Analiza grešaka 35kV vanjskog vakuumskog prekidnika stupnjastog porcelanskog rukava

ZW7 - 40.5 vanjski vakuumski prekidač koristi vakuum kao sredstvo za ugašanje luka. Pokretni kraj ugaseonice povezan je s izlaznim vratom pogonskog mehanizma putem krivog rukava i izolirane veznice. Ukupna struktura prekidača je tipa stuba od porcelana.

Gornji porcelanski stub služi kao stub ugaseonice, a donji kao podrsni stub. Tri-fazni porcelanski stubovi su instalirani na okvir, a trofazi transformatori struje su montirani unutar donjih podrsnih porcelanskih stubova i povezani s glavnim tokom prekidača (kao što je prikazano na slici 1). I gornji i donji porcelanski stubovi su ispuni vakuum-insulativnom silikonskom mastom s odličnim insulativnim svojstvima.

Porcelanski stubovi visokonaponskih prekidača obično su izrađeni od visokojakasnog aluminijum oksid keramičkog materijala, koji ima dobra kemija stabilnost, odlične insulativne performanse i visoku mehaničku čvrstoću. Performanse keramičkih stubova direktno su vezane za vremensku trajnost cijele opreme. Uobičajeni uzroci grešaka kod vanjskih prekidača uključuju pukotine flanša, deformaciju i pukotine porcelanskih stubova, širenje cementa, starenje, koroziju itd. Na određenoj 110kV prijenosnoj liniji dogodilo se sedam propada prekidača, od kojih pukotine porcelanskih stubova čine 41%.

Stanje greške

U 110kV pretvoritelju, A-fazni porcelanski stub 35kV prekidača prasknuo je. Dio porcelanskih stubova između treće polike i donjeg flanša otklonio se i ispričao, a interna izolacijska silikonska mast istekla, prisiljavajući opremu da se isključi. Mjestovita provjera neispravnog prekidača pokazala je da je direktna uzročna greška ta da je visokonaponski vodnik unutar podrsnog porcelanskog stuba reagirao s porcelanskim stubom, a visokotemperaturni luk nastao tijekom razrjaženja uzrokovao praskanje porcelanskog stuba i protok interne izolacijske silikonske masti.

Analiza uzoraka

Makroskopiska provjera

Dva tipična uzorka dobivena su uzorkovanjem porcelanskih stubova, a rezultati provjere su sljedeći:

Slika 2 prikazuje makroskopsku morfologiju uzorka 1 uzetog na mjestu. Unutar porcelanskog stuba uzorka nalaze se velika površina ožarene površine. Duž segmenta otprilike 50.89mm, površina presjeka porcelanskog stuba uglavnom je siva, a na površini nekih područja nalaze se depoziti dima. Morfologija presjeka značajno se razlikuje od drugih dijelova. Tri dijela uzorka 1 posebno su pregledani, kao što je prikazano na slici 2b, 2c i 2d.

Kao što je vidljivo na slici 2b, glazura unutar uzorka je spaljena i otopljena, formirajući brojne jame različitih veličina. Na rubu kraja postoji gladka površina, koja se razlikuje od otopljene oznake glazure, što ukazuje na odsutnost glazure ili neuniformnosti materijala. Na slici 2c, crvena površina na korijenu polike ima gladku površinu, tvrd teksturu, brojne male rupe na površini, s površinom pozadine i dna sivobijelog boje.

Crveni materijal je neuniformno raspoređen, površina je neravna, postoji lokalni bumb, a rub ima očito crnu granicu s porcelanskim tijelom, što upućuje na to da je materijal u tom području anormalan. Slika 2d je lokalno uvećana slika normalnog dijela presjeka polike. Kao što je vidljivo na slici, na površini uzorka nalazi se mnogo malih rupeva, a najveća rupa ima promjer otprilike 0.1mm.

Slika 3 prikazuje makroskopski izgled uzorka 2#. Unutar uzorka postoje znakovi lokalnog lukog gorena i nepokrivenog područja, kao što je označeno na dijelu 1 i 2 slike 3a. Nalazno, glazura na mjestu lukog gorena ima brojne pore, rezultat otopljavanja glazure nakon izlaganja visokim temperaturama. Na mjestu 2 unutar, postoji površinski pad otprilike 17.92 mm dugačak i 2 mm dubok. Boja ovog područja odgovara boji porcelanskog tijela, sivobijela, što upućuje na to da površina nema glazuru, predstavlja originalni proizvodni defekt.

