35kV ārējā vakuumtraucētāja stabiņa porceļāna rūķīta defektu analīze

ZW7 - 40.5 ārā izmanto vakuuma loku dzēšanas vidu. Loku dzēšanas kameras kustīgais gals ir savienots ar pārvaldības mehānismu, izmantojot šķautli un izolējošu stieņu. Lokāmāja kopējā struktūra ir porcelāna rūtveida.

Augšējā porcelāna rūte ir loku dzēšanas kameras porcelāna rūte, bet apakšējā darbojas kā atbalstoša porcelāna rūte. Trīs fāzes porcelānas rūtes ir uzstādītas uz struktūras, un trīs fāzes strāvas transformatori ir iebūvēti apakšējā atbalstošajā porcelāna rūtē un savienoti ar lokāmājas galveno tīklu (kā parādīts 1. attēlā). Gan augšējā, gan apakšējā porcelāna rūte ir aizpildītas ar vakuuma izolējošu silikona eļļu, kas izrāda lieliskas izolējošas īpašības.

Augstsprieguma lokāmāju porcelāna rūtes parasti izgatavo no augstspēka aluminijumoksidu keramikas, kas raksturojas labu ķīmisko stabilitāti, lieliskām izolējošām īpašībām un augstu mehānisko stiprumu. Keramikas rūtu veiktspēja tieši saistīta ar veselā aprīkojuma izmantošanas laiku. Bieži sastopami ārējo lokāmāju defektu cēloņi ietver flanžu spraugas, porcelāna rūtu deformāciju un spraugu, cementa izplešanos, novecošanu, rokāšanos utt. Noteiktā 110kV pārvades līnijā notikuši septiņi lokāmāju defekti, no kuriem porcelāna rūtu spraugu defekti veido 41%.

Defekta situācija

110kV pārvadājumu stacijā 35kV lokāmājas A fāzes porcelāna rūte izplūstēja. Daļa porcelāna rūtes starp trešo dažu un apakšējo flanžu atbrīvojās un izleja, un iekšējā izolējošā silikona eļļa izpludinājās, spiežot aprīkojumu apturēt darbību. Defektnā lokāmāja vietējā pārbaude parādīja, ka defekta tiešā cēlonis bija tāds, ka lokāmājas atbalstošās porcelāna rūtes iekšējā augstsprieguma vadītājs reaģēja ar porcelāna rūti, un izplūdes dēļ radītais augstā temperatūra loks izraisīja porcelāna rūtes izplūstēšanu un iekšējā izolējošā silikona eļļas izpludināšanos.

Izvilkuma analīze

Makroskopiskā pārbaude

Izvilkuma metode tika izmantota, lai iegūtu divus tipiskus paraugus no dažu porcelāna rūtes, un pārbaudes rezultāti ir šādi:

2. attēls parāda 1. parauga makroskopisko morfologiju, kas tika uzņemts vietas. Parauga porcelāna rūtes iekšējā sienā ir liela loka degušanas pazīmes. Aptuveni 50.89mm garā daļā porcelāna rūtes spraugas virsma ir bieži grausa krāsa, un dažās zonās ir ugunsgrāvi. Spraugas morfologija ir būtiski atšķirīga no citām daļām. 1. parauga trīs daļas tika pārbaudītas atsevišķi, kā parādīts 2b, 2c un 2d attēlos.

Kā redzams no 2b attēla, parauga iekšējā siena glazūra ir degusi un izsilinājusi, veidojot daudzus dažādu lielumu logus. Galvenes sienas malā ir gļausta virsma, kas atšķiras no glazūras izsilināšanas zīmēm, norādot, ka nav glazūras vai materiāls ir nevienmērīgs. 2c attēlā parauga daža saknes sarkanā zona ir gļausta, ar smagu tekstūru, daudziem maziem logiem virsma, kur zems un pamats ir melnbalts. 

