷面組織產(chǎn)生較大的差異。
(2)煉鋼工藝可采取控制澆注鋼水過熱度、降低鑄坯拉速、采用動(dòng)態(tài)壓下或電磁攪拌;軋制工藝粗軋采用大壓下工藝，將粗軋的3+5 道次調(diào)整為3+3道次和降低冷卻速率等控制措施避免或減輕S700MC鋼板拉伸斷口分層。
參考文獻(xiàn)：
[1]陸匠心.700MPa級(jí)高強(qiáng)度微合金鋼生產(chǎn)技術(shù)研究[D].東北大學(xué)博士學(xué)位論文，2004.
[2]崔忠圻，覃耀春.金屬學(xué)與熱處理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.74-76.
[3]任吉堂.連鑄連軋理論與實(shí)踐[M].冶金工業(yè)出版社，2002.107-108.
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