Pagsusuri ng Kamalian sa 35kV Outdoor Vacuum Circuit Breaker Pillar Porcelain Sleeve

Ang ZW7 - 40.5 outdoor vacuum circuit breaker ay gumagamit ng vacuum bilang medium para sa pagpapatigil ng arc. Ang galaw na dulo ng arc-extinguishing chamber ay konektado sa output shaft ng operating mechanism sa pamamagitan ng crank arm at insulating tie-rod. Ang kabuuang struktura ng circuit breaker ay may porcelana-bushing pillar type.

Ang itaas na porcelana bushing ay nagsisilbing porcelana bushing ng arc-extinguishing chamber, at ang ibaba naman ay nagsisilbing suportadong porcelana bushing. Ang tatlong phase porcelana bushings ay nakalagay sa isang frame, at ang tatlong phase current transformers ay nakalagay sa loob ng ibabang suportadong porcelana bushings at konektado sa main circuit ng circuit breaker (tulad ng ipinapakita sa Figure 1). Parehong ang itaas at ibabang porcelana bushings ay puno ng vacuum-insulating silicone grease na may mabuting insulating properties.

Ang porcelana bushings ng high-voltage circuit breakers ay karaniwang gawa sa high-strength alumina ceramics, na mayroong mabuting chemical stability, excellent insulation performance, at mataas na mechanical strength. Ang performance ng ceramic bushings ay direktang nauugnay sa serbisyo-life ng buong equipment. Ang mga karaniwang sanhi ng pagkakasira ng outdoor circuit breakers ay kasama ang pagkakasira ng flange, pagbabago at pagkakasira ng porcelana bushing, paglaki ng cement, pagluma, pagkarust, atbp. Sa isang tiyak na 110kV transmission line, naganap ang pitong circuit breaker failures, kung saan ang porcelana bushing cracking failures ay umabot sa 41%.

Sitwasyon ng Pagkakasira

Sa isang 110kV substation, ang A-phase porcelana sleeve ng 35kV circuit breaker ay sumabog. Ang bahagi ng porcelana sleeve sa pagitan ng ika-3 shed at ibabang flange ay nawala at lumipad, at ang internal insulating silicone grease ay lumabas, na nagpilitan sa equipment na mag-shutdown. Ang on-site inspection ng faulty circuit breaker ay nagpapahiwatig na ang direkta na sanhi ng pagkakasira ay ang reaksyon ng high-voltage conductor sa loob ng suportadong porcelana sleeve ng circuit breaker at ang high-temperature arc na dulot ng discharge ay nagdulot ng pagsabog ng porcelana sleeve at ang paglabas ng internal insulating silicone grease.

Pagsisiyasat ng Sampling

Macroscopic Inspection

Dalawang typical samples ang nakuha sa pamamagitan ng sampling ng shed porcelana bushing, at ang resulta ng pagsisiyasat ay sumusunod:

Ipinaliwanag ng Figure 2 ang macroscopic morphology ng sample 1 na nakuha on-site. May malaking area ng arc-burning traces sa inner wall ng porcelana sleeve ng sample. Sa isang section na humigit-kumulang 50.89mm ang haba, ang fracture surface ng porcelana sleeve ay pangunahing gray, at may soot deposits sa ibabaw ng ilang areas. Ang section morphology ay naiiba sa iba pang bahagi. Ang tatlong bahagi ng sample 1 ay ininspeksyon nang hiwalay, tulad ng ipinapakita sa Figure 2b, 2c, at 2d.

 Tulad ng makikita sa Figure 2b, ang glaze sa inner wall ng sample ay nasunog at nalunod, na nagresulta sa maraming pits na may iba't ibang laki. May smooth surface sa edge ng end-face, na naiiba sa glaze-melting mark, na nagpapahiwatig ng kakulangan o hindi pantay na materyales. Sa Figure 2c, ang pulang bahagi sa ugat ng shed ay may smooth surface, matigas na texture, maraming maliit na butas sa ibabaw, at ang likod at ilalim ay grayish-white. 

Ang pulang materyal ay hindi pantay-pantay, ang ibabaw ay hindi pantay, may lokal na bulge, at may malinaw na itim na boundary sa edge ng porcelana body, na nagpapahiwatig na ang materyal sa area na ito ay abnormal. Ang Figure 2d ay isang locally enlarged image ng normal area ng shed section. Makikita sa figure na may maraming maliit na butas sa ibabaw ng sample, at ang pinakamalaking butas ay may diameter na humigit-kumulang 0.1mm.

