DOI: 10.1361/154770206X117469 變壓器支架故障分析

導言

據報告，6個變壓器托架在使用期間失效。托架失效導致一組三臺桿裝變壓器掉落地面。 圖1顯示了一個典型的安裝三個桿式變壓器，由兩排三個支架支撐到連接到桿上的框架上。

據報告，托架由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹脂組成。 假定托架與變壓器的最初安裝有關。因此，故障被確定是在服務超過30年后發生的。

結果與討論

支架的視覺評價包括用光學和掃描電子顯微鏡進行宏觀和微觀檢查。通過傅立葉TRA對材料進行了分析評價紅外光譜(FTIR)和熱重分析(TGA)。

提供了六個斷裂支架的殘留物。支架的外表面顯示出相似的特征，如圖2和3所示，包括見證標記、變色、機械變形、炭化和二次開裂以及裂紋網絡。變壓器故障時，電弧放電可能會導致炭化。對托槽斷口的檢查顯示了相似的特征和斷口形態，如圖4所示，并選擇一個代表性的支架進一步評估。

支架用光學體視鏡對斷口進行了切片檢查。圖5所示的斷裂表面顯示了變壓器側的多個裂紋源和相對平滑的形態。在支架壁厚的頂部和底部有明顯的制動痕跡。對鄰近斷裂的外表面的檢查顯示了強烈的裂紋形成程度(圖6)。

用掃描電子顯微鏡對斷口進行了進一步的檢查，該掃描電子顯微鏡允許在高倍鏡和大場深度下進行評價。檢查前，骨折面部被清洗，隨后金濺射涂層?；仡櫫酥Ъ茏儔浩鱾戎味鄠€起源的斷口。這些起源通過循環機制擴展并產生在圖7中觀察到的條紋。大約幾毫米進入支架的斷口，斷口形貌發生了變化。后面的表面表現出光滑的形態，沒有微積的證據。光滑的形貌是脆性斷裂的典型特征；然而，它也可能是兩個斷裂表面運動的結果彼此對抗。

在衰減全反射(ATR)模式下，用微FTIR對支架進行了分析。 對支架的芯材和表面材料進行了比較分析，得到了如圖8所示的光譜。兩者都是光譜表明吸收帶與ABS樹脂一致。然而，支架表面材料表現出與有機酸功能一致的額外吸收，如富馬酸acid。已知有機酸的功能是在聚合物材料的降解和分解時形成的。FTIR分析表明，相對于核心材料，支架的外部表面處于退化狀態。

使用熱重分析儀對堆芯材料進行分析，在動態加熱時，初始重量損失為97.8%，中心溫度約為442℃氮氣吹掃。這種減肥事件與ABS樹脂的分解有關。在轉化為空氣凈化，樣品繼續失去1.2%，因為燃燒的碳質焦炭，已形成愛德。不燃殘留量為1.0%，典型的未填充樹脂。對表面材料的分析結果表明，在動態硝基中加熱時，失重率為7.8通過250℃進行gen清洗。這種失重與揮發物的進化有關，如吸收的水和其他低分子量的化合物。樣本繼續體驗初級八個損失80.7%，中心在419℃，并與聚合物的分解有關。由于焦炭和不燃殘渣含量的燃燒，樣品的失重率為10.2占1.3%。托架的核心和表面材料上得到的熱圖的比較(圖9)進一步說明了材料在零件表面的退化狀態。

結論

分析結果表明，在失效變壓器支架上觀察到的斷裂特征通過動態疲勞等漸進破壞機制表明裂紋擴展。動態疲勞一般是通過施加應力來發生的，在循環條件下，應力在材料的屈服點以下長時間。在這種情況下，這種情況可能包括來自變壓器運行或風的振動。一旦裂紋通過零件厚度的一個相當大的截面，變壓器的重量就足以過失托架并導致故障。由于每一對支架，每臺變壓器，表現出相似的特征和斷口形貌，很可能開裂在相對同時以大致相同的速度前進。因此，這三對括號在同一時期內即將失效。

裂縫起源于外部支架側面的表面暴露在變壓器中，通常在多個地點。紅外光譜和熱重分析表明支架的表面材料處于高度降解狀態。隨著這種退化進一步發展到零件壁，裂紋開始形成，作為疲勞的開始點。支架表面材料的退化可能是由風化作用造成的以及熱和紫外光長期暴露。

 

圖1.一種典型的安裝三極安裝變壓器

 

圖2.具有代表性的斷裂支架的頂部部分

 

圖3. 圖2中所示的斷裂支架的底部部分

 

圖4. 支架斷口如圖2所示。

 

圖5. 圖中斷口（金涂層）的顯微照片，顯示多個裂紋起源，光滑的形貌和阻滯痕跡

 

圖6. 與斷裂相鄰的外部支架表面的顯微照片顯示出很強的裂紋形成程度。

 

圖7.斷口的電子圖像證實了支架變壓器側的多個起源。

 

圖8. 支架芯材與表面材料的傅里葉變換紅外光譜(FTIR)光譜比較

 

圖9.在支架的核心和表面材料上獲得的熱重分析(TGA)熱圖的比較疊加

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