35 kV:n ulkoisen tyhjiökatkaisimen pylväsjänisvaikutusten analyysi

ZW7 - 40.5 ulkonaapajousen katkojassa käytetään tyhjiötä kaasunpäästöjen tukahduttamiseen. Kaasunpäästöjen tukahduttamiskammion liikkuvan pään on yhdistetty toimintamekanismin ulostuloputkiin kampipainikkeen ja eristävän sidosputken kautta. Katkojan kokonaisrakenne on porseleeni-suuttimen pilari.

Ylänkäinen porseleinisuutin toimii kaasunpäästöjen tukahduttamiskammion porseleinisuutina, ja alankäinen toimii tukena. Kolme vaihetta ovat asennettu kehykseen, ja kolmen vaiheen virtasensorit on asennettu alankäisen tukenporseleinisuutteihin ja yhdistetty katkojan päävirtapiiriin (kuva 1). Molempiin, ylä- ja alaporseleinisuutteihin on täytetty erinomaisilla eristysominaisuuksilla varustettua tyhjiöeristävää silikoniöljyä.

Korkeajännitekatkojien porseleinisuutit valmistetaan yleensä vahvista alumiinia keramiikasta, joka on kemiallisesti vakaa, erinomainen eriste ja mekanisesti vahva. Keramiikkasuuttimen ominaisuudet vaikuttavat suoraan koko laitteen käyttöikään. Yleisiä ulkonaapajousen katkojien virheitä ovat flanssin rakoaminen, porseleinisuutin muodonmuutos ja rakoaminen, sementin laajeneminen, ikääntyminen, roskeminen jne. Tietyssä 110 kV siirtolinjassa on tapahtunut seitsemän katkoja, joista porseleinisuutinraakojen osuus on 41 %.

Häiriötilanne

110 kV alijärjestelyssä 35 kV katkojan A-vaiheen porseleinisuutti rakoitsi. Osittain suuttimen kolmannen levyn ja alafalstin välillä oleva osa irrotui ja lensi ulos, ja sisäinen eristävä silikoniöly vuoti, mikä pakotti laitteen sammutettavaksi. Paikan päällä tehdyn tarkastuksen mukaan häiriön suora syy oli, että katkojan tukenporseleinisuutin sisällä oleva korkeajännite reagoi porseleinisuutin kanssa, ja purkauksen aiheuttama korkea lämpötila aiheutti porseleinisuutin rakoamisen ja sisäisen eristävän silikoniöljyn vuodonnaksi.

Näyteanalyysi

Maakertaus

Suuttimen näyteotokset antoivat kaksi typistävää otosta, ja tarkastustulokset ovat seuraavat:

Kuva 2 näyttää näyte 1:n maakertauksen paikan päältä. Suuttimen porseleiniosassa on suuri alue, jossa on paljon kaasunpäästöjen tukahduttamisen jälkiä. Noin 50.89 mm pituisella osalla suuttimen porseleiniosan murtumispinta on enimmäkseen harmaa, ja joissakin osissa pinnalla on savujäällytyksiä. Pinnan muoto poikkeaa merkittävästi muista osista. Näyte 1:n kolme osaa tarkastettiin erikseen, kuten kuvassa 2b, 2c ja 2d.

Kuvasta 2b nähdään, että näytteen sisäpuolinen glaseeraus on poltettu ja sulanut, muodostaen monia eri kokoisia kuoppia. Laidan reunalla on sileä pinta, joka eroaa glaseerauksen sulamisen jäljestä, mikä viittaa puutteeseen glaseerauksessa tai epätasaiseen materiaaliin. Kuvassa 2c punainen alue suuttimen levyn juressa on sileä, kovaa tekstuuria, pinnalla on monia pieniä reikiä, takana ja alapuolella on harmaa-valkoinen väri.

Punainen materiaali on epätasaisesti jakautunut, pinta on epätasainen, on paikallinen kupliaus, ja reunalla on selvä musta rajaus porseleinirakenteen kanssa, mikä viittaa siihen, että tämän alueen materiaali on epänormaali. Kuva 2d on suuttimen normaalin osan paikallinen suurennos. Kuvasta voidaan nähdä, että näytteen pinnalla on monia pieniä reikiä, ja suurin reikä on noin 0.1 mm halkaisijaltaan.

Kuva 3 havainnollistaa näyte 2:n maakertauksen. Näytteen sisäpinnalla on paikallisia kaasunpäästöjen tukahduttamisen jälkiä ja glaseeraamaton alue, kuten kuvassa 3a osissa 1 ja 2. Glaseerauksessa kaasunpäästöjen tukahduttamispaikassa on monia poreita, jotka ovat tulosta glaseerauksen sulamisesta korkean lämpötilan vaikutuksesta. Sisäpinnan osassa 2 on noin 17.92 mm pituinen ja 2 mm syvä pintadepressio. Tämän alueen väri vastaa porseleinirakenteen väriä, joka on harmaa-valkoinen, mikä viittaa siihen, että pinta ei ole glaseerattu, mikä on alkuperäinen valmistusvirhe.

