Hvad er de mulige årsager til sprækning i CT terminalblokke inden for GIS-udstyr?
Gas - isoleret spændingsafbryder (GIS), ofte kaldet “SF6 kombineret elektrisk apparat”, anvendes bredt i strømsystemer på grund af sin høje pålidelighed, lille fodaftryk, lav støj og lav tab. Den omgiver højspændningskomponenter som spændingsafbrydere, hurtige jordforbindelser, strømtransformatorer og busbarer i en jordet metalskal udfyldt med SF6 gas. Hver enhed sidder i et separat gaschamber med forskellige tryk. CT-terminalblokken deler gaschamberne, forbinder komponenterne og gør vedligeholdelse nemmere. En omdannerstation opdagede, at trykket i et 750kV GIS CT-gaschamber faldt ~0,05MPa dagligt, selv efter gasopfyldning. Derfor analyserede vi fejlen i CT-terminalblokken.
1 Oversigt og knækkeanalyse af terminalblokken
1.1 Oversigt
Terminalblokken blev taget i drift den 23-06-2017, lekkede gas den 06-11-2021 og viste knækker den 08-11-2021. Den flade side er CT-siden, den konvekse side er ikke-CT-siden, med 12 ydre trådede huller. CT-siden har tre cirkler af ligeplacerede gule kobberterminaler (1, 8, 15 per cirkel fra indeni); den ydre cirkel på ikke-CT-siden har 15 terminaler (A1-A5, B1-B5, C1-C5 mod uret), der matcher CT-siden i de midterste cirkler.
1.2 Makroskopisk undersøgelse
En knæk på ca. 30 cm blev fundet på den konvekse side, ved vendepunktet af den hævede kant, delt i to dele: en lang åben knæk (A1-B1) og en kort næsten usynlig knæk (C5-A1). Penetrationsprøve blev udført for at kontrollere for flere knækker.
1.3 Penetrationsprøve
Penetrationsprøve blev udført på begge sider af terminalblokken:
Konveks side: To knækker blev fundet, der var overensstemmende med makroskopisk undersøgelse i morfologi og længde (240mm og 60mm). Den korte knæk blev tydelig efter prøven, og ingen andre knækker blev registreret.
Flad side: To knækker af forskellig længde (ca. 20mm og 8mm) blev fundet ved den indre tætningsring. De gik ikke igennem, med en end-to-end afstand på ca. 20mm.
1.4 Frakturens overfladeundersøgelse
Et afsnit fra A4 viste penetrerende knækker på ikke-CT-siden og ikke-penetrerende knækker på CT-siden. Firkantede ledende plader og sekskantede mutter inde havde strukturelle abrupte ændringer, med penetrationsmidlet, der dryppede tilbage (mellem metalkomponenter og epoxyresin). Fine knækker (30° i forhold til terminalblokkens akse) og ulige, prikkede kontaktflader (med 45°-vinklede knækker) blev observeret.
1.5 Beregning af kraft
Med producentens 25Nm bolttorque, ved brug af T = kFd ((k = 0.15), var den enkelte bolts lodrette forhåndsbelastning 13,9kN. Simulering af maksimal forhåndsbelastning (M12 bolt, 50cm torx-nøgle) resulterede i 220Nm torque (44Nm via en 10cm-nøgle), hvilket øgede forhåndsbelastningen til 24,4kN (1,76× standard). Den 30°-vinklede, 31,78mm lange fraktur havde en 10,78mm diskontinueret forbindelse (stigning i resinets spænding). Overbelastning og stresskoncentration forårsagede knækkes dannelsen og udvikling i resin.
2 Årsager til knækker
For stor bøjningsspænding på den diskontinuerede sædestuktur (kantbolthul-terminalpost) forårsagede penetrerende knækker. Ukorrekt værktøj/overstramning førte til for stor boltprebelysning. CT-sidens gaspres
tilføjede bøjningsspænding. Dårlig metal-resinbinding (mellemrum) reducerede bærende tværsnitsareal og forårsagede stresskoncentration. Sammen bidrog disse til at knække terminalblokken og lade gas lekke.
3 Forebyggende foranstaltninger
Brug torx-nøgler ifølge producentens specifikationer for at undgå overstramning. Følg gasopfyldningsprocesser for at undgå presningsforskelle. Optimer terminalblokkens design/gjutning for at undgå stress-forårsagende mellemrum/spidse indsatte. Forstærk kvalitetskontrol for at forkaste defekte produkter.
4 Konklusion
Knækker i CT-terminalblokken i SF6 apparater skyldtes ukorrekt boltestramning (for stor forhåndsbelastning). De foreslåede foranstaltninger vejleder andre strømbrugere.
