Fejl analyse af 35kV udendørs vakuumbryderstolpe porcelænsmanschet

ZW7 - 40.5 udendørs vakuum afbryder anvender vakuum som buekvælende medium. Den bevægelige ende af buekvælende kammer er forbundet med udførermechanismens outputskakkel gennem en krummekarm og en isolerende stang. Afbrederens samlede struktur er af type porcelænsbusholdere.

Den øverste porcelænsbusser danner buekvælende kammerets porcelænsbusser, mens den nederste fungerer som støtteporcelænsbusser. De trefasede porcelænsbusser er monteret på et stel, og de trefasede strømtransformatorer er installeret indeni de nederste støtteporcelænsbusser og forbundet med afbryderens hovedkredsløb (som vist i figur 1). Både de øverste og nederste porcelænsbusser er fyldt med vakuum-isolerende silikongrejse med fremragende isolerende egenskaber.

Porcelænsbusserne for højspændingsafbrydere er normalt lavet af højstyrket aluminaoxidkeramik, som har gode kemiske stabilitet, fremragende isoleringsegenskaber og høj mekanisk styrke. Keramikbussernes ydeevne er direkte relateret til hele udstyrets levetid. Almindelige fejlårsager for udendørs afbrydere inkluderer flansespræk, porcelænsbusserformning og spræk, cementudvidelse, forældring, rost osv. I en bestemt 110kV transmissionslinje er der opstået syv afbryderfejl, hvoraf porcelænsbusserformningsfejl udgør 41%.

Fejltilstand

I en 110kV understation eksploderede A-fasen porcelænsbusser for en 35kV afbryder. En del af porcelænsbusseren mellem tredje tag og nedre flanse faldt af og fløj ud, og det interne isolerende silikongrejse løb ud, hvilket tvang udstyret til at lukke ned. På stedet undersøgt af den defekte afbryder viser, at den direkte årsag til fejlen er, at den højspændingsleder inde i støtteporcelænsbusseren reagerede med porcelænsbusseren, og den højt tempererede bue genereret ved udslip førte til, at porcelænsbusseren eksploderede, og det interne isolerende silikongrejse løb ud.

Prøveanalyse

Makroskopisk undersøgelse

To typiske prøver blev optaget fra tagporcelænsbusser, og undersøgelsesresultaterne er følgende:

Figur 2 viser prøve 1's makroskopiske formtaget på stedet. Der er store arealer med buedyrkninger på prøvens porcelænsbusserindside. Langs et område på ca. 50,89 mm er brudderytafladen fortrinsvis grå, og der er røgdeponeringer på overfladen af nogle områder. Ytafladens form er markant forskellig fra andre dele. De tre dele af prøve 1 blev undersøgt separat, som vist i figur 2b, 2c og 2d.

 Som ses i figur 2b, er glasuren på prøvens inderside blevet brændt og smeltet, hvilket har dannet mange huller i forskellige størrelser. Der er en jævn overflade ved endefladsranden, som adskiller sig fra glasursmeltingsmærket, hvilket indikerer mangel på glasur eller ulige materiale. I figur 2c er det røde område ved tagets rod jævnt, hardt, med mange små hulrum på overfladen, med bag- og bundparten gråhvid. 

Det røde materiale er ulige fordelt, overfladen er ulige, der er lokale pletter, og kanten har en tydelig sort grænse med porcelænset, hvilket antyder, at materialet i dette område er anormalt. Figur 2d er en lokal forstørret billedafsnit af det normale område af tagets afsnit. Det kan ses af figuren, at der er mange små hulrum på prøvens overflade, og det største hulrum har en diameter på ca. 0,1 mm.

Figur 3 viser prøve 2#'s makroskopiske udseende. På prøvens inderside er der tegn på lokalt buedyrk og et uglasureret område, som angivet i dele 1 og 2 af figur 3a. Mærkligt nok har glasuren ved buedyrkstedet mange porer, som er resultatet af glasursmelting efter udsættelse for højt temperaturbrænding. Ved sted 2 på indersiden er der en overflade depression på ca. 17,92 mm lang og 2 mm dyb. Farven på dette område matcher porcelænset, der er gråhvid, hvilket antyder, at overfladen mangler glasur, hvilket repræsenterer en oprindelig processedefekt.