Sarkanais materiāls ir nevienmērīgi sadalīts, virsma ir nevienmērīga, ir lokāls izliekums, un malā ir skaidri melns robeža ar porcelāna ķermeni, kas liecina, ka šajā zonā materiāls ir anormāls. 2d attēls ir daža parauga normālas zonas lokāli palielināts attēls. No attēla redzams, ka parauga virsma satur daudzus mazus logus, un lielākais logs ir aptuveni 0.1mm diametra.

3. attēls attēlo 2. parauga makroskopisko izskatu. Parauga iekšējā sienā ir zonas, kur ir novērojamas loka degušanas pazīmes un neapglazēta zona, kā parādīts 3a attēla 1. un 2. daļās. Uzmanīgi jāatzīmē, ka loka degušanas vietā glazūra satur daudzus logus, kas ir rezultāts glazūras izsilināšanai, izjauktas ar augstām temperatūrām. 3a attēla 2. vietā iekšējā sienā ir aptuveni 17.92 mm garā un 2 mm dziļa virsmas izliekums. Šīs zonas krāsa atbilst porcelāna ķermeņa krāsai, kas ir melnbalta, kas liecina, ka virsma nav apglazēta, pārstāvot sākotnējo ražošanas defektu.

3b attēls parāda 2. parauga malas makroskopisko izskatu. No attēla redzams, ka parauga malas daļa ir apgaismojusi un gļausta, salīdzinājumā ar neregulāro normālo spraugas virsmu. Tas liecina, ka šajā daļā porcelāna ķermenis ir nepārtraukts, kas ir vēl viens sākotnējais ražošanas defekts.

No paraugu makroskopiskās pārbaudes rezultātiem var secināt, ka defektā porcelāna rūte parāda vairākus sākotnējos ražošanas defektus, tostarp nevienmērīgu materiālu, nepārtrauktu porcelāna ķermeni, neapglazētu virsmu un daudzus mazus logus.

Rakstura mikromorfoloģijas skenējošās elektronu mikroskopijas (SEM) analīze

Tika veikta SEM analīze normālajām sekcijām, sarkanajām zonām, gļaustiem virsmai un porcelāna rūtes iekšējām izplūdes virsmām. Paraugu skenēšanas mikroskopiskie attēli ir parādīti 4. attēlā.

Kā parādīts 4a attēlā, paraugs no normālās porcelāna rūtes sekcijas parāda griezuma virsmu ar virzieniem. Tā sienā ir vienmērīgi sadalīti daudzi logi, kas liecina, ka porcelāna rūtes porcelāna ir porosa un relatīvi zema blīvība.

4b attēls parāda, ka paraugs no sarkanās zonas arī satur daudzus logus. Salīdzinājumā ar normālās sekcijas paraugu šie logi ir lielāki, mazāk blīvi un porcelāna blīvība ir relatīvi augstāka. Tas liecina, ka porcelāna materiāla sinterēšana rūtē nav vienmērīga.

No 4c attēla redzams, ka gļaustā virsma paraugs arī satur daudzus logus, kā arī daudzus nevienmērīgus logus visā virsmā. Tomēr kopumā virsma izskatās relatīvi gļausta un plakana, liecinoši, ka šīs sekcijas anormālās īpašības pastāvēja pirms griezuma.

4d attēls parāda, ka izplūdes izsiltinātā virsma ir gļausta, bet to apkropļo daudzi burbuli un logi. Šīs īpašības ir rezultāts gazu izdalīšanās procesam, kas notiek, kad glazūra izsiltina, izraisīta augstām temperatūrām, kas rodas izplūdes laikā.

Rakstura mikromorfoloģijas skenējošās elektronu mikroskopijas (SEM) analīze

Tika veikta SEM analīze normālām sekcijām, sarkanajām zonām, gļaustiem virsmai un porcelāna rūtes iekšējām izplūdes virsmām. Paraugu skenēšanas mikroskopiskie attēli ir parādīti 4. attēlā.

Kā parādīts 4a attēlā, paraugs no normālās porcelāna rūtes sekcijas parāda griezuma virsmu ar virzieniem. Tā sienā ir vienmērīgi sadalīti daudzi logi, kas liecina, ka porcelāna rūtes porcelāna ir porosa un relatīvi zema blīvība.

