Ανάλυση Αποτυχίας 35kV Εξωτερικού Υποθαλάμου Κενού Τύπου Στήλης Πορσελάνης

Ο ZW7 - 40.5 εξωτερικός βακουομετρικός διαχωριστής χρησιμοποιεί βάκουο ως μέσο κατάσβεσης του φλεγόμενου. Το κινούμενο άκρο του δωματίου κατάσβεσης του φλεγόμενου είναι συνδεδεμένο με τον αξόνα εξόδου του μηχανισμού λειτουργίας μέσω ενός κρανείου και ενός απομονωτικού στέμματος. Η συνολική δομή του διαχωριστή είναι τύπου πηλώματος με πορσελάνια.

Το πάνω πορσελάνιο πηλώμα λειτουργεί ως πηλώμα του δωματίου κατάσβεσης του φλεγόμενου, ενώ το κάτω λειτουργεί ως υποστηρικτικό πορσελάνιο πηλώμα. Τα τρία πορσελάνια πηλώματα είναι εγκατεστημένα σε ένα πλαίσιο, και τα τρία φάσεις μετατροπείς ρεύματος είναι εγκατεστημένοι μέσα στα κάτω υποστηρικτικά πορσελάνια πηλώματα και συνδεδεμένοι με το κύριο περιθώριο του διαχωριστή (όπως φαίνεται στο Σχήμα 1). Και τα πάνω και τα κάτω πορσελάνια πηλώματα είναι γεμάτα με βακουομετρικό απομονωτικό πολυμερές σιλικόνης με εξαιρετικές απομονωτικές ιδιότητες.

Τα πορσελάνια πηλώματα υψηλής τάσης συνήθως κατασκευάζονται από κεραμικές αλουμίνια με υψηλή αντοχή, οι οποίες έχουν καλή χημική σταθερότητα, εξαιρετική απομονωτική απόδοση και υψηλή μηχανική αντοχή. Η απόδοση των κεραμικών πηλωμάτων είναι άμεσα συνδεδεμένη με τη διάρκεια ζωής του συνόλου του εξοπλισμού. Συνηθισμένες αιτίες αποτυχίας εξωτερικών διαχωριστών περιλαμβάνουν τριχίαση φλάνγια, παραμόρφωση και τριχίαση πορσελάνιων πηλωμάτων, διαστολή σιμεντού, γήρανση, οξείδωση κλπ. Σε μια συγκεκριμένη 110kV γραμμή μεταφοράς, έχουν σημειωθεί επτά αποτυχίες διαχωριστών, από τις οποίες οι αποτυχίες τριχίασης πορσελάνιων πηλωμάτων αντιπροσωπεύουν το 41%.

Κατάσταση Αποτυχίας

Σε ένα 110kV υποσταθμό, το πορσελάνιο πηλώμα φάσης A ενός 35kV διαχωριστή διαστολής εξερράγη. Μέρος του πορσελάνιου πηλώματος μεταξύ της τρίτης καταρράκτης και του κάτω φλάνγιου ξεχώρισε και πετάχτηκε, και το εσωτερικό απομονωτικό πολυμερές σιλικόνης διέρρευσε, υποχρεώνοντας τον εξοπλισμό να σταματήσει. Η επιθεώρηση στο χώρο του αποτυχημένου διαχωριστή αποδεικνύει ότι η άμεση αιτία της αποτυχίας είναι ότι ο υψηλής τάσης ηλεκτροδότης μέσα στο υποστηρικτικό πορσελάνιο πηλώμα του διαχωριστή αντέδρασε με το πορσελάνιο πηλώμα, και ο υψηλής θερμοκρασίας φλεγόμενος που παραγόταν από την εκπομπή προκάλεσε τη διαστολή του πορσελάνιου πηλώματος και τη διάρροια του εσωτερικού απομονωτικού πολυμερούς σιλικόνης.

Ανάλυση δειγμάτων

Μακροσκοπική επιθεώρηση

Λήφθηκαν δύο τυπικά δείγματα από το πορσελάνιο πηλώμα καταρράκτης, και τα αποτελέσματα της επιθεώρησης είναι τα εξής:

Το Σχήμα 2 δείχνει τη μακροσκοπική μορφολογία του δείγματος 1 που λήφθηκε στο χώρο. Υπάρχουν εκτεταμένες ίχνη καύσης φλεγόμενου στο εσωτερικό τοίχωμα του πορσελάνιου πηλώματος του δείγματος. Μετά από ένα τμήμα περίπου 50.89mm, η επιφάνεια σχίσης του πορσελάνιου πηλώματος είναι κυρίως γκρι, και υπάρχουν καταστρώματα καπνού σε μερικές περιοχές. Η μορφολογία της επιφάνειας είναι σημαντικά διαφορετική από άλλες περιοχές. Τα τρία τμήματα του δείγματος 1 ελέγχθηκαν ξεχωριστά, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2b, 2c, και 2d.

