Anàlisi d'errors del interruptor de circuit de vacuï de 35kV a l'exterior amb suport de porcellana
El ZW7 - 40.5 interruptor de circuito al aire libre utilitza el buit com a mitjà d'extinció d'arc. L'extrem mòbil de la cambra d'extinció d'arc està connectat a l'eix de sortida del mecanisme d'operació a través d'un braç de cames i una barra d'enllaç aïllant. La estructura general de l'interruptor de circuit és del tipus pilar de carena de porcellana.
La carena superior de porcellana serveix com a carena de porcellana de la cambra d'extinció d'arc, i la inferior actua com a carena de suport de porcellana. Les tres caresnes de porcellana són instal·lades en un marc, i els transformadors de corrent trifàsics són muntats dins les caresnes de suport inferior i connectats al circuit principal de l'interruptor de circuit (com es mostra a la Figura 1). Tanto la carena superior como la inferior están rellenas de grasa de silicona aislante al vacío con excelentes propiedades aislantes.
Les caresnes de porcellana dels interruptors de circuit d'alta tensió solen estar fabricades amb ceràmiques d'àlumina d'alta resistència, que tenen una bona estabilitat química, excel·lents prestacions aïllants i alta resistència mecànica. El rendiment de les caresnes ceràmiques està directament relacionat amb la vida útil de tot l'equipament. Les causes comunes de fallida dels interruptors de circuit exteriors inclouen la fractura de la flanxa, la deformació i la fractura de la carena de porcellana, l'expansió del cement, l'envejeciment, l'oxidació, etc. En una certa línia de transmissió de 110kV, s'han produït set fallides d'interruptors de circuit, on les fallides per fractura de la carena de porcellana representen el 41%.
Situació de la fallida
En una subestació de 110kV, la màniga de porcellana de la fase A d'un interruptor de circuit de 35kV va petar. Una part de la màniga de porcellana entre la tercera pluja i la flanxa inferior va caure i volar, i la grasa aïllant de silicona interna va filtrar, forçant l'apagada de l'equipament. La inspecció in situ de l'interruptor de circuit defectuós revela que la causa directa de la fallida és que el conductor d'alta tensió dins de la mànuca de suport de porcellana de l'interruptor de circuit va reaccionar amb la màniga de porcellana, i l'arc de gran temperatura generat per la descàrrega va causar que la màniga de porcellana petés i la grasa aïllant de silicona interna fluís.
Anàlisi de mostres
Inspecció macroscòpica
Es van obtenir dues mostres típiques mitjançant l'amostreig de la carena de porcellana de la pluja, i els resultats de l'inspecció són els següents:
La Figura 2 mostra la morfologia macroscòpica de la mostra 1 presa in situ. Hi ha traces d'arc de gran àrea a l'interior de la màniga de porcellana de la mostra. Al llarg d'una secció d'aproximadament 50.89mm, la superfície de trencament de la màniga de porcellana és majoritàriament grisà, i hi ha depòsits de fum en algunes zones. La morfologia de la secció és significativament diferent de les altres parts. Les tres parts de la mostra 1 van ser inspeccionades separatament, com es mostra a la Figura 2b, 2c i 2d.
Com es pot veure a la Figura 2b, la glaçura a l'interior de la mostra ha estat cremada i fonduida, formant nombroses ombres de diversos tamaños. Hi ha una superfície suau a l'extrem de la cara, que és diferent de la marca de fusió de la glaçura, indicant la absència de glaçura o material irregular. A la Figura 2c, la zona vermella a l'arrel de la pluja té una superfície suau, textura dura, nombrosos forats petits a la superfície, amb el darrere i el fons gris blanc.
El material vermell està distribuït irregularment, la superfície és irregular, hi ha una protuberància local, i l'extrem té una frontera negra clara amb el cos de porcellana, suggerint que el material en aquesta àrea és anormal. La Figura 2d és una imatge ampliada localment de la zona normal de la secció de la pluja. Es pot veure a la figura que hi ha molts forats petits a la superfície de la mostra, i el forat més gran té un diàmetre d'aproximadament 0.1mm.