Slika 3b prikazuje stranu makroskopsku morfologiju uzorka 2#. Iz slike je vidljivo da dio strane uzorka ima okruglu i gladku površinu, suprotno gruboj normalnoj površini presjeka. To upućuje na to da je porcelansko tijelo u tom dijelu nedostupno, još jedan originalni proizvodni defekt.

Iz makroskopskih rezultata provjere uzoraka može se zaključiti da neispravni porcelanski stub pokazuje nekoliko originalnih proizvodnih defekata, uključujući neuniformni materijal, nedostupan porcelanski stub, nepokrivenu površinu i veliki broj malih rupeva.

Analiza mikroskopije skeniranjem elektronskim mikroskopom (SEM)

Analiza SEM provedena je na uzorcima iz normalnog presjeka, crvenog područja, glatkog površinskog područja i unutarnje površine razrjaženja porcelanskog stuba. Skenirane mikroskopije uzoraka prikazane su na slici 4.

Kao što je prikazano na slici 4a, uzorak iz normalnog presjeka porcelanskog stuba pokazuje grubu površinu s orijentiranim teksturama presjeka. Značajan broj pora ravnomjerno je raspoređen po njemu, što upućuje na to da je porcelanski stub porozan i ima relativno nisku gustoću.

Slika 4b pokazuje da uzorak iz crvenog područja također ima brojne pore. U usporedbi s uzorkom iz normalnog presjeka, ove pore su veće, manje guste, a gustoća porcelana je relativno veća. To upućuje na neuniformno sinteriranje porcelanskog materijala unutar stuba.

Iz slike 4c može se vidjeti da glatkopovršinski uzorak također sadrži veliki broj pore, uz brojne neuniformne jame raspršene po površini. Unatoč tome, ukupna površina izgleda relativno glatka i ravna, što upućuje na to da su anormalne karakteristike ovog dijela bile prisutne prije presjeka.

Slika 4d pokazuje da je glazura na površini razrjaženja glatka, ali posipačka s brojnim bubnjacima i jamama. Ove karakteristike su atribuirane oslobađanju plinova tijekom procesa otopljavanja glazure, pokrenutog visokim temperaturama generiranim tijekom događaja razrjaženja.

Analiza mikroskopije skeniranjem elektronskim mikroskopom (SEM)

Analiza SEM provedena je na uzorcima iz normalnog presjeka, crvenog područja, glatkog površinskog područja i unutarnje površine razrjaženja porcelanskog stuba. Skenirane mikroskopije uzoraka prikazane su na slici 4.

Kao što je prikazano na slici 4a, uzorak iz normalnog presjeka porcelanskog stuba pokazuje grubu površinu s orijentiranim teksturama presjeka. Značajan broj pora ravnomjerno je raspoređen po njemu, što upućuje na to da je porcelanski stub porozan i ima relativno nisku gustoću.

Slika 4b pokazuje da uzorak iz crvenog područja također ima brojne pore. U usporedbi s uzorkom iz normalnog presjeka, ove pore su veće, manje guste, a gustoća porcelana je relativno veća. To upućuje na neuniformno sinteriranje porcelanskog materijala unutar stuba.

Iz slike 4c može se vidjeti da glatkopovršinski uzorak također sadrži veliki broj pore, uz brojne neuniformne jame raspršene po površini. Unatoč tome, ukupna površina izgleda relativno glatka i ravna, što upućuje na to da su anormalne karakteristike ovog dijela bile prisutne prije presjeka.

Slika 4d pokazuje da je glazura na površini razrjaženja glatka, ali posipačka s brojnim bubnjacima i jamama. Ove karakteristike su atribuirane oslobađanju plinova tijekom procesa otopljavanja glazure, pokrenutog visokim temperaturama generiranim tijekom događaja razrjaženja.

Kroz analizu mikromorfologije SEM može se zaključiti da porcelanski stub ima inhere defekte poput loshe strukture, niske gustoće i anormalnih presjeka.