Όπως φαίνεται στο Σχήμα 2b, η επιφάνεια εσωτερικού τοίχου του δείγματος έχει καυστεί και είναι τετήλευτη, δημιουργώντας πολλά οπή διαφορετικών μεγεθών. Υπάρχει ένα ομαλό επίπεδο στην άκρη του άκρου, το οποίο διαφέρει από το ίχνος της τετηλευμένης επιφάνειας, υποδηλώνοντας την απουσία επιφάνειας ή την ανομαλή ουσία. Στο Σχήμα 2c, η κόκκινη περιοχή στη ρίζα της καταρράκτης έχει ομαλή επιφάνεια, σκληρή δομή, πολλά μικρά οπή στην επιφάνεια, με το πίσω και το κάτω μέρος να είναι γκρι-λευκό. 

Η κόκκινη ουσία είναι ανομαλά διανεμημένη, η επιφάνεια είναι άνιση, υπάρχει τοπική προωθημένη περιοχή, και η άκρη έχει ένα σαφές μαύρο ορίο με το πορσελάνιο σώμα, υποδηλώνοντας ότι η ουσία σε αυτή την περιοχή είναι ανώμαλη. Το Σχήμα 2d είναι ένα τοπικά επεκτεινόμενο εικονικό του κανονικού τμήματος της καταρράκτης. Από το Σχήμα φαίνεται ότι υπάρχουν πολλά μικρά οπή στην επιφάνεια του δείγματος, και το μεγαλύτερο οπή έχει διάμετρο περίπου 0.1mm.

Το Σχήμα 3 απεικονίζει τη μακροσκοπική εμφάνιση του δείγματος 2#. Στο εσωτερικό τοίχωμα του δείγματος, υπάρχουν σημάδια τοπικής καύσης φλεγόμενου και ένα μη επιφανειακό τμήμα, όπως δείχνουν τα τμήματα 1 και 2 του Σχήματος 3a. Εντυπωσιακά, η επιφάνεια στην τοποθεσία της καύσης φλεγόμενου περιέχει πολλά οπή, αποτέλεσμα της τήξης της επιφάνειας μετά από υψηλή θερμοκρασία. Στην τοποθεσία 2 του εσωτερικού τοίχου, υπάρχει μια επιφάνεια ενδοτοπικής είσοδου περίπου 17.92 mm μήκους και 2 mm βάθους. Η χρώμα αυτής της περιοχής ταιριάζει με εκείνο του πορσελάνιου σώματος, όντας γκρι-λευκό, όπου υποδηλώνει ότι η επιφάνεια έχει απουσία επιφάνειας, προσδιορίζοντας μια αρχική παραγωγική ανωμαλία.

Το Σχήμα 3b δείχνει τη μακροσκοπική μορφολογία της πλευράς του δείγματος 2#. Είναι σαφές από το Σχήμα ότι ένα τμήμα της πλευράς του δείγματος έχει κυκλική και ομαλή επιφάνεια, σε αντίθεση με την τραχύτητα της κανονικής επιφάνειας σχίσης. Αυτό υποδηλώνει ότι το πορσελάνιο σώμα σε αυτό το τμήμα είναι μη συνεχές, μια άλλη αρχική παραγωγική ανωμαλία.

Από τα αποτελέσματα της μακροσκοπικής επιθεώρησης των δειγμάτων, μπορεί να συμπεραχθεί ότι το αποτυχημένο πορσελάνιο πηλώμα παρουσιάζει πολλές αρχικές παραγωγικές ανωμαλίες, συμπεριλαμβανομένης της ανομαλής ουσίας, του μη συνεχούς πορσελάνιου σώματος, της μη επιφανειακής επιφάνειας και των πολλών μικρών οπή.

Ανάλυση Μικροσκοπικής Μορφολογίας με Ρετροέκκριση Ηλεκτρονίων (SEM)

Η ανάλυση SEM πραγματοποιήθηκε σε δείγματα από το κανονικό τμήμα, την κόκκινη περιοχή, την ομαλή επιφάνεια και την εσωτερική επιφάνεια εκπομπής του πορσελάνιου πηλώματος. Τα σκανδισμένα μικροσκοπικά εικονικά των δειγμάτων παρουσιάζονται στο Σχήμα 4.

