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一种输变电设备 铜 导线断裂时运行参数的测试方法

阅读：982发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种输变电设备铜导线断裂时运行参数的测试方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种输变电设备铜导线断裂时运行参数的测试方法，包括从实际烧断的设备上取样、选取同种规格的完好的导线并制备成高温模拟试样、不同温度下的Gleeble拉伸实验、对实际断裂的导线和GLEEBLE拉断的导线的断口进行金相分析、对实际断裂的导线和GLEEBLE拉断的导线的断口进行SEM分析、对实际断裂的导线和GLEEBLE拉断的导线的断口进行TEM分析等步骤，方法不需要花费高昂的成本对实际输变电设备进行系列参数下的破坏性试验，同时能够获得与运行断裂发生瞬间最为接近的运行参数，从而为事故分析提供有效的判据。，下面是一种输变电设备铜导线断裂时运行参数的测试方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种输变电设备铜导线断裂时运行参数的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)实际断裂导线取样：从发生故障的输变电设备中找到断为两截的两根铜导线，从断裂点开始沿铜导线长度方向各取10mm长的试样，取样时注意断口不被破坏，其中一个试样标记为A，用于金相分析；另一个试样标记为B，用于微观分析；
(2)高温模拟试样的制备：选取与断裂铜导线相同的导线，加工成拉伸试样，用于进行Gleeble拉伸试验；
(3)不同温度下的Gleeble拉伸实验：采用Gleeble3800热模拟实验机，实验温度分别设置为100℃、150℃、200℃、250℃，在每个温度下做一组3-5根高温模拟试样的拉伸实验，获得各个实验温度下的位移与拉伸力的关系曲线；拉断后的高温模拟试样分为两部分，一部分标记为A’,用于金相分析,另一部分标记为B’,用于微观分析；
(4)金相组织分析：选取Gleeble拉伸实验中拉断后的高温模拟试样A’部分，进行金相分析试验，并记录金相组织，同时对实际断裂导线的A部分也进行金相分析，对比其过热组织形貌；确定与实际断裂导线金相组织大致相同的模拟试样；
(5)扫描电镜分析：对不同温度下的Gleeble拉伸试验的模拟试样的断口形貌和实际断裂导线的断口形貌进行扫描电镜分析，找出与实际断裂的导线断口形貌相近的模拟试样；
(6)透射电镜分析：将Gleeble拉伸实验中拉断后的高温模拟试样B’部分以及实际断裂导线的B部分制备成TEM试样，在透射电镜下进行观察，对断口处的位错密度进行分析，根据TEM图像判断出与实际断裂导线断口最为接近的模拟试样；
(7)断裂时运行参数的确定：找出与实际断裂导线断口金相组织、断口形貌、位错密度最为接近的模拟试样，根据模拟试样的试验参数，确定实际导线发生断裂时所承受的电动力大小和温度。
2.如权利要求1所述的输变电设备铜导线断裂时运行参数的测试方法，其特征在于，步骤(3)中，进行Gleeble拉伸实验时，每一组模拟试样按照升温-保温的程序，整个时间控制在300秒之内。
3.如权利要求1所述的输变电设备铜导线断裂时运行参数的测试方法，其特征在于，步骤(3)中，进行Gleeble拉伸实验时，拉伸速率2.5mm/min。
4.如权利要求1所述的输变电设备铜导线断裂时运行参数的测试方法，其特征在于，步骤(6)中，制备TEM试样包括切割、机械减薄、冲孔、机械减薄、凹坑和离子减薄步骤。
5.如权利要求1或2或3或4所述的输变电设备铜导线断裂时运行参数的测试方法，其特征在于，步骤(7)中，在找出与实际断裂导线断口金相组织、断口形貌、位错密度最为接近的模拟试样的过程中，确定出与实际断裂导线断口金相组织、断口形貌、位错密度较为接近的两个模拟试样，将两个模拟试样拉伸实验对应的温度范围进一步划分小区间，重复步骤(3)、(4)、(5)和(6)的实验操作，从而确定出与实际断裂导线断口金相组织、断口形貌、位错密度最为接近的模拟试样。

说明书全文

一种输变电设备铜 导线断裂时运行参数的测试方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种输变电设备铜导线断裂时运行参数的测试方法，属于金属材料技术领域。

背景技术

[0002] 铜导线广泛应用于输变电设备中，导线断裂是输变电设备运行时的常见故障之一。发生断裂时往往承受较大的电动力和大的电流，在高温下发生断裂，从而影响输变电设备的正常运行。确定发生断裂时的铜导线的运行参数，包括电流、断裂时的温度和承受的外力大小，对分析导线断裂原因，避免类似事故出现具有重要意义。

[0003] 输变电设备导线运行断裂的瞬间，电流往往超出设计电流的数倍，同时导致导线发热，温度上升，同时输变电设备在参数发生大幅度变动的瞬间，承受了较大的电动力的作用，导线在高温、电动力的共同作用下，容易引起断裂，这种断裂一般是在很短的时间内完成的，按照目前的监测手段，无法记录断裂瞬间的运行参数。如果直接对同类设备进行破坏性试验后再进行微观分析，往往需要对多个设备进行系列参数下的破坏性试验，成本过于昂贵，效果也不一定能够达到预期要求。

发明内容

[0004] 本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种输变电设备铜导线断裂时运行参数的测试方法，其不需要对多个同类设备进行系列参数下的破坏性试验，成本低。

[0005] 输变电设备导线断裂主要是两个方面的因素：外力作用和高温作用，因此本发明人结合输变电设备的特点，提出了一种分析利用高温模拟并加载的方法，利用Gleeble高温拉伸试验机模拟过热、短路高温环境并施加载荷，拉断铜导线，然后用金相分析过热组织、扫描电镜分析断口形貌，透射电镜分析铜导线的位错变化，并与实际断裂的导线上述指标进行对比，从而获得铜导线断裂瞬间的运行参数。

[0006] 具体技术方案如下：

[0007] 一种输变电设备铜导线断裂时运行参数的测试方法，包括如下步骤：

[0008] (1)实际断裂导线取样：从发生故障的输变电设备中找到断为两截的两根铜导线，从断裂点开始沿铜导线长度方向各取10mm长的试样，取样时注意断口不被破坏，其中一个试样标记为A，用于金相分析；另一个试样标记为B，用于微观分析；

[0009] (2)高温模拟试样的制备：选取与断裂铜导线相同的导线，加工成拉伸试样，用于进行Gleeble拉伸试验；

[0010] (3)不同温度下的Gleeble拉伸实验：采用Gleeble3800热模拟实验机，实验温度分别设置为100℃、150℃、200℃、250℃，在每个温度下做一组3-5根高温模拟试样的拉伸实验，获得各个实验温度下的位移与拉伸力的关系曲线，拉断后的高温模拟试样分为两部分，一部分标记为A’,用于金相分析,另一部分标记为B’,用于微观分析；

[0011] (4)金相组织分析：选取Gleeble拉伸实验中拉断后的高温模拟试样A’部分，进行金相分析试验，并记录金相组织，同时对实际断裂导线的A部分也进行金相分析，对比其过热组织形貌；确定与实际断裂导线金相组织大致相同的模拟试样；

[0012] (5)扫描电镜分析：对不同温度下的Gleeble拉伸试验的模拟试样的断口形貌和实际断裂导线的断口形貌进行扫描电镜分析，找出与实际断裂的导线断口形貌相近的模拟试样；

[0013] (6)透射电镜分析：将Gleeble拉伸实验中拉断后的高温模拟试样B’部分以及实际断裂导线的B部分制备成TEM试样，在透射电镜下进行观察，对断口处的位错密度进行分析，根据TEM图像判断出与实际断裂导线断口最为接近的模拟试样；

[0014] (7)断裂时运行参数的确定：找出与实际断裂导线断口金相组织、断口形貌、位错密度最为接近的模拟试样，根据模拟试样的试验参数，确定实际导线发生断裂时所承受的电动力大小和温度。

[0015] 进一步，步骤(3)中，进行Gleeble拉伸实验时，每一组模拟试样按照升温-保温的程序，整个时间控制在300秒之内。

[0016] 进一步，步骤(3)中，进行Gleeble拉伸实验时，拉伸速率2.5mm/min。

[0017] 进一步，步骤(6)中，制备TEM试样包括切割、机械减薄、冲孔、机械减薄、凹坑和离子减薄步骤。

[0018] 进一步，步骤(7)中，在找出与实际断裂导线断口金相组织、断口形貌、位错密度最为接近的模拟试样的过程中，确定出与实际断裂导线断口金相组织、断口形貌、位错密度较为接近的两个模拟试样，将两个模拟试样拉伸实验对应的温度范围进一步划分小区间，重复步骤(3)、(4)、(5)和(6)的实验操作，从而确定出与实际断裂导线断口金相组织、断口形貌、位错密度最为接近的模拟试样。

