Analiza i prevencija grešaka u varistoru: Ključne uzroke neispravnosti varistora za raspodjelu na 10 kV

1. Uvod

Tijekom rada električnog sustava, glavna oprema suočava se s prijetnjama unutarnjih i atmosferskih prenapona. Protunaponske spojnike, posebno metalne oksidne varistore (MOA) s izvrsnim nelinearnim volt-amperskim karakteristikama, ključni su za zaštitu zbog njihove dobre performanse, velike kapaciteta za nosenje struje i čvrste otpornosti na zagađenje. Međutim, dugotrajno izlaganje naponu mreže, uz kvalitetu komponenti, proizvodne procese i vanjske okolnosti, čini MOA-e sklonima anormalnom zagrijavanju ili eksplozijama, što zahtijeva znanstveno prepoznavanje, sud i prevenciju.

Ovaj rad obrađuje masovne propade 10 kV distribucijskih MOA-ova u jednoj regiji. Analiza pokazuje da se eksplozivni protunaponski spojnici koncentriraju na model jednog proizvođača. Razbijeni su i testirani tri greška-faze i dva normalna-faza MOA-a ovog modela kako bi se utvrdili uzroci i protumjere.

2. Pregled grešaka

Greška protunaponski spojnici su raspoređeni na 10 kV distribucijskim linijama 35 kV podstanice. Propadi su česti u sezoni grmljavina, a nepravilnosti/zapisnik o greškama podstanice ne mogu se uskladiti s greška-faznim spojnicima. Uzorak od pet spojnika nedostaje točan zapis o akciji zaštite i informacije o zapisivanju grešaka. Sustavi lokacije munja pokazuju da je 2020. godine bilo 516 udara munje unutar polumjera od 10 km oko ove podstanice.

Nakon montaže na terenu, provedeni su testovi prenosa (uključujući testiranje otpora izolacije, testiranje 1 mA DC referentnog napona i testiranje strujanja na 0,75 puta 1 mA DC referentnog napona), svi s kvalitetnim rezultatima.

3. Analiza uzroka propada

Razbijeni su tri greška-fazna spojnica (Br.1, Br.2, Br.3); dva normalna-fazna spojnica (Br.4, Br.5) su testirana i razbijena za usporedbu, kako bi se utvrdili uzroci masovnih propada.

3.1 Nepotpune informacije na oznaci

Među tri greška-fazna i dva normalna-fazna spojnica: 4 imaju datum proizvodnje, ali nemaju serijski broj; 1 ima serijski broj, ali nema datum; ostale informacije su relativno potpune.

Oznake su ključne za osoblje za upravljanje i održavanje kako bi dobivalo temeljne informacije o opremi. Nedostatak datuma proizvodnje/serijskog broja sprečava izračunavanje vijeka trajanja i praćenje kvalitete, te onemogućuje centralizirano upravljanje defektima.

3.2 Varistori su svi fragmenti

Razbijanje prvog greška spojnica otkriva: 6 varistora između dvaju elektroda, s tragovima gorenja i bijelim prahom na nekim površinama; osim relativno ravne gornje/donje površine, varistori su neravnomjerne forme, bez uniformne veličine ili rasporeda. Debljine uključuju 18 mm, 20 mm, 23 mm i 25 mm. Tri varistora imaju redovite spoljne lukove (pretpostavljeno da dolaze od spoljnih krugova kompletnih diskovitih/prstenastih varistora). Slični problemi postoje i u drugim dvama greška-faznim spojnicama.

Peti ispravan protunaponski spojnica (Br. 5) je razbijen (bez oštećenja tijekom procesa, rezultati na Sliku 4). Unutra: 5 komada varistora + 3 metala štapića. Varistori imaju ravnu gornju/donju površinu, inače su neravnomjerne fragmenti, slični ostalima: 3 komada ~22mm deblji, 1 20mm, 1 17mm. 3 komada pokazuju redovite spoljne luke (od spoljnih krugova kompletnih diska/prstena varistora); 2 pokazuju redovite unutarnje luke (od unutarnjih krugova kompletnih prstena varistora).

Varistori standardnih metal-oksidi protunaponskih spojnica su redoviti diski, prsteni ili valjkovi. Njihove dimenzije strogo su vezane za omjer napona (preostali/referentni napon), potencijalni gradient, kapacitet nosenja struje, sirovine i procese paljenja. Prije montaže jezgra, svaki varistor podvrgnut je potpunim testovima (strujni, DC, visok-strujni impulsi, kvadratni talasi itd.). Samo prošli komadi su montirani.

Razbijanje pokazuje da ovi spojnici koriste nekonvencionalne varistore: nekonzistentan broj varistora/metalnih štapika na istim modelima; neravnomjerne forme, različite debljine i neuniformne spoljne luke. Stoga, jezgra su popravljena fragmentima konvencionalnih varistora (različite specifikacije/električke parametre), a ne standardne 10 kV. Usporedba greška i normalnih faza potvrđuje da je ovo fabrični defekt, a ne greška uzrokovana propadom.

Takvi varistori imaju lošu električnu performansu. Neuniformne površine kontakta pogoršavaju otpornost na prenapone, kapacitet nosenja struje i stabilnost - lako uzrokuju propade tijekom impulsa struje u liniji.

3.3 Loše zatvaranje kompozitne ogrtačnice

Razbijanje treće greška spojnica: jedan kraj kompozitne ogrtačnice dobro je zatvoren s elektrodom (Slika 5); drugi kraj nema lisano zatvaranje. Samo malo zatvarača ispuni prazninu između elektrode i štita od luka - neefikasno za zaštitu, uzrokuje praznine i ozbiljnu koroziju elektrode (Slika 6).

Ovo loše zatvaranje potječe od nedostatka lisanja tijekom proizvodnje, a ne od propada.

Kompozitna ogrtačnica nema lisano zatvaranje na jednom kraju cilindra odvojivača luka, a nitiasta površina bloka elektrode je ozbiljno korozirana. To pokazuje da čak i s zatvaračem, vlaga može proći kroz praznine niti i doći do cilindra odvojivača luka. Tijekom rada, vlaga koja lepi na površinu montaže jezgra varistora povećava strujanje i otporni dio, uzrokujući ozbiljno zagrijavanje. Dugotrajno rukovanje dovodi do porasta temperature unutar cilindra odvojivača luka, što može topiti i eksplodirati zid cilindra, postupno smanjujući kvalitetu rada protunaponskog spojnica.

Pri pregledu petog protunaponskog spojnica, otkrivena je neuniformna debljina kompozitne ogrtačnice na jednom kraju elektrode. Mikrometar je mjerio najdeblji dio na 4,985 mm, a najtanji samo 0,275 mm, kao što je prikazano na Slici 7. Slika također pokazuje da otvor centar elektrode ogrtačnice nije standardni krug, što upućuje na loše zatvaranje tu.

Kompozitna ogrtačnica uglavnom je izrađena od silikonske gumije. Njena neuniformna debljina potječe od loše kontrole procesa i ekscentriciteta tijekom stadija vulkanizacije proizvodnje. Za konvencionalne 10 kV protunaponske spojnike, kompozitna ogrtačnica ima uniformnu debljinu od 3-5 mm. Pretanka silikonska guma ima lošu otpornost na starenje i lako se pucava. Ne samo da dopušta prolazak vlažnosti i lepljenje na površini izolacijskog cilindra, uzrokujući greške uzrokovane vlažnošću, već može i ometa vanjsku izolacijsku performansu opreme, postajući ključni faktor koji ograničava kvalitetu proizvoda.

3.4 Ispravni u konvencionalnim testovima, neispravni u posebnim testovima

Testovi povezani s DC naponom su provedeni na normalnom protunaponskom spojniku (Br. 5), s rezultatima prikazanim u Tablici 1.

Da bi se provjerila njegova sposobnost za nosenje visokih struja, proveden je test visok-strujnog impulsa na normalnom protunaponskom spojniku (Br. 4). Čak i kada je testni impulzni struj bio daleko ispod vrijednosti definirane standardom, spojnica je i dalje doživjela propad i razbijanje, što je rezultiralo neuspješnim testom. Detaljne podatke prikazuje Tablica 2.

4. Preporuke

Kada se licitira i nabavljuju protunaponski spojnici (posebno za distribucijske mreže), jasno definirati kvalifikacije dobavljača i tehničke specifikacije. Odaberite dobavljače s zrelim procesima i dobrim performansama; izbjegavajte predloge s prekomjerno niskim troškovima.

Tijekom prihvatanja dostavljenih distribucijskih mrežnih spojnica, konstrukcijska i operativna jedinica mora pratiti standarde poput "Pet prihvaćenja". Provedite provjere po stavcima, zadržite izvještaje o fabričnim testovima kako bi se osigurala stopa ispravnosti.

Koristite testne platforme provincialnih centara za materijale. Izvršite uzorkovne testove (AC/DC, visok-strujni impulsi, zatvaranje) za 10 kV spojnike kako bi se blokirali neispravni proizvodi od priključivanja na mrežu.

Nakon montaže, prije uključivanja, strogo slijedite GB 50150—2016 za terenske testove. Objavite standardizirane izvještaje, arhivirajte prema zahtjevima. Osigurajte upravljanje podacima tijekom cijelog procesa (proizvodnja → transport → prihvaćanje → prenos testova → uključivanje). Nakon uključivanja, jačajte patroliranje i zapisivanje. U kišnim sezonama koristite infracrveno slikanje. Za anormalno zagrijavanje, isključite i zamijenite ubrzo kako bi se spriječilo širenje grešaka.