Kuva 3b näyttää näyte 2:n sivun maakertauksen. Kuvasta nähdään, että näytteen sivulla on ympyröity ja sileä pinta, joka eroaa karkeasta normaalista murtumispinnasta. Tämä viittaa siihen, että porseleinirakenteessa tässä osassa on epäjatkuvuus, mikä on alkuperäinen valmistusvirhe.

Näytteiden maakertauksen tulosten perusteella voidaan päätellä, että viallinen porseleinisuutin näyttää useita alkuperäisiä valmistusvirheitä, kuten epätasainen materiaali, epäjatkuv porseleinirakenne, glaseeraamaton pinta ja suuri määrä pieniä reikiä.

Pientä mikrostruktuuria tutkiva skannaus elektronimikroskopilla (SEM)

SEM-analyysi tehtiin näytteistä normaalista osasta, punaisesta alueesta, sileästä pinnasta ja porseleinisuuttimen sisäisestä purkauksen pinnasta. Näytteiden skannausmikroskooppiset kuvat esitetään kuvassa 4.

Kuva 4a osoittaa, että porseleinisuuttimen normaalin osan näyteellä on karkea pinta suunnattujen murtumatekstuureiden kanssa. Siinä on huomattava määrä pitoja tasaisesti levitettyinä, mikä viittaa siihen, että suuttimen porselei on poras ja sen tiheys on suhteellisen alhainen.

Kuva 4b paljastaa, että punaisesta alueesta otetussa näytteessä on myös monia poreja. Normaaliin osaan verrattuna nämä poret ovat suurempia, vähemmän tiheästi levitettyjä, ja porseleinin tiheys on suhteellisen korkeampi. Tämä viittaa siihen, että porseleinimateriaalin sinteröinti suuttimessa on epätasainen.

Kuvasta 4c voidaan nähdä, että sileällä pinnalla olevassakin näytteessä on suuri määrä pitoja, sekä lukuisia epätasaisia kuoppia levitettyinä sen pinnalle. Huolimatta tästä, pinta näyttää suhteellisen sileältä ja tasaiselta, mikä viittaa siihen, että tämän osan epänormaaliset ominaisuudet olivat olemassa ennen murtumista.

Kuva 4d näyttää, että purkauksen polttaman pinnan glaseeraus on sileä, mutta siinä on monia tulehdoksia ja kuoppia. Nämä ominaisuudet johtuvat kaasujen vapautumisesta glaseerauksen sulamisprosessissa, joka on aiheutunut purkauksen aikana syntyneistä korkeista lämpötiloista.

Pientä mikrostruktuuria tutkiva skannaus elektronimikroskopilla (SEM)

SEM-analyysi tehtiin näytteistä normaalista osasta, punaisesta alueesta, sileästä pinnasta ja porseleinisuuttimen sisäisestä purkauksen pinnasta. Näytteiden skannausmikroskooppiset kuvat esitetään kuvassa 4.

Kuva 4a osoittaa, että porseleinisuuttimen normaalin osan näyteellä on karkea pinta suunnattujen murtumatekstuureiden kanssa. Siinä on huomattava määrä pitoja tasaisesti levitettyinä, mikä viittaa siihen, että suuttimen porselei on poras ja sen tiheys on suhteellisen alhainen.

Kuva 4b paljastaa, että punaisesta alueesta otetussa näytteessä on myös monia poreja. Normaaliin osaan verrattuna nämä poret ovat suurempia, vähemmän tiheästi levitettyjä, ja porseleinin tiheys on suhteellisen korkeampi. Tämä viittaa siihen, että porseleinimateriaalin sinteröinti suuttimessa on epätasainen.

Kuvasta 4c voidaan nähdä, että sileällä pinnalla olevassakin näytteessä on suuri määrä pitoja, sekä lukuisia epätasaisia kuoppia levitettyinä sen pinnalle. Huolimatta tästä, pinta näyttää suhteellisen sileältä ja tasaiselta, mikä viittaa siihen, että tämän osan epänormaaliset ominaisuudet olivat olemassa ennen murtumista.

Kuva 4d näyttää, että purkauksen polttaman pinnan glaseeraus on sileä, mutta siinä on monia tulehdoksia ja kuoppia. Nämä ominaisuudet johtuvat kaasujen vapautumisesta glaseerauksen sulamisprosessissa, joka on aiheutunut purkauksen aikana syntyneistä korkeista lämpötiloista.

SEM-mikromorfologian analyysin perusteella voidaan päätellä, että porseleinisuutissa on luontaisia puutteita, kuten löyhä porseleinirakenne, alhainen tiheys ja epänormaali leikkaus.

