曾庆忠, 马小琴, 王光明

西安西电高压开关有限责任公司 西安 710018

1 现场情况

气体绝缘金属封闭组合电器的特点主要有绝缘可靠性高、对环境影响小、占地面积小等。气体绝缘金属封闭组合电器将变电站中除变压器以外的一次设备都纳入封闭的金属容器中,内充SF6气体作为绝缘和灭弧介质,是电力系统的重要组成部分。气体绝缘金属封闭组合电器主要包括母线、断路器、互感器、隔离开关等子设备,是由众多子设备组合而成的集合体[1-4]。在气体绝缘金属封闭组合电器中,各个子设备之间通过铜配管相连,使SF6气体在各个气室间联通,并可进行SF6气体更换、抽真空处理等。因此,铜配管的密封性及强度必须符合要求,这样才可以保证气体绝缘金属封闭组合电器正常运行[5-10]。

铜配管主要由铜管材、铜三通、铜法兰组成,各组成部分通过银钎焊实现相互之间的连接。铜配管结构如图1所示。

图1 铜配管结构

在气体绝缘金属封闭组合电器工程现场,铜配管如果存在开裂、焊缝不密封等缺陷,就会引起SF6气体泄漏等产品质量问题。针对这一问题,对铜配管生产所需的原材料及焊缝焊接强度进行化学成分分析、拉伸试验、气密性试验,根据试验结果确认铜配管开裂、SF6气体泄漏的具体原因。

2 化学成分分析

铜配管开裂多发生于三通部位,因此按照企业标准,对开裂的铜配管及现用铜管材、铜三通进行化学成分测试。

企业标准见表1,测试结果见表2。由表1、表2可见,开裂的配管铜及现用铜管材、铜三通化学成分符合企业标准要求。

表1 铜管材化学成分企业标准

表2 化学成分测试结果

3 力学性能试验

3.1 企业标准

按照企业标准规定,铜管材的抗拉强度应高于315 MPa。所用铜管材原料牌号为T2-Y,公称直径为15 mm,计算后得到拉伸试验时拉伸力值应大于21.6 kN。

3.2 铜管材拉伸试验

对铜管材进行拉伸试验,如图2所示。拉伸试验结果见表3,试验后断裂铜管材如图3所示。

图2 铜管材拉伸试验

表3 铜管材拉伸试验结果

由表3可知,铜管材的拉伸力值符合企业标准要求。

3.3 通用铜三通拉伸试验

由于单个铜三通无法进行力学性能试验,因此对铜三通与铜管材进行钎焊,一方面可以测试铜三通的抗拉伸性能,另一方面能够对钎焊焊缝强度进行测试。通用铜三通拉伸试验如图4所示,试验结果见表4,试验后断裂通用铜三通如图5所示。

图5 拉伸试验后断裂通用铜三通

图4 通用铜三通拉伸试验

由表4可知,通用铜三通的拉伸力值未达到大于21.6 kN的企业标准要求。

表4 通用铜三通拉伸试验结果

3.4 加厚铜三通拉伸试验

考虑到铜配管现场开裂多发生于铜三通部位,通用铜三通力学性能偏低,因此选用加厚铜三通进行拉伸试验。加厚铜三通拉伸试验结果见表5,试验后断裂加厚铜三通如图6所示。

表5 加厚铜三通拉伸试验结果

图6 拉伸试验后断裂加厚铜三通

由表5和图6可知,通过拉伸试验,加厚铜三通焊缝附近的铜管材发生断裂,加厚铜三通自身并未产生开裂,其中一件试品的拉伸力值达到大于21.6 kN的企业标准要求。

4 气密性试验

对通用铜三通及加厚铜三通进行银钎焊,然后充入0.6～0.8 MPa的N2,放入水槽中,保压5 min,进行气密性试验,观察是否有气泡溢出。气密性试验表明,三件通用铜三通试品与三件加厚铜三通试品均合格,无气体泄漏。

5 分析结论

由上述分析结果可知,开裂铜配管所用铜三通和铜管材,其化学成分均符合企业标准要求,铜管材拉伸力值符合企业标准要求。

加厚铜三通自身未产生开裂,通用铜三通及加厚铜三通气密性符合要求,说明现用铜管材和铜三通基本可以满足铜配管的使用要求。通过试验确认,通用铜三通的力学性能偏低,在现场安装时,如果安装尺寸不能完全符合图纸要求,使铜配管处于抗弯、抗扭等状态,最终在力学性能偏低的铜三通处产生开裂。

进行拉伸试验时,焊缝未发生脱落,说明银钎焊的焊接性能可靠,焊接强度满足铜配管生产要求。使用加厚铜三通后,需要解决焊缝附近铜管材的力学性能降低问题。