Analiza energijskog spektra

Kao što je opisano, analiza energijskog spektra provedena je na površinskim elementima i njihovom rasporedu na četiri različita mjesta uzorka. Slika 5 ilustrira detaljan primjer dijagrama rasporeda površinskih elemenata. Elementi na površini uzoraka iz normalnog presjeka, glatkog površinskog područja i dijela razrjaženja porcelanskog stuba uglavnom se sastoje od kisika (O), kremnijevog (Si) i aluminijumskega (Al).

Ukupno, raspored elemenata na površini ovih uzoraka je relativno uniforman. Međutim, raspored elemenata na površini uzorka iz crvenog područja nije uniforman. U donjem desnom području ovog uzorka, sadržaj kisika (O), aluminija (Al) i kalijuma (K) značajno se povećao, dok je raspored elemenata kremnijeva (Si) ostao relativno konstantan. To upućuje na to da tijekom procesa sinteriranja ovog područja, raspored elemenata O, Al i K nije bio homogen.

Također je provedeno usporedba glavnih elemenata četiri uzorka, a rezultati su prikazani u tablici 1. Sadržaj elementa kisika (O) na površini uzorka iz normalnog presjeka značajno je veći od ostalih tri uzorka, dok je sadržaj elementa kremnijeva (Si) niži. To upućuje na to da se sastav materijala neuniformno razlikuje u različitim dijelovima uzorka porcelanskog stuba.

Uzorci iz crvenog područja imaju relativno visok sadržaj kremnijeva (Si) i najniži sadržaj kisika (O). Također je detektiran značajan sadržaj bakra (Cu) na površini unutarnje površine razrjaženja porcelanskog stuba. To je posljedica otopljavanja i isparavanja bronca unutar porcelanskog stuba pri visokim temperaturama tijekom procesa razrjaženja, nakon čega se nanosi na unutarnju površinu porcelanskog stuba.

Skeniranje rasporeda površinskih elemenata uzoraka

Na temelju analize energijskog spektra može se s pouzdano zaključiti da tijekom procesa sinteriranja porcelanskog stuba, raspored različitih elemenata vrlo je neuniforman. Ova neuniformnost direktno upućuje na to da materijali različitih dijelova unutar porcelanskog stuba pokazuju značajne razlike.

Zaključci i prijedlozi

Zaključci

Kroz makroskopsku provjeru, analizu mikromorfologije SEM i analizu energijskog spektra utvrđeno je da porcelanski stub pokazuje karakteristike poput relativno loshe strukture, internih slojeva, neuniformnog sastava i prisustva mikropora. Također, na unutarnjoj površini porcelanskog stuba prisutni su inhere defekti, uključujući lokalne nepokrivene površine i loše kvalitetne proizvodne procese.

Zbog ovih makroskopskih i mikroskopskih defekata u porcelanskom stubu, tijekom dugoročnog vanjskog rada, vanjska vlaga i plinovi postepeno prodriju u stub. Ova penetracija dovodi do degradacije izolacijske performanse porcelanskog stuba. Pod utjecajem električnog polja, događa se električno razrjaženje između internog vodnika i slabiših dijelova porcelanskog stuba. Razrjaženje generira lokalne visoke temperature unutar porcelanskog stuba i deterioreira performanse izolacijske silikonske masti. Konačno, pod djelovanjem internog tlaka, porcelanski stub praskne.

Prijedlozi

• Proizvođači porcelanskih stubova trebaju poboljšati kontrolu kvalitete tijekom procesa paljenja porcelanskih stubova kako bi osigurali konzistentnu i visokokvalitetnu proizvodnju.

• Trebaju se implementirati odgovarajuće zaštitne mjere tijekom transporta proizvoda porcelanskih stubova. To je ključno za sprečavanje teških vibracija ili sudara koji bi mogli oštetiti porcelanske stubove.

• Korisnicima proizvoda preporučuje se jačanje uzorkovanja i provjere kvalitete porcelanskih stubova dolazne opreme. Ova praksa osigurava da kvaliteta skladištenih oprema odgovara potrebnim standardima.

• Treba se pažljivo pratiti operativno stanje serije opreme. Posebno, za opremu s postojećim curenjem silikonske masti ili pukotinama porcelanskog stuba, trebaju se odmah provesti isključivanje struje, održavanje i detektiranje grešaka kako bi se spriječile potencijalne propade i osigurala sigurna i pouzdana radnja električnog sustava.