4b attēls parāda, ka paraugs no sarkanās zonas arī satur daudzus logus. Salīdzinājumā ar normālās sekcijas paraugu šie logi ir lielāki, mazāk blīvi un porcelāna blīvība ir relatīvi augstāka. Tas liecina, ka porcelāna materiāla sinterēšana rūtē nav vienmērīga.

No 4c attēla redzams, ka gļaustā virsma paraugs arī satur daudzus logus, kā arī daudzus nevienmērīgus logus visā virsmā. Tomēr kopumā virsma izskatās relatīvi gļausta un plakana, liecinoši, ka šīs sekcijas anormālās īpašības pastāvēja pirms griezuma.

4d attēls parāda, ka izplūdes izsiltinātā virsma ir gļausta, bet to apkropļo daudzi burbuli un logi. Šīs īpašības ir rezultāts gazu izdalīšanās procesam, kas notiek, kad glazūra izsiltina, izraisīta augstām temperatūrām, kas rodas izplūdes laikā.

Pamatojoties uz SEM mikromorfoloģijas analīzi, var secināt, ka porcelāna rūtei ir inheirenti defekti, piemēram, slaba porcelāna struktūra, zema blīvība un anormālas sekcijas.

Enerģijas spektra analīze

Kā minēts iepriekš, tika veikta enerģijas spektra analīze četrās dažādās parauga vietas virsmai elementu un to sadalījumam. 5. attēls parāda detalizētu piemēru virsmai elementu sadalījuma diagrammai. Elementi normālās sekcijas, gļaustās virsmas un izplūdes daļas porcelāna rūtes paraugos galvenokārt sastāv no skābekļa (O), kremņa (Si) un alumiņa (Al).

Kopumā šo paraugu virsmai elementu sadalījums ir relatīvi vienmērīgs. Tomēr sarkanās zonas parauga virsmai elementu sadalījums ir nevienmērīgs. Šī parauga apakšējā labajā zonā skābekļa (O), alumiņa (Al) un kalija (K) daudzums ir būtiski pieaudzis, savukārt kremņa (Si) elementu sadalījums paliek relatīvi vienmērīgs. Tas liecina, ka šīs zonas sinterēšanas laikā O, Al un K elementu sadalījums nebija vienmērīgs.

Tika veikts salīdzinājums četrus paraugus, un rezultāti ir parādīti 1. tabulā. Normālās sekcijas parauga virsmai skābekļa (O) elementa daudzums ir būtiski augstāks nekā pārējiem trim paraugiem, savukārt kremņa (Si) elementa daudzums ir zemāks. Tas liecina, ka materiāla sastāvs atšķiras nevienmērīgi dažādās porcelāna rūtes parauga daļās.

Sarkanās zonas paraugos kremņa (Si) elementa daudzums ir relatīvi augsts, un skābekļa (O) elementa daudzums ir zemākais. Turklāt porcelāna rūtes iekšējās izplūdes daļas virsmai tika noteikts būtisks daudzums vaļšmetāla (Cu). Tas ir rezultāts bronze izsiltināšanās un izgaistošanas porcelāna rūtē augstās temperatūras laikā, kas izraisīja vaļšmetāla izmetašanu un depozīciju porcelāna rūtes iekšējā virsmā.

Paraugu virsmai elementu skenēšanas sadalījums

Pamatojoties uz enerģijas spektra analīzi, var droši secināt, ka porcelāna rūtes sinterēšanas laikā dažādu elementu sadalījums ir ļoti nevienmērīgs. Šis nevienmērīgums tieši liecina, ka dažādās porcelāna rūtes daļās materiāli atšķiras būtiski.

Secinājumi un ieteikumi

Secinājumi

Makroskopiskā pārbaude, SEM mikromorfoloģijas analīze un enerģijas spektra analīze ir noskaidrojušas, ka porcelāna rūtei ir raksturīgas īpašības, piemēram, relatīvi slaba struktūra, iekšējā stratifikācija, nevienmērīgs sastāvs un mikrologu klātbūtne. Papildus tam, porcelāna rūtes iekšējā virsmai ir inheirenti defekti, ieskaitot lokