تحليل فشل مثبطات الصدمة وطرق الوقاية منها: الأسباب الرئيسية لعيوب مثبطات الصدمة في التوزيع بجهد 10 كيلو فولت

1. المقدمة

خلال تشغيل نظام الطاقة، تتعرض المعدات الرئيسية للتهديدات من الجفاف الداخلي والفرط في الجهد الجوي. تعتبر مثبطات الجهد الزائد، خاصة مثبطات الجهد الزائد ذات الأكسيد المعدني (MOAs) مع خصائص الجهد-الأمبير غير الخطية الممتازة، أساسية للحماية بسبب أدائها الجيد وسعتها الكبيرة لحمل التيار ومقاومتها القوية للتلوث. ومع ذلك، فإن التعرض الطويل للأجهزة لجهود التردد الصناعي، بالإضافة إلى جودة المكونات وأساليب التصنيع والبيئات الخارجية، يجعل MOAs عرضة للتسخين غير الطبيعي أو الانفجارات، مما يتطلب تحديدًا علميًا وتقييمًا ووقاية.

يتناول هذا البحث حالات الفشل الواسعة النطاق لمثبطات الجهد الزائد للشبكة التوزيعية 10 كيلوفولت في منطقة معينة. تظهر التحليلات أن الانفجارات تتركز على نموذج من إنتاج أحد الشركات المصنعة. تم فك وفحص ثلاثة أجهزة من المراحل المعيبة واثنين من المراحل العادية لهذا النموذج لتحديد الأسباب والتدابير الوقائية.

2. نظرة عامة على العطل

تم توزيع مثبطات الجهد الزائد المعيبة على خطوط توزيع 10 كيلوفولت لمحطة توزيع 35 كيلوفولت. تكون حالات الفشل متكررة في موسم الرعد، ولا يمكن للمحطة ربط سجلاتها الغير طبيعية/عطل بـ مثبطات الجهد الزائد للمراحل المعيبة. لا تتوفر للمثبطات الخمس التي تم أخذ عينات منها معلومات دقيقة عن الحماية والتسجيلات العطل. تظهر أنظمة تحديد موقع البرق أنه في عام 2020، كان هناك 516 ضربة برق داخل دائرة نصف قطرها 10 كيلومترات مركزها هذه المحطة.

بعد التركيب في الموقع، تم إجراء اختبارات تسليم (بما في ذلك اختبار مقاومة العزل واختبار الجهد المستمر المرجعي 1 ميلي أمبير واختبار التيار الساطع عند 0.75 مرة من الجهد المستمر المرجعي 1 ميلي أمبير)، كلها بأداء مؤهل.

3. تحليل أسباب الفشل

تم فك ثلاثة مثبطات جهد زائد للمراحل المعيبة (رقم 1، رقم 2، رقم 3)؛ وتم اختبار وفك اثنين من المثبطات الجهد الزائد للمراحل العادية (رقم 4، رقم 5) للمقارنة، لتحديد أسباب الفشل الواسعة النطاق.

3.1 المعلومات غير الكاملة على اللوحة

من بين ثلاثة مثبطات جهد زائد للمراحل المعيبة واثنين من المراحل العادية: 4 لديها تواريخ تصنيع ولكن بدون أرقام سلسلة؛ 1 لديها رقم سلسلة ولكن بدون تاريخ؛ والمعلومات الأخرى نسبيًا كاملة.

تعتبر اللوحات مهمة للفنيين للحصول على معلومات أساسية حول المعدات. غياب تواريخ التصنيع والأرقام المسلسلة يعرقل حساب العمر الخدمة وإعادة تتبع الجودة، مما يعيق إدارة العيوب المركزية.

