Каковы возможные причины появления трещин в клеммных блоках трансформаторов тока внутри оборудования GIS?
Газоизолированное коммутационное оборудование (GIS), часто называемое “SF6 комбинированным электрическим устройством”, широко используется в энергетических системах благодаря своей высокой надежности, компактным размерам, низкому уровню шума и низким потерям. Оно заключает в себе высоковольтные устройства, такие как выключатели, быстрые заземляющие выключатели, трансформаторы тока и шины, в заземленный металлический корпус, заполненный газом SF6 . Каждое устройство находится в отдельной газовой камере с разными давлениями. Терминальная плата делит газовые камеры, соединяет компоненты и облегчает обслуживание. На конверторной станции было обнаружено, что давление в газовой камере трансформатора тока на 750 кВ падало примерно на 0,05 МПа ежедневно, даже после дозаправки газом. Таким образом, мы проанализировали неисправность терминальной платы.
1 Обзор и анализ трещин терминальной платы
1.1 Обзор
Терминальная плата была введена в эксплуатацию 23 июня 2017 года, утечка газа была обнаружена 6 ноября 2021 года, а трещины появились 8 ноября 2021 года. Плоская сторона — это сторона трансформатора тока, выпуклая сторона — не-трансформаторная, с 12 внешними резьбовыми отверстиями. Сторона трансформатора тока имеет три круга равноудаленных желтых медных терминалов (1, 8, 15 по кругу изнутри); самый внешний круг на стороне, не являющейся трансформатором, имеет 15 терминалов (A1 - A5, B1 - B5, C1 - C5 против часовой стрелки), соответствующих средним кругам стороны трансформатора тока.
1.2 Макроскопический осмотр
На выпуклой стороне была обнаружена трещина длиной около 30 см, на повороте приподнятого края, разделенная на две части: длинная трещина с широким раскрытием (A1 - B1) и короткая трещина с малым раскрытием (C5 - A1, почти незаметная). Было проведено проникающее контрольное тестирование для проверки наличия других трещин.
1.3 Проникающее контрольное тестирование
Проникающее контрольное тестирование было проведено на обеих сторонах терминальной платы:
Выпуклая сторона: были обнаружены две трещины, совпадающие по форме и длине (240 мм и 60 мм) с макроскопическим осмотром. Короткая трещина стала очевидной после тестирования, других трещин обнаружено не было.
Плоская сторона: были обнаружены две трещины разной длины (примерно 20 мм и 8 мм) во внутреннем уплотнительном кольце. Они не проникали насквозь, с расстоянием между концами около 20 мм.
1.4 Осмотр поверхности разрушения
Сечение, взятое из A4, показало проникающие трещины на стороне, не являющейся трансформатором, и непроникающие трещины на стороне трансформатора. Квадратные проводящие пластины и шестигранные гайки внутри имели структурные изменения, с обратным проникновением проникающего вещества (зазоры между металлическими вставками и эпоксидной смолой). Были видны мелкие трещины (30° к оси терминальной платы) и неравномерные, пятнистые контактные поверхности (с трещинами под углом 45°).
1.5 Расчет усилий
С учетом момента затяжки болтов производителя 25 Нм, используя формулу T = kFd ((k = 0.15), вертикальная предварительная нагрузка на один болт составила 13,9 кН. Моделирование максимальной предварительной нагрузки (болт M12, ключ для моментов 50 см) дало момент 220 Нм (44 Нм с помощью ключа 10 см), увеличивая предварительную нагрузку до 24,4 кН (1,76× стандарт). Трещина под углом 30° длиной 31,78 мм имела непрерывный шов длиной 10,78 мм (увеличение напряжения в смоле). Избыточная предварительная нагрузка и концентрация напряжений вызвали инициирование и распространение трещин в смоле.
2 Причины образования трещин
Избыточное изгибающее напряжение на разрывной структуры (отверстие для болта на краю - терминал) вызвало проникающие трещины. Неправильные инструменты или чрезмерное затягивание привели к избыточной предварительной нагрузке на болты. Давление газа на стороне трансформатора добавило к изгибающему напряжению. Низкое качество соединения металла и смолы (зазоры) снизило площадь поперечного сечения, подверженного нагрузке, и вызвало концентрацию напряжений. В результате этого терминальная плата треснула, что привело к утечке газа.
3 Предупредительные меры
Используйте ключи для момента в соответствии с рекомендациями производителя, чтобы избежать чрезмерного затягивания. Следуйте процессам заполнения газом, чтобы предотвратить разницу давлений. Оптимизируйте дизайн и литье терминальной платы, чтобы избежать зазоров и острых вставок, вызывающих напряжения. Усиливайте контроль качества, чтобы отклонять дефектные продукты.
4 Заключение
Разрушение терминальной платы трансформатора тока в SF6 устройстве произошло из-за неправильного затягивания болтов (избыточная предварительная нагрузка). Предложенные меры помогут другим пользователям электроэнергии.
