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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(shì)，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(duì)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(duì)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(duì)地故障，母差保護(hù)切除故障。
1.2.2 對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(shì)轉(zhuǎn)化為先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和擴(kuò)大高強(qiáng)鋼產(chǎn)品市場(chǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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(cè)量現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(duì)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(cè)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(duì)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(duì)以上因素，對(duì)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(duì)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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