[0019] 有益效果：本发明通过高温拉伸对铜导线进行拉伸试验，然后通过对断口性质、位错密度、金相组织的综合判断，确定与实际断口最为接近的断裂参数，从而得到输变电设备导线断裂的实际参数。该种判定方法不需要花费高昂的成本对实际输变电设备进行系列参数下的破坏性试验，同时能够获得与运行断裂发生瞬间最为接近的运行参数，从而为事故分析提供有效的判据。附图说明

[0020] 图1为实际断裂导线的金相组织形貌图；

[0021] 图2为实际断裂导线的断口形貌的扫描电镜图(放大倍数为500倍)；

[0022] 图3为实际断裂导线的断口形貌的扫描电镜图(放大倍数为2000倍)；

[0023] 图4为实际断裂导线的断口形貌透射电镜图(放大倍数为24000)；

[0024] 图5为实际断裂导线的断口形貌透射电镜图(放大倍数为18000)。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

[0026] 实施例1

[0027] 以发生熔断的某变压器铜导线为例，要找出其发生熔断时的运行参数，步骤如下：

[0028] (1)实际断裂导线取样：从发生故障的输变电设备中找到断为两截的两根铜导线，从断裂点开始沿铜导线长度方向各取10mm长的试样，取样时注意断口不被破坏，其中一个试样标记为A，用于金相分析；另一个试样标记为B，用于微观分析；

[0029] (2)高温模拟试样的制备：选取与断裂铜导线相同的导线，加工成拉伸试样，用于进行Gleeble拉伸试验；

[0030] (3)不同温度下的Gleeble拉伸实验：采用Gleeble3800热模拟实验机，实验温度分别设置为100℃、150℃、200℃、250℃，在每个温度下做一组3根高温模拟试样的拉伸实验，获得各个实验温度下的位移与拉伸力的关系曲线；拉断后的高温模拟试样分为两部分，一部分标记为A’,用于金相分析,另一部分标记为B’,用于微观分析；

[0031] (4)金相组织分析：选取Gleeble拉伸实验中拉断后的高温模拟试样A’部分，进行金相分析试验，并记录金相组织，同时对实际断裂导线的A部分也进行金相分析(图1为实际断裂导线的金相组织形貌图)，对比其过热组织形貌；确定与实际断裂导线金相组织大致相同的模拟试样为250℃拉断的试样；

[0032] 金相分析试验的具体操作为：将断口沿纵向切开，然后依次用200#、500#、800#、1000#和2000#干湿两用金相砂纸打磨，在显微镜下观察无大划痕时，再使用抛光机对试块抛光，抛光过程先采用粗抛光布和磨粒度较大抛光膏抛光，待抛光所得平面较光滑时，更换细抛光布和小磨粒度抛光膏(W1)抛光试样；抛光后依次用清水、酒精冲洗试样，用5％FeCl3盐酸乙醇溶液(5gFeCl3+15ml HCl+80ml CH3CH2OH)腐蚀要观察的试样表面10秒左右，经酒精冲洗干净后用吹风机吹干其表面，之后采用万能金相显微镜(Olympus-PMG3、Olympus-GX71)进行组织观察。

[0033] (5)扫描电镜分析：对不同温度下的Gleeble拉伸试验的模拟试样的断口形貌和实际断裂导线的断口形貌进行扫描电镜分析，实际断裂导线的断口形貌的扫描电镜图见图2和图3(图2的放大倍数为500倍，图3的放大倍数为2000倍)，确定与实际断裂的导线断口形貌相近的模拟试样为250℃拉断的试样；

[0034] (6)透射电镜分析：将Gleeble拉伸实验中拉断后的高温模拟试样B’部分以及的B部分制备成TEM试样，在透射电镜下进行观察，对断口处的位错密度进行分析，图4、图5为实际断裂导线的断口形貌透射电镜图(图4是扫描透射模式下放大倍数为24000的HAADF像，图5是透射模式下放大倍数为18000的明场像)，根据TEM图像判断出与实际断裂导线断口最为接近的模拟试样250℃拉断的试样；

[0035] (7)断裂时运行参数的确定：找出与实际断裂导线断口金相组织、断口形貌、位错密度最为接近的模拟试样，实验发现250℃时的模拟试样的断口形貌的扫描电镜图以及断口形貌透射电镜图与实际断裂导线的最为相似，初步判断断裂铜导线是在250℃时被拉断的，根据250℃的铜导线的拉伸位移曲线，确定断裂过程中的最大拉伸力为17.1228kgf，铜导线拉断时的位移是9.6738mm。

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