Figur 3b viser prøve 2#'s side makroskopiske form. Det er tydeligt af figuren, at et afsnit af prøvens side har en rund og jævn overflade, i kontrast med den ru normale brudsurface. Dette indikerer, at porcelænset i dette område er diskontinuerligt, en anden oprindelig processedefekt.

Fra prøvernes makroskopiske undersøgelsesresultater kan det konkluderes, at den defekte porcelænsbusser viser flere oprindelige processedefekter, herunder ulige materiale, diskontinuerlig porcelænset, uglasureret overflade og et stort antal små hulrum.

Røntgenstrål mikroskopisk (SEM) analyse af mikroskopisk form

SEM-analyse blev udført på prøver fra det normale afsnit, det røde område, det jævne overfladeområde og den indre udslipsoverflade af porcelænsbusser. Prøvernes scanning mikroskopiske billeder er vist i figur 4.

Som illustreret i figur 4a, viser prøven fra det normale afsnit af porcelænsbusser en ru overflade med retninger brudsstrukturelle teksturer. Et betydeligt antal porer er jævnt fordelt over det, hvilket antyder, at porcelænset af busser er porøst og har en relativt lav densitet.

Figur 4b viser, at prøven fra det røde område også har mange porer. Sammenlignet med prøven fra det normale afsnit, er disse porer større, mindre tætbundne, og porcelænsdensiteten er relativt højere. Dette indikerer ulige sintering af porcelænsmaterialet i busser.

Fra figur 4c kan man se, at prøven med den jævne overflade også indeholder et stort antal porer, sammen med mange ulige hulrum spredt over overfladen. Trods dette ser overfladen overordnet set relativt jævn og flad ud, hvilket antyder, at de anormale karakteristika af dette afsnit eksisterede allerede før bruddet opstod.

Figur 4d viser, at glasuren på udslipscauteriseret overflade er jævn, men prikket med mange bobler og hulrum. Disse træk skyldes frigivelsen af gasser under glasursmeltingsprocessen, aktiveret af de høje temperaturer, der blev genereret under udslipshændelsen.

Røntgenstrål mikroskopisk (SEM) analyse af mikroskopisk form

SEM-analyse blev udført på prøver fra det normale afsnit, det røde område, det jævne overfladeområde og den indre udslipsoverflade af porcelænsbusser. Prøvernes scanning mikroskopiske billeder er vist i figur 4.

Som illustreret i figur 4a, viser prøven fra det normale afsnit af porcelænsbusser en ru overflade med retninger brudsstrukturelle teksturer. Et betydeligt antal porer er jævnt fordelt over det, hvilket antyder, at porcelænset af busser er porøst og har en relativt lav densitet.

Figur 4b viser, at prøven fra det røde område også har mange porer. Sammenlignet med prøven fra det normale afsnit, er disse porer større, mindre tætbundne, og porcelænsdensiteten er relativt højere. Dette indikerer ulige sintering af porcelænsmaterialet i busser.

Fra figur 4c kan man se, at prøven med den jævne overflade også indeholder et stort antal porer, sammen med mange ulige hulrum spredt over overfladen. Trods dette ser overfladen overordnet set relativt jævn og flad ud, hvilket antyder, at de anormale karakteristika af dette afsnit eksisterede allerede før bruddet opstod.

Figur 4d viser, at glasuren på udslipscauteriseret overflade er jævn, men prikket med mange bobler og hulrum. Disse træk skyldes frigivelsen af gasser under glasursmeltingsprocessen, aktiveret af de høje temperaturer, der blev genereret under udslipshændelsen.

Gennem SEM-mikromorfologisk analyse kan det konkluderes, at porcelænsbussen har inbyggede defekter såsom løs porcelænssammenstilling, lav densitet og anormale afsnit.