La Figura 3 il·lustra l'aspecte macroscòpic de la mostra 2#. A l'interior de la mostra, hi ha signes de cremat d'arc local i una àrea sense glaçura, com es indica en les parts 1 i 2 de la Figura 3a. Notablement, la glaçura a la zona cremada per arc presenta nombrosos pores, resultat de la fusió de la glaçura després de ser sotmesa a cremat de gran temperatura. A la zona 2 de l'interior, hi ha una depressió superficial d'aproximadament 17.92 mm de llarg i 2 mm de profunditat. El color d'aquesta àrea coincideix amb el del cos de porcellana, gris blanc, el que suggereix que la superfície no té glaçura, representant un defecte original de processos.
La Figura 3b mostra la morfologia macroscòpica lateral de la mostra 2#. Es pot veure clarament que una secció lateral de la mostra té una superfície rodona i suau, en contrast amb la superfície de trencament normal rugosa. Això indica que el cos de porcellana en aquesta part és discontinu, un altre defecte original de processos.
A partir dels resultats de l'inspecció macroscòpica de les mostres, es pot concloure que la carena de porcellana defectuosa presenta diversos defectes originals de processos, incloent-hi material irregular, un cos de porcellana discontinu, una superfície sense glaçura i un gran nombre de forats petits.
Anàlisi de microscopia electrònica de barreja (SEM) de la morfologia microscòpica
S'ha realitzat una anàlisi SEM en mostres de la secció normal, la zona vermella, la regió de superfície suau i la superfície interna de descàrrega de la carena de porcellana. Les imatges microscòpiques d'escaneig de les mostres es presenten a la Figura 4.
Com es mostra a la Figura 4a, la mostra de la secció normal de la carena de porcellana presenta una superfície rugosa amb textures de trencament direccional. Un nombre significatiu de pores estan distribuïts uniformement, suggerint que la porcellana de la carena és porosa i té una densitat relativament baixa.
La Figura 4b revela que la mostra de la zona vermella també presenta nombrosos pores. En comparació amb la mostra de la secció normal, aquests pores són més grans, menys densament empaquetats i la densitat de la porcellana és relativament més alta. Això indica una sinterització no uniforme del material de porcellana dins de la carena.
De la Figura 4c, es pot observar que la mostra de superfície suau també conté un gran nombre de pores, juntament amb nombroses ombres irregulars disperses a la seva superfície. Malgrat això, la superfície general apareix relativament suau i plana, suggerint que les característiques anormals d'aquesta secció ja existien abans de la fractura.
La Figura 4d mostra que la glaçura a la superfície de descàrrega cautiritzada és suau però puntejada amb nombroses bombolles i ombres. Aquestes característiques es atribueixen a la liberació de gasos durant el procés de fusió de la glaçura, desencadenat per les altes temperatures generades durant l'esdeveniment de descàrrega.
Anàlisi de microscopia electrònica de barreja (SEM) de la morfologia microscòpica
S'ha realitzat una anàlisi SEM en mostres de la secció normal, la zona vermella, la regió de superfície suau i la superfície interna de descàrrega de la carena de porcellana. Les imatges microscòpiques d'escaneig de les mostres es presenten a la Figura 4.
Com es mostra a la Figura 4a, la mostra de la secció normal de la carena de porcellana presenta una superfície rugosa amb textures de trencament direccional. Un nombre significatiu de pores estan distribuïts uniformement, suggerint que la porcellana de la carena és porosa i té una densitat relativament baixa.
La Figura 4b revela que la mostra de la zona vermella també presenta nombrosos pores. En comparació amb la mostra de la secció normal, aquests pores són més grans, menys densament empaquetats i la densitat de la porcellana és relativament més alta. Això indica una sinterització no uniforme del material de porcellana dins de la carena.
De la Figura 4c, es pot observar que la mostra de superfície suau també conté un gran nombre de pores, juntament amb nombroses ombres irregulars disperses a la seva superfície. Malgrat això, la superfície general apareix relativament suau i plana, suggerint que les característiques anormals d'aquesta secció ja existien abans de la fractura.
La Figura 4d mostra que la glaçura a la superfície de descàrrega cautiritzada és suau però puntejada amb nombroses bombolles i ombres. Aquestes característiques es atribueixen a la liberació de gasos durant el procés de fusió de la glaçura, desencadenat per les altes temperatures generades durant l'esdeveniment de descàrrega.
A través de l'anàlisi de micromorfologia SEM, es pot concloure que la màniga de porcellana té defectes inerents com una estructura de porcellana frouxa, densitat baixa i seccions transversals anòmals.
Anàlisi d'espectre d'energia
Com s'ha descrit anteriorment, s'ha realitzat una anàlisi d'espectre d'energia sobre els elements de superfície i la seva distribució en quatre llocs diferents de la mostra. La Figura 5 il·lustra un exemple detallat del diagrama de distribució d'elements de superfície. Els elements a la superfície de les mostres de la secció normal, la superfície suau i la part de descàrrega de la màniga de porcellana estan compostos principalment per oxigen (O), silici (Si) i aluminis (Al).
En general, la distribució d'elements a la superfície d'aquestes mostres és relativament uniforme. No obstant això, la distribució d'elements a la superfície de la mostra de la zona vermella és irregular. A la regió inferior-dreta d'aquesta mostra, els continguts d'oxigen (O), aluminis (Al) i potassi (K) augmenten significativament, mentre que la distribució d'elements de silici (Si) roman relativament consistent. Això indica que durant el procés de sinterització d'aquesta regió, la distribució d'elements O, Al i K no era homogènia.
Mentre es feia una comparació dels continguts d'elements principals de les quatre mostres, i els resultats es presenten a la Taula 1. El contingut d'element d'oxigen (O) a la superfície de la mostra de la secció normal és notablement més alt que el de les altres tres mostres, mentre que el contingut d'element de silici (Si) és més baix. Això suggereix que la composició del material varia irregularment en diferents parts de la mostra de la màniga de porcellana.
Les mostres de la zona vermella tenen un contingut relativament alt de silici (Si) i el contingut més baix d'oxigen (O). A més, es detecta una quantitat significativa de cobre (Cu) a la superfície de la part interna de descàrrega de la màniga de porcellana. Això és degut a la fusió i evaporació del bronze dins de la màniga de porcellana a altes temperatures durant el procés de descàrrega, seguit de l'espaiament i la deposició a la superfície interna de la màniga de porcellana.
Distribució d'escaneig d'elements de superfície de les mostres
Basant-nos en l'anàlisi d'espectre d'energia, es pot afirmar amb firmeza que durant el procés de sinterització de la màniga de porcellana, la distribució de diversos elements és altament no uniforme. Aquesta no uniformitat implica directament que els materials de diferents seccions dins de la màniga de porcellana presenten disparitats significatives.
Conclusió i suggeriments
Conclusió
A través de l'inspecció macroscòpica, l'anàlisi de micromorfologia SEM i l'anàlisi d'espectre d'energia, s'ha determinat que la màniga de porcellana presenta característiques com una estructura relativament frouxa, estratifacció interna, composició irregular i la presència de micropores. A més, hi ha defectes inerents a la superfície interna de la màniga de porcellana, incloent-hi zones locals sense glaçura i qualitat deficient del procés de fabricació.
Degut a aquests defectes macroscòpics i microscòpics de la màniga de porcellana, durant la seva operació exterior a llarg termini, l'humitat i els gasos externs gradualment penedren a la màniga. Aquesta infiltració provoca una degradació del rendiment aïllant de la màniga de porcellana. Sota l'influència del camp elèctric, es produeix una descàrrega elèctrica entre el conductor intern i les zones febles de la màniga de porcellana. La descàrrega genera temperatures locals altes dins de la màniga de porcellana i deteriora el rendiment de la grasa aïllant de silicona. Finalment, sota l'acció de la pressió interna, la màniga de porcellana petarà.
Suggeriments
Els fabricants de mànigues de porcellana haurien de millorar el control de qualitat durant el procés de cocció de les mànigues de porcellana per assegurar una producció consistent i de alta qualitat.
Cal implementar mesures de protecció adequades durant el transport dels productes de mànigues de porcellana. Això és crucial per prevenir vibracions severes o col·lisions que podrien potencialment enderrocar les mànigues de porcellana.
Es recomana als usuaris del producte que intensifiquin la inspecció d'amostratge de qualitat de les mànigues de porcellana de l'equips entrants. Aquesta pràctica assegura que la qualitat dels equips emmagatzemats compleixi amb els estàndards requerits.
S'ha de prestar atenció especial a l'estat operatiu del lot d'equips. En particular, per a l'equips amb filtració de grasa de silicona o ranyes a la màniga de porcellana, s'hauria de realitzar una manteniment d'apagada i detecció de defectes prompta per evitar possibles fallides i assegurar l'operació segura i fiable del sistema elèctric.