3.2 جميع المقاومات المتغيرة هي قطع صغيرة

كشف فك مثبط الجهد الزائد رقم 1 المعيب: 6 مقاومات متغيرة بين كهربائيين، مع علامات حرق وبودرة بيضاء على بعض السطوح؛ باستثناء السطوح العليا والسفلية التي كانت نسبيًا مستوية، كانت المقاومات المتغيرة غير منتظمة الشكل، وليس لها حجم أو ترتيب موحد. سمكها يتراوح بين 18 ملم و20 ملم و23 ملم و25 ملم. ثلاثة من المقاومات المتغيرة لديها أقواس خارجية منتظمة (ربما من الدوائر الخارجية للمقاومات المتغيرة القرصية/الحلقة). توجد مشاكل مماثلة في المثبطات الأخرى للمراحل المعيبة.

تم فك مثبط الجهد الزائد رقم 5 السليم (بدون تلف أثناء العملية، النتائج في الشكل 4). الداخل: 5 قطع من المقاومات المتغيرة + 3 أغشية معدنية. كانت المقاومات المتغيرة لها سطوح عليا وسفلى مستوية، بينما كانت القطع الأخرى غير منتظمة الشكل، مماثلة للأخرى: 3 قطع بسمك حوالي 22 ملم، وواحدة بـ 20 ملم، وواحدة بـ 17 ملم. 3 قطع تظهر أقواس خارجية منتظمة (من الدوائر الخارجية للمقاومات المتغيرة القرصية/الحلقة)؛ 2 تظهر أقواس داخلية منتظمة (من الدوائر الداخلية للمقاومات المتغيرة الحلقة).

المقاومات المتغيرة لمثبطات الجهد الزائد المعدنية القياسية تكون أقراصًا منتظمة أو حلقات أو أسطوانات. أبعادها مرتبطة بشكل صارم بنسب الجهد (الباقي/المرجعي)، والتدرج الكهربائي، وسعة الحمل، والمواد الخام، وأساليب الإشعال. قبل تجميع النواة، تخضع كل مقاومة متغيرة لاختبارات كاملة (تردد الصناعة، الجهد المستمر، التيار العالي النبضي، الموجة المربعة، إلخ). يتم تجميع فقط القطع التي تمر.

يكشف الفك أن هذه المثبطات تستخدم مقاومات متغيرة غير تقليدية: أعداد مختلفة من المقاومات المتغيرة والأغشية المعدنية عبر الوحدات لنفس النموذج؛ أشكال غير منتظمة، أسمك مختلفة، وأقواس خارجية غير موحدة. وبالتالي، يتم تجميع النواة من قطع من المقاومات المتغيرة التقليدية (مواصفات/معلمات كهربائية مختلفة)، وليس المعايير 10 كيلوفولت. تؤكد المقارنة بين المراحل المعيبة والعادية أن هذا هو عيب مصنع، وليس نتيجة العطل.

هذه المقاومات المتغيرة لها أداء كهربائي أقل. تقلل مساحات الاتصال غير المتساوية من مقاومة الجهد الزائد، وسعة الحمل والاستقرار - مما يؤدي بسهولة إلى الانهيار خلال فواصل الخط.

3.3 ختم سترة مركبة ضعيف

فك مثبط الجهد الزائد رقم 3 المعيب: نهاية واحدة من سترة المركبة محكمة الختم مع الكهربائي (الشكل 5)؛ بينما النهاية الأخرى تفتقر إلى الختم بالصب. يوجد فقط القليل من المادة المانعة للتسرب يملأ الفجوة بين الكهربائي والحامي القوس (غير فعال للحماية، مما يسبب الفجوات والصدأ الشديد للكهربائي (الشكل 6)).

ينشأ هذا الختم السيء من الصب غير الكافي في الإنتاج، وليس من الأعطال.

لا يوجد ختم بالصب على جانب واحد من أسطوانة العازل القوسي، ويظهر الصدأ الشديد على السطح المسماري لكتلة الكهربائي. هذا يشير إلى أن الرطوبة يمكن أن تنفذ إلى أسطوانة العازل القوسي عبر فجوات المسامير حتى مع وجود المادة المانعة للتسرب. أثناء التشغيل، يزيد التسرب الذي يعلق على سطح تجميع النواة من التيار الساطع والمركبات المقاومة، مما يسبب الحرارة الشديدة. يؤدي التشغيل طويل الأمد إلى زيادة درجة الحرارة داخل أسطوانة العازل القوسي، مما قد يؤدي إلى ذوبان وانفجار جدار الأسطوانة تدريجيًا، مما يؤدي إلى تدهور جودة تشغيل مثبط الجهد الزائد.

عند فحص مثبط الجهد الزائد رقم 4، تم العثور على سمك غير متساوٍ لستر المركبة في نهاية أحد الكهربائيين. قاس الميكروميتر الجزء الأكثر سمكًا بـ 4.985 ملم والأقل سمكًا بـ 0.275 ملم فقط، كما هو موضح في الشكل 7. كما يظهر الشكل أيضًا أن ثقب العمود الكهربائي الأوسط للستر ليس دائرة قياسية، مما يشير إلى الختم السيء هنا.

سترة المركبة مصنوعة بشكل أساسي من مطاط السيليكون. ناتج عن سيطرة عملية سيئة وانحراف أثناء مرحلة التصلب في الإنتاج. بالنسبة لمثبطات الجهد الزائد التقليدية 10 كيلوفولت، يكون لستر المركبة سمك موحد يتراوح بين 3-5 ملم. المطاط السيليكوني الرقيق جدًا يظهر مقاومة ضعيفة للتقدم في السن ويكون عرضة للتشقق. لا يسمح فقط باختراق الرطوبة والتعلق بسطح أسطوانة العازل، مما يسبب أعطال الرطوبة، ولكنه قد يضر أيضًا بالأداء العازل الخارجي للمعدات، مما يجعله عاملاً رئيسيًا يحد من جودة المنتج.

3.4 مؤهل في الاختبارات التقليدية، غير مؤهل في الاختبارات الخاصة

تم إجراء اختبارات ذات صلة بالجهد المستمر على مثبط الجهد الزائد رقم 5 العادي، مع النتائج الموضحة في الجدول 1.

لتأكيد قدرته على تحمل التيار العالي، تم إجراء اختبار التيار العالي النبضي على مثبط الجهد الزائد رقم 4 العادي. حتى عندما كان التيار النبضي للاختبار بعيدًا كثيرًا عن القيمة المحددة بموجب المعايير، ما زال المثبط يواجه انهيارًا وتحطمًا، مما أدى إلى فشل الاختبار. البيانات التفصيلية موضحة في الجدول 2.

4. التوصيات

عند تقديم العطاءات واستلام مثبطات الجهد الزائد (خاصة للشبكات التوزيعية)، يجب تحديد شهادات الموردين والمواصفات الفنية بوضوح. اختر الموردين الذين لديهم عمليات ناضجة وأداء جيد؛ تجنب العطاءات ذات التكلفة المنخفضة للغاية.

خلال قبول مثبطات الجهد الزائد الموزعة، يجب على الوحدات الإنشائية والتشغيلية اتباع المعايير مثل "خمسة مراحل". قم بإجراء فحص تفصيلي، واحتفظ بتقارير الاختبارات المصنعية لضمان معدلات التأهيل.

استخدم منصات الاختبار في مراكز فحص المواد الإقليمية. قم بإجراء اختبارات عينة (تيار متردد/مستمر، تيار عالي النبض، الختم) لمثبطات الجهد الزائد 10 كيلوفولت لمنع المنتجات غير المؤهلة من الاتصال بالشبكة.

بعد التركيب، قبل التشغيل، اتبع بصرامة GB 50150-2016 لإجراء الاختبارات على الموقع. أصدر تقارير قياسية، وأرشفها حسب الطلب. ضمان إدارة البيانات الكاملة للعملية (إنتاج → النقل → القبول → اختبار التسليم → التشغيل). بعد التشغيل، تعزيز الدوريات/السجلات. في فصل الأمطار، استخدم التصوير بالأشعة تحت الحمراء. للتسخين غير الطبيعي، قم بإيقاف التشغيل واستبداله بسرعة لمنع توسعة العطل.