Energi spektrum analyse

Som beskrevet ovenfor, blev energispektrumanalyse udført på overfladeelementerne og deres fordeling på fire forskellige steder af prøven. Figur 5 illustrerer et detaljeret eksempel på overfladeelementfordelingen. Elementerne på overfladen af prøverne fra det normale afsnit, den jævne overflade, og udslipspartiet af porcelænsbussen består primært af ilt (O), silicium (Si) og aluminium (Al).

Generelt er elementfordelingen på overfladen af disse prøver relativt ensartet. Imidlertid er elementfordelingen på overfladen af prøven fra det røde område ulige. I det nedre højre område af denne prøve stiger indholdet af ilt (O), aluminium (Al) og kalium (K) betydeligt, mens fordelingen af silicium (Si) elementer forbliver relativt konstant. Dette indikerer, at under sinteringsprocessen i dette område var fordelingen af O, Al og K elementer ikke homogen.

Samtidig blev der foretaget en sammenligning af de fire prøvers hovedelementindhold, og resultaterne er præsenteret i tabel 1. Indholdet af ilt (O) element på overfladen af prøven fra det normale afsnit er betydeligt højere end de tre andre prøver, mens indholdet af silicium (Si) element er lavere. Dette antyder, at materialkompositionen varierer ulige over forskellige dele af porcelænsbussen prøve.

Prøverne fra det røde område har et relativt højt silicium (Si) indhold og det laveste ilt (O) indhold. Desuden er der registreret en betydelig mængde kobber (Cu) på overfladen af den indre udslipsparti af porcelænsbussen. Dette skyldes bronzeindvinding og -evaporation indeni porcelænsbussen under høje temperaturer under udslipshændelsen, fulgt af splittelse og deposition på den indre overflade af porcelænsbussen.

Scanning af overfladeelementer for prøver

Baseret på energispektrumanalyse kan det fastslås, at under sinteringsprocessen af porcelænsbussen var fordelingen af forskellige elementer højst ulige. Denne ulighed indikerer direkte, at materialerne i forskellige dele indeni porcelænsbussen viser betydelige forskelle.

Konklusion og anbefalinger

Konklusion

Gennem makroskopisk undersøgelse, SEM mikromorfologisk analyse og energispektrumanalyse er det blevet fastslået, at porcelænsbussen har karakteristika som relativt løs struktur, interne lag, ulige sammensætning og tilstedeværelse af mikroporer. Desuden findes der inbyggede defekter på porcelænsbussens indre overflade, herunder lokale uglasurerede områder og underpar produktionproceskvalitet.

På grund af disse makroskopiske og mikroskopiske defekter i porcelænsbussen, under dens langvarige udendørs drift, trænger gradvist eksterne fugt og gasser ind i bussen. Denne infiltration fører til en forringelse af porcelænsbussens isolerende egenskaber. Under indflydelse af elektriske felt forekommer elektriske udslip mellem den interne ledere og de svage områder af porcelænsbussen. Udslippet genererer lokale høje temperaturer indeni porcelænsbussen og forringede egenskaber for det isolerende silikongrejse. Til sidst, under indvirkning af intern tryk, eksploderer porcelænsbussen.

Anbefalinger

• Porcelænsbussenproducenter skal forbedre kvalitetskontrol under brygningen af porcelænsbussen for at sikre konsekvent og højkvalitet produktoutput.

• Passende beskyttelsesforanstaltninger skal implementeres under transport af porcelænsbussen produkter. Dette er afgørende for at undgå alvorlige vibrationer eller kollisioner, der potentielt kunne skade porcelænsbussen.

• Produktanvendere anbefales at styrke kvalitetsprøveundersøgelsen af porcelænsbussen af indkomne udstyr. Denne praksis sikrer, at kvaliteten af lageret udstyr overholder de påkrævede standarder.

• Tæt opmærksomhed bør rettes mod driftsstatus for partien udstyr. Især for udstyr med eksisterende silikongrejseudløb eller porcelænsbussen spræk, bør hurtig strømafbrydelse vedligeholdelse og fejlsøgning udføres for at undgå potentielle fejl og sikre sikker og pålidelig drift af elektriske systemer.