Ipinaliwanag ng Figure 3 ang macroscopic appearance ng sample 2#. Sa inner wall ng sample, may mga signs ng local arc burning at unglazed area, tulad ng ipinapakita sa parts 1 at 2 ng Figure 3a. Malinaw na, ang glaze sa arc-burned site ay may maraming pores, na resulta ng melting ng glaze matapos ma-subject sa high-temperature burning. Sa site 2 sa inner wall, may surface depression na humigit-kumulang 17.92 mm ang haba at 2 mm ang lalim. Ang kulay ng area na ito ay katulad ng porcelana body, na grayish-white, na nagpapahiwatig na ang ibabaw ay walang glazing, na nagpapahiwatig ng original process defect.

Ipinaliwanag ng Figure 3b ang side macroscopic morphology ng sample 2#. Evident sa figure na ang bahagi ng side ng sample ay may round at smooth surface, na naiiba sa rough na normal fracture surface. Ito ay nagpapahiwatig na ang porcelana body sa bahaging ito ay hindi continuous, isa pang original process defect.

Mula sa macroscopic inspection results ng mga sample, maaaring masabi na ang faulty porcelana bushing ay may maraming original process defects, kasama ang hindi pantay na materyal, hindi continuous na porcelana body, walang glazing sa ibabaw, at maraming maliit na butas.

Scanning Electron Microscopy (SEM) Analysis ng Microscopic Morphology

Nag-conduct ng SEM analysis sa mga sample mula sa normal section, red-colored area, smooth-surfaced region, at inner discharge surface ng porcelana bushing. Ang scanning microscopic images ng mga sample ay ipinaliwanag sa Figure 4.

Tulad ng ipinaliwanag sa Figure 4a, ang sample mula sa normal section ng porcelana bushing ay nagpapakita ng rough surface na may directional fracture textures. May malaking bilang ng pores na pantay-pantay na nakalagay, na nagpapahiwatig na ang porcelana ng bushing ay porous at may relatibong mababang density.

Ipinaliwanag ng Figure 4b na ang sample mula sa red-colored area ay may maraming pores din. Kumpara sa normal-section sample, ang mga pores na ito ay mas malaki ang laki, mas kaunti ang densidad, at ang porcelana density ay relatibong mas mataas. Ito ay nagpapahiwatig ng non-uniform sintering ng porcelana material sa loob ng bushing.

Mula sa Figure 4c, makikita na ang smooth-surfaced sample ay may maraming pores din, kasama ang maraming uneven pits na scattered sa ibabaw nito. Bagaman, ang kabuuang ibabaw ay mukhang relatively smooth at flat, na nagpapahiwatig na ang abnormal characteristics ng section na ito ay pre-existed bago ang fracture.

Ipinaliwanag ng Figure 4d na ang glaze sa discharge-cauterized surface ay smooth pero may maraming bubbles at pits. Ang mga features na ito ay dulot ng pag-release ng gases sa panahon ng melting process ng glaze, na triggered ng high temperatures na nagawa sa panahon ng discharge event.

Scanning Electron Microscopy (SEM) Analysis ng Microscopic Morphology

Nag-conduct ng SEM analysis sa mga sample mula sa normal section, red-colored area, smooth-surfaced region, at inner discharge surface ng porcelana bushing. Ang scanning microscopic images ng mga sample ay ipinaliwanag sa Figure 4.

Tulad ng ipinaliwanag sa Figure 4a, ang sample mula sa normal section ng porcelana bushing ay nagpapakita ng rough surface na may directional fracture textures. May malaking bilang ng pores na pantay-pantay na nakalagay, na nagpapahiwatig na ang porcelana ng bushing ay porous at may relatibong mababang density.

Ipinaliwanag ng Figure 4b na ang sample mula sa red-colored area ay may maraming pores din. Kumpara sa normal-section sample, ang mga pores na ito ay mas malaki ang laki, mas kaunti ang densidad, at ang porcelana density ay relatibong mas mataas. Ito ay nagpapahiwatig ng non-uniform sintering ng porcelana material sa loob ng bushing.

Mula sa Figure 4c, makikita na ang smooth-surfaced sample ay may maraming pores din, kasama ang maraming uneven pits na scattered sa ibabaw nito. Bagaman, ang kabuuang ibabaw ay mukhang relatively smooth at flat, na nagpapahiwatig na ang abnormal characteristics ng section na ito ay pre-existed bago ang fracture.

Ipinaliwanag ng Figure 4d na ang glaze sa discharge-cauterized surface ay smooth pero may maraming bubbles at pits. Ang mga features na ito ay dulot ng pag-release ng gases sa panahon ng melting process ng glaze, na triggered ng high temperatures na nagawa sa panahon ng discharge event.

Sa pamamagitan ng SEM micromorphology analysis, maaaring masabi na ang porcelana sleeve ay may inherent defects tulad ng loose porcelana structure, low density, at abnormal cross-sections.

Energy Spectrum Analysis

Tulad ng nabanggit, ginawa ang energy spectrum analysis sa mga elemento sa ibabaw at kanilang distribution sa apat na iba't ibang lugar ng sample. Ipinaliwanag ng Figure 5 ang detalyadong halimbawa ng surface element distribution diagram. Ang mga elemento sa ibabaw ng mga sample mula sa normal section, smooth surface, at discharge part ng porcelana sleeve ay pangunahing binubuo ng oxygen (O), silicon (Si), at aluminum (Al). 

Kabuuan, ang distribution ng mga elemento sa ibabaw ng mga sample na ito ay relatibong pantay. Gayunpaman, ang distribution ng mga elemento sa ibabaw ng sample mula sa red-colored area ay hindi pantay. Sa lower-right region ng sample na ito, ang nilalaman ng oxygen (O), aluminum (Al), at potassium (K) ay lumalaki nang significant, habang ang distribution ng silicon (Si) elements ay patuloy na consistent. Ito ay nagpapahiwatig na sa panahon ng sintering process ng rehiyon na ito, ang distribution ng O, Al, at K elements ay hindi homogeneous.

Samantala, ginawa ang comparison ng pangunahing nilalaman ng mga elemento ng apat na samples, at ang resulta ay ipinaliwanag sa Table 1. Ang oxygen (O) element content sa ibabaw ng normal-section sample ay mas mataas kaysa sa iba pang tatlong samples, habang ang silicon (Si) element content naman ay mas mababa. Ito ay nagpapahiwatig na ang komposisyon ng materyal ay hindi pantay-pantay sa iba't ibang bahagi ng porcelana sleeve sample. 

Ang mga samples mula sa red region ay may relatibong mataas na silicon (Si) content at ang pinakamababang oxygen (O) content. Bukod dito, natuklasan ang significant amount ng copper (Cu) sa ibabaw ng inner-wall discharge part ng porcelana sleeve. Ito ay dahil sa melting at evaporation ng bronze sa loob ng porcelana sleeve sa high temperatures sa panahon ng discharge process, na sinusundan ng sputtering at deposition sa inner surface ng porcelana sleeve.

Scanning Distribution ng Surface Elements ng Mga Sample

Batay sa energy spectrum analysis, maaaring masiguradong masabi na sa panahon ng sintering process ng porcelana sleeve, ang distribution ng iba't ibang elements ay highly non-uniform. Ang non-uniformity na ito ay direktang nagpapahiwatig na ang materyal ng iba't ibang sections sa loob ng porcelana sleeve ay may significant disparities.

Conclusion at Mga Puna

Conclusion

Sa pamamagitan ng macroscopic inspection, SEM micromorphology analysis, at energy spectrum analysis, natuklasan na ang porcelana sleeve ay may characteristics tulad ng relatively loose structure, internal stratification, uneven composition, at presence ng micropores. Bukod dito, may inherent defects sa inner surface ng porcelana sleeve, kasama ang local unglazed areas at subpar manufacturing process quality.

Dahil sa mga macroscopic at microscopic defects ng porcelana sleeve, sa panahon ng mahabang-term na outdoor operation, ang external moisture at gases ay unti-unting pumapasok sa sleeve. Ito ay nagresulta sa degradation ng insulation performance ng porcelana sleeve. Sa epekto ng electric field, nagkaroon ng electrical discharge sa pagitan ng internal conductor at weak areas ng porcelana sleeve. Ang discharge ay nag-generate ng local high temperatures sa loob ng porcelana sleeve at nag-deteriorate ng performance ng insulating silicone grease. Sa huli, sa epekto ng internal pressure, ang porcelana sleeve ay sumabog.

Mga Puna

• Ang mga manufacturer ng porcelana sleeve ay dapat palakasin ang quality control sa panahon ng firing process ng porcelana sleeves upang matiyak ang consistent at high-quality product output.

• Dapat mag-implement ng appropriate protective measures sa panahon ng transport ng porcelana sleeve products. Mahalaga ito upang maiwasan ang severe vibrations o collisions na maaaring makasira sa porcelana sleeves.

• Ina-advice ang mga user ng product na palakasin ang quality sampling inspection ng porcelana sleeves ng incoming equipment. Ito ay upang matiyak na ang quality ng warehoused equipment ay sumasabay sa required standards.

• Dapat bigyan ng close attention ang operational status ng batch ng equipment. Lalo na, para sa equipment na may existing silicone grease leakage o porcelana sleeve cracks, dapat mag-conduct ng prompt power-outage maintenance at flaw detection upang maiwasan ang potential failures at matiyak ang safe at reliable operation ng electrical system.