章學(xué)兵，廖 巍

( 1.國網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海 201799；2.國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437)

變電站作為電力系統(tǒng)的主要組成部分，其性能決定變電站運行的穩(wěn)定性。變壓器的主要組成部件有油箱本體、儲油柜、散熱器、套管、分接開關(guān)及附屬裝置等；散熱器油管與變壓器本體油路之間采用波紋管連接，由于波紋管具有較好的柔性結(jié)構(gòu)，管道簡單緊湊，可以避免由溫差導(dǎo)致的熱應(yīng)力位移和地基不均勻沉降而產(chǎn)生的機械位移，同時起到消除機械振動和降低噪聲的作用[1]。但波紋管在實際安裝和運行過程中容易出現(xiàn)變形、振動和腐蝕問題，進而導(dǎo)致波紋管發(fā)生故障，引起變壓器停運檢修[2-3]。

本文對上海某110 kV變電站變壓器油管波紋管開裂問題進行分析，運用多種檢測手段，綜合分析其開裂成因，并提出改進措施，以提升波紋管的運行質(zhì)量。

1 變壓器波紋管典型結(jié)構(gòu)

變壓器油路常用的波紋管有3種型式：內(nèi)配合、外配合、封閉底。本次開裂的110 kV變壓器油管波紋管型式為內(nèi)配合式，其典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，內(nèi)徑80 mm，波紋管長度132 mm，法蘭盤外徑180 mm。

圖1 變壓器波紋管典型結(jié)構(gòu)

2 試驗分析

本次開裂的波紋管如圖2所示，共8個波峰。對拆卸后的波紋管進行檢測，分為4個項目：外觀檢查、化學(xué)成分分析、顯微組織分析及微區(qū)元素X射線能譜(EDS)分析。

圖2 開裂的波紋管

2.1 外觀檢查

對波紋管進行外觀檢查，波紋管裂紋位于波紋管第5個波峰左側(cè)，裂紋長度約為52 mm，宏觀形貌如圖3所示。

圖3 波紋管裂紋外觀形貌

裂紋上有2處明顯銹斑，波紋管其他位置也有不同程度的銹跡。顯微鏡下觀察到的波紋管其他位置表面腐蝕物如圖4所示。

圖4 顯微鏡下的波紋管其他位置表面腐蝕物

2.2 化學(xué)成分分析

對波紋管化學(xué)成分進行光譜材質(zhì)分析，采用便攜式熒光光譜儀，型號為Niton 3t 980，檢測結(jié)果見表1。檢測依據(jù)為GB/T 20878—2007《不銹鋼和耐熱鋼 牌號及化學(xué)成分》，表1結(jié)果顯示，Cr含量偏低，不符合標準要求。

表1 波紋管化學(xué)成分光譜分析結(jié)果 %

2.3 金相組織分析

在波紋管開裂部分截取試樣，試樣經(jīng)鑲嵌、磨制、拋光后，在金相顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)3處腐蝕坑，如圖5所示。在圖5中，1號腐蝕坑的深度和寬度均為波紋管壁厚的1/3左右，2號腐蝕坑的寬度為波紋管壁厚的1/4左右，3號腐蝕坑的寬度大致與波紋管壁厚相同。

圖5 斷口形貌

1號腐蝕坑的微觀形貌如圖6所示，2號腐蝕坑的微觀形貌如圖7所示，3號腐蝕坑的微觀形貌如圖8所示。

圖6 1號腐蝕坑微觀形貌

圖8 3號腐蝕坑微觀形貌

1號腐蝕坑與2號腐蝕坑中孿晶界存在條帶狀腐蝕產(chǎn)物。經(jīng)分析得到產(chǎn)生原因如下：304不銹鋼中存在孿晶組織，由于孿晶界面與孿晶內(nèi)部耐腐蝕性能存在差異，在受到緩慢腐蝕后，形成了條帶狀的腐蝕產(chǎn)物，因此可以判定該波紋管斷口處有腐蝕發(fā)生，并且腐蝕過程比較緩慢。

3號腐蝕坑中發(fā)現(xiàn)有泥狀花樣的腐蝕產(chǎn)物，泥狀花樣腐蝕產(chǎn)物是應(yīng)力腐蝕開裂的典型特征。由此得到3號腐蝕坑處發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，最大腐蝕坑處為裂紋源。

2.4 微區(qū)元素EDS分析

對波紋管斷口處多個部位進行微區(qū)元素EDS分析，檢測結(jié)果見表2。由檢測結(jié)果顯示，除不銹鋼本身元素及因氧化腐蝕產(chǎn)生的元素以外，還發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物中存在較高含量的Cl元素，斷口處腐蝕坑中Cl元素質(zhì)量分數(shù)為3.16%～3.88%，外表面腐蝕銹斑中Cl元素質(zhì)量分數(shù)為5.82%～6.04%；Cl元素為不銹鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕的特定腐蝕介質(zhì)。

2.5 試驗結(jié)果

應(yīng)力腐蝕開裂須具備敏感金屬材料、承受一定拉伸應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)這3個條件。本次開裂的波紋管材質(zhì)為奧氏體不銹鋼，其化學(xué)成分檢測結(jié)果顯示Cr元素含量偏低。Cr元素的作用是在鋼表面生成一層保護性氧化膜，減緩腐蝕進度[3]，Cr元素含量偏低會增加局部腐蝕概率；氯離子能滲透奧氏體不銹鋼表面的氧化膜，因此奧氏體不銹鋼在含氯環(huán)境中具有較強的應(yīng)力腐蝕傾向。

表2 微區(qū)元素EDS分析結(jié)果(質(zhì)量分數(shù)) %

此外，顯微組織分析結(jié)果顯示斷口處存在腐蝕坑及泥狀花樣腐蝕產(chǎn)物等應(yīng)力腐蝕典型特征；在微區(qū)元素EDS分析結(jié)果顯示腐蝕坑及外表銹斑腐蝕產(chǎn)物中存在3.16%～6.04%的氯元素，并且開裂位置在波紋管拉應(yīng)力最為集中的波峰處。因此，該波紋管開裂的主要原因是奧氏體不銹鋼在較高氯離子環(huán)境中發(fā)生了應(yīng)力腐蝕開裂。

3 結(jié)語

對某110 kV變壓器油管波紋管開裂問題進行了分析，得到提升波紋管運行穩(wěn)定性需做好以下幾方面工作。

(1) 針對不同地區(qū)、不同環(huán)境、不同運行工況等應(yīng)差異化選材，尤其是在沿海重工業(yè)等氯含量較高的環(huán)境下應(yīng)選擇更高等級的不銹鋼(如316不銹鋼)，或在波紋管表面增加一層防腐涂層。

(2) 設(shè)備驗貨階段加強波紋管材質(zhì)檢測，對不合格的產(chǎn)品及時退換。

(3) 在基建安裝過程中，重視變壓器基礎(chǔ)沉降測量，加強波紋管安裝精度管控，避免野蠻施工。

(4) 對已投運的油管波紋管應(yīng)加強排查和運行巡視，建立設(shè)備臺賬，及時制定改造計劃。