Όπως φαίνεται στο Σχήμα 4a, το δείγμα από το κανονικό τμήμα του πορσελάνιου πηλώματος παρουσιάζει τραχύ επιφάνεια με διευθυντικά σχήματα σχίσης. Πολλά οπή είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα, υποδηλώνοντας ότι το πορσελάνι του πηλώματος είναι πορώδες και έχει σχετικά χαμηλή πυκνότητα.

Το Σχήμα 4b αποκαλύπτει ότι το δείγμα από την κόκκινη περιοχή παρουσιάζει επίσης πολλά οπή. Σε σύγκριση με το δείγμα του κανονικού τμήματος, αυτά τα οπή είναι μεγαλύτερα, λιγότερο συσσωρευμένα, και η πυκνότητα του πορσελάνιου είναι σχετικά υψηλότερη. Αυτό υποδηλώνει μη ομοιόμορφη συσσωρευτική πυρολύση της πορσελάνιας ουσίας μέσα στο πηλώμα.

Από το Σχήμα 4c, μπορεί να παρατηρηθεί ότι το δείγμα με την ομαλή επιφάνεια περιέχει επίσης πολλά οπή, με πολλά ανομαλά οπή διασκορπισμένα στην επιφάνεια. Παρ' όλα αυτά, η συνολική επιφάνεια φαίνεται σχετικά ομαλή και επίπεδη, υποδηλώνοντας ότι οι ανώμαλες ιδιότητες αυτού του τμήματος προϋπήρχαν πριν από τη σχίση.

Το Σχήμα 4d δείχνει ότι η επιφάνεια στην επιφάνεια εκπομπής είναι ομαλή αλλά περιέχει πολλά φυσαλίδια και οπή. Αυτά τα χαρακτηριστικά αποδίδονται στην αποβολή αερίων κατά τη διάρκεια της τήξης της επιφάνειας, που προκαλείται από τις υψηλές θερμοκρασίες που παράγονται κατά τη διάρκεια της εκπομπής.

Ανάλυση Μικροσκοπικής Μορφολογίας με Ρετροέκκριση Ηλεκτρονίων (SEM)

Η ανάλυση SEM πραγματοποιήθηκε σε δείγματα από το κανονικό τμήμα, την κόκκινη περιοχή, την ομαλή επιφάνεια και την εσωτερική επιφάνεια εκπομπής του πορσελάνιου πηλώματος. Τα σκανδισμένα μικροσκοπικά εικονικά των δειγμάτων παρουσιάζονται στο Σχήμα 4.

Όπως φαίνεται στο Σχήμα 4a, το δείγμα από το κανονικό τμήμα του πορσελάνιου πηλώματος παρουσιάζει τραχύ επιφάνεια με διευθυντικά σχήματα σχίσης. Πολλά οπή είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα, υποδηλώνοντας ότι το πορσελάνι του πηλώματος είναι πορώδες και έχει σχετικά χαμηλή πυκνότητα.

Το Σχήμα 4b αποκαλύπτει ότι το δείγμα από την κόκκινη περιοχή παρουσιάζει επίσης πολλά οπή. Σε σύγκριση με το δείγμα του κανονικού τμήματος, αυτά τα οπή είναι μεγαλύτερα, λιγότερο συσσωρευμένα, και η πυκνότητα του πορσελάνιου είναι σχετικά υψηλότερη. Αυτό υποδηλώνει μη ομοιόμορφη συσσωρευτική πυρολύση της πορσελάνιας ουσίας μέσα στο πηλώμα.

Από το Σχήμα 4c, μπορεί να παρατηρηθεί ότι το δείγμα με την ομαλή επιφάνεια περιέχει επίσης πολλά οπή, με πολλά ανομαλά οπή διασκορπισμένα στην επιφάνεια. Παρ' όλα αυτά, η συνολική επιφάνεια φαίνεται σχετικά ομαλή και επίπεδη, υποδηλώνοντας ότι οι ανώμαλες ιδιότητες αυτού του τμήματος προϋπήρχαν πριν από τη σχίση.

Το Σχήμα 4d δείχνει ότι η επιφάνεια στην επιφάνεια εκπομπής είναι ομαλή αλλά περιέχει πολλά φυσαλίδια και οπή. Αυτά τα χαρακτηριστικά αποδίδονται στην αποβολή αερίων κατά τη διάρκεια της τήξης της επιφάνειας, που προκαλείται από τις υψηλές θερμοκρασίες που παράγονται κατά τη διάρκεια της εκπομπής.