Jakie są możliwe przyczyny pękania w blokach końcowych CT w urządzeniach GIS?
Gazowy sprzęt złączowy (GIS), często nazywany „SF6 sprzętem elektrycznym zintegrowanym”, jest szeroko stosowany w systemach energetycznych ze względu na swoją wysoką niezawodność, małą powierzchnię zabudowy, niski poziom hałasu i niewielkie straty. Zawiera urządzenia o wysokim napięciu, takie jak wyłączniki, szybkie przełączniki uziemienia, transformatory prądowe i szyny, zamknięte w obudowie metalowej, która jest wypełniona gazem SF6. Każde urządzenie znajduje się w osobnej komorze gazowej z różnymi ciśnieniami. Blok terminalów CT dzieli komory gazowe, łączy komponenty i ułatwia konserwację. Stacja przekształtnikowa stwierdziła, że ciśnienie w komorze gazowej CT o napięciu 750kV spadało o około 0,05MPa codziennie, co utrzymywało się nawet po doładowaniu gazu. Dlatego przeprowadziliśmy analizę awarii bloku terminalów CT.
1 Przegląd i analiza pęknięcia bloku terminalów
1.1 Przegląd
Blok terminalów został wprowadzony do użytku 23 czerwca 2017 roku, a przeciek gazu wystąpił 6 listopada 2021 roku, a 8 listopada 2021 roku pojawiły się pęknięcia. Strona płaska to strona CT, zaś strona wypukła to strona nie-CT, z 12 otworami nakrętkowymi. Strona CT ma trzy kręgi równoodległych żółtych miedzianych postków terminalowych (po 1, 8, 15 w każdym kręgu od środka); najbardziej zewnętrzny krąg strony nie-CT ma 15 postków (A1-A5, B1-B5, C1-C5 w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara), odpowiadających środkowym kręgom strony CT.
1.2 Makroskopowa inspekcja
Na stronie wypukłej znaleziono pęknięcie o długości około 30 cm, na obrzeżu podwyższenia, podzielone na dwie części: długie pęknięcie o szerokim otwarciu (A1-B1) i krótkie pęknięcie o małym otwarciu (C5-A1, ledwo widoczne). Następnie wykonano badanie penetracyjne, aby sprawdzić, czy istnieją inne pęknięcia.
1.3 Badanie penetracyjne
Badanie penetracyjne zostało przeprowadzone na obu stronach bloku terminalów:
Strona wypukła: Znaleziono dwa pęknięcia, zgodne z makroskopową inspekcją pod względem morfologii i długości (240 mm i 60 mm). Krótkie pęknięcie stało się widoczne po badaniu, a nie wykryto innych pęknięć.
Strona płaska: Znaleziono dwa pęknięcia o różnych długościach (około 20 mm i 8 mm) w wewnętrznym pierścieniu szczelnym. Nie były one przenikające, z odległością końców o około 20 mm.
1.4 Inspekcja powierzchni pęknięcia
Przekrój wykonany z A4 pokazał przenikające pęknięcia na stronie nie-CT i nieprzenikające pęknięcia na stronie CT. Kwadratowe przewodzące blaszki i sześcienne orzechy wewnątrz miały nagłe zmiany strukturalne, z powrotem penetracji (luki między wkładkami metalowymi a żywicą epoksydową). Zauważono drobne pęknięcia (30° do osi bloku terminalowego) i nierówną, plamistą powierzchnię kontaktową (z pęknięciami o nachyleniu 45°).
1.5 Obliczenie sił
Z momentem skręcającym śrub 25Nm podanym przez producenta, używając T = kFd ((k = 0.15), pionowe obciążenie jednej śruby wyniosło 13,9 kN. Symulacja maksymalnego obciążenia (śruba M12, klucz momentowy 50 cm) dała moment skręcający 220Nm (44Nm przy kluczu o ramieniu 10 cm), podnosząc obciążenie do 24,4 kN (1,76× standard). Pęknięcie o długości 31,78 mm i nachyleniu 30° miało 10,78 mm nieciągłą linię (zwiększenie naprężenia żywicy). Nadmiarowe obciążenie i koncentracja naprężeń spowodowały inicjowanie i rozprzestrzenianie się pęknięć w żywicy.
2 Przyczyny pęknięcia
Nadmierny naprężenie giętne na strukturze nieciągłej (otwór śruby na krawędzi - post terminalowy) spowodował przenikające pęknięcia. Nieodpowiednie narzędzia/nadmiernie zaciśnięte śruby spowodowały nadmierną siłę docisku. Ciśnienie gazu strony CT dodatkowo zwiększało naprężenie giętne. Słabe połączenie metal - żywica (luki) zmniejszało przekrój nośny i powodowało koncentrację naprężeń. Wspólnie te czynniki spowodowały pęknięcie bloku terminalowego i przeciek gazu.
3 Zapobiegawcze środki
Używaj kluczy momentowych zgodnie z specyfikacjami producenta, aby uniknąć nadmiernego zaciskania. Postępuj zgodnie z procesami napełniania gazem, aby zapobiec różnicom ciśnień. Optymalizuj projekt/wlewanie bloku terminalowego, aby uniknąć luk powodujących naprężenia/wstawek ostych. Wzmocnij kontrole jakości, aby odrzucić wadliwe produkty.
4 Podsumowanie
Pęknięcie bloku terminalów CT w aparacie SF6 było wynikiem nieodpowiedniego zaciskania śrub (nadmierny moment skręcający). Propozycje środków mogą być przewodnikiem dla innych użytkowników energii.
