福建某海岛架空输电钢芯铝绞线的失效分析

来源:国网福建省电力有限公司电力科学作者:陈云翔

采用XRD、SEM 和EDS 对福建省某海岛上35 kV 失效的钢芯铝绞线进行形貌和成分分析。结果表明: 内层铝绞线表面主要由Al、Al(OH)3和Al5(CO3)3(OH)13·xH2O 等物相组成。在断口上除了Al、O 等元素外,还含有C、S、Cl、Na、Mg、Ca 等。海洋大气、CO2和尘埃等腐蚀介质导致内层铝股线遭受潮的海洋大气腐蚀、应力腐蚀、小孔腐蚀等,使内层铝股线严重腐蚀。

钢芯铝绞线具有结构简单、架设与维护方便、线路造价低、传输容量大等特点,在各种电压等级的架空输配电线路中得到广泛应用。钢芯铝绞线一方面在风、冰冻以及其他恶劣环境因素影响下会摆晃,产生微动磨损和微动疲劳;另一方面在大气中受水分、化学气体、尘埃和盐类物质等侵蚀性介质的作用发生腐蚀,导致导线明显变脆,抗拉强度大幅降低。

腐蚀疲劳断口记录了裂尖局部材料微观损伤和断裂的基本特征,这些特征能反映材料本身和外加应力、腐蚀介质等因素相互作用的本质,是研究腐蚀疲劳断裂机理最直接的依据。通过分析断裂过程遗留下来的断裂形貌,将有助于研究具体体系的断裂机理。本文借助X 射线衍射仪、扫描电镜以及能谱分析技术分析内层铝绞线的断口形貌,探讨铝股线失效原因

1、试验材料及方法

某海岛35 kV 线路81-82#塔间导线由26 股直径为2.4 mm 的铝股线和中心7 股直径为2 mm 的镀锌钢线绞制而成;铝线分2 层缠绕,外层16 股、内层10 股,图1 为钢芯铝绞线的结构示意图、失效样的形貌和表面取样点。每一层间都有很多灰白粉末。内层钢芯锈迹斑斑,表面残留灰白粉末。内层铝绞线的腐蚀比外层的严重。对内层铝绞线的表面和失效断口进行酒精清洗后,采用X 射线衍射仪(Rigaku,Ultimate Ⅲ,Japan) 检测表面的相组成;采用德国ZEISS SUPRA 55 进行表面形貌(SEM) 分析;采用英国牛津OXFOOD X-MAX(50) 进行能谱测试(EDS) ;利用ESCALAB 250 型X 射线光电子能谱仪确定样品表面的元素组成和含量。

福建某海岛架空输电钢芯铝绞线的失效分析

图1 (a) 钢芯铝绞线的示意图、断股导线的形貌;(b) 表面取样点

4、结论

1) Al、Al(OH)3和Al5(CO3)3(OH)13·xH2O 等物相是断口表面的主要成份,除了Al、O 外,还有C、S、Cl、Na、Mg、Ca 等元素,来自于海洋大气、空气和尘埃。

2) C 集中在表面~ 200 μm 处。潮的大气腐蚀、应力腐蚀、小孔腐蚀导致内层铝股线腐蚀更为严重。

3) 在风动和腐蚀产物的共同作用下,龟裂的腐蚀产物随着振动粘连、碾碎、剥落,产生应力集中,导致铝股线失效。