Energiaspektrianalyysi

Edellä kuvatulla tavalla energiaspektrianalyysi tehtiin näytteiden pinnan elementtien ja niiden jakauman neljällä eri paikalla. Kuva 5 havainnollistaa yksityiskohtaisesti näytteen pinnan elementtijakauman. Porseleinisuuttimen normaalin osan, sileän pinnan ja purkauksen osan näytteiden pinnalla olevat elementit koostuvat pääasiassa happesta (O), sikasta (Si) ja alumiiniosta (Al).

Yleisesti ottaen näytteiden pinnan elementtijakauma on suhteellisen tasainen. Punaisesta alueesta otetun näytteen pinnalla oleva elementtijakauma on kuitenkin epätasainen. Tämän näytteen alareunassa happi (O), alumiini (Al) ja kalium (K) ovat merkittävästi lisääntyneet, kun taas sikka (Si) elementin jakauma on pysynyt suhteellisen tasaisena. Tämä viittaa siihen, että tämän alueen sinteröintiprosessissa O, Al ja K elementtien jakauma ei ollut tasainen.

Samalla vertailtiin neljän näytteen pääelementtien määrää, ja tulokset esitetään taulukossa 1. Happi (O) elementin määrä normaalin osan näytteen pinnalla on huomattavasti suurempi kuin muissa kolmessa näytteessä, kun taas sikka (Si) elementin määrä on pienempi. Tämä viittaa siihen, että materiaalin koostumus vaihtelee epätasaisesti porseleinisuuttimen näytteen eri osissa.

Punaisesta alueesta otetuissa näytteissä on suhteellisen korkea sikka (Si) elementin määrä ja alhainen happi (O) elementin määrä. Lisäksi porseleinisuuttimen sisäisen purkauksen osan pinnalla havaittiin merkittävä määrä kuparia (Cu). Tämä johtuu siitä, että purkauksen aikana korkean lämpötilan vaikutuksesta porseleinisuuttimen sisällä oleva pronssi sulautui ja höyrysi, jolloin se sirpalehti ja pinnistyi porseleinisuuttimen sisäpinnalle.

Näytteiden pinnan elementtien skannausjakauma

Energiaspektrianalyysin perusteella voidaan vahvasti päätellä, että porseleinisuuttimen sinteröintiprosessissa eri elementtien jakauma on hyvin epätasainen. Tämä epätasaisuus viittaa siihen, että eri osien materiaalit porseleinisuuttimessa eroavat merkittävästi.

Johtopäätökset ja ehdotukset

Johtopäätökset

Maakertauksen, SEM-mikromorfologian analyysin ja energiaspektrianalyysin avulla on todettu, että porseleinisuutissa on ominaisuuksia, kuten suhteellisen löyhä rakenne, sisäinen kerros, epätasainen koostumus ja mikroporeja. Lisäksi porseleinisuutin sisäpinnalla on luontaisia puutteita, kuten paikalliset glaseeraamattomat alueet ja heikko valmistusprosessi.

Näiden macro- ja mikropuutteiden vuoksi porseleinisuutin pitkäaikaisessa ulkona toiminnassa ulkopuolinen kosteus ja kaasut vähitellen penetrivät suuttimeen. Tämä johtaa porseleinisuuttimen eristyskyvyn heikkenemiseen. Sähkökentän vaikutuksesta purkaukset tapahtuvat sisäisen johtimen ja porseleinisuutin heikommassa osassa. Purkaukset aiheuttavat paikallisia korkeita lämpötiloja porseleinisuutissa ja heikentävät eristävän silikoniöljyn ominaisuuksia. Lopulta sisäisen paineen vaikutuksesta porseleinisuutti rakoaa.

Ehdotukset

• Porseleinisuuttimen valmistajien tulisi parantaa laatukontrollia porseleinisuuttimen paistamisprosessissa, jotta varmistetaan tasainen ja korkealaatuinen tuotanto.

• Porseleinisuuttimien kuljetuksessa on toteutettava asianmukaiset suoja- ja turvatoimet. Tämä on välttämätöntä estää vakavia värähtelyjä tai törmäyksiä, jotka voivat vahingoittaa porseleinisuutteja.

• Tuotteiden käyttäjien tulisi vahvistaa laadunotosvalvonta porseleinisuutteille saapuville laitteille. Tämä käytäntö varmistaa, että varastoidun laitteen laatu täyttää vaaditut standardit.

• On kiinnitettävä erityistä huomiota laiteristin toimintatilaan. Erityisesti silloin, kun laitteessa on olemassa silikoniöljyn vuoto tai porseleinisuutinraakoa, tulisi suorittaa välittömästi sähkökatkos, huolto ja vika-etsintä, jotta vältetään mahdolliset häiriöt ja varmistetaan sähköjärjestelmän turvallinen ja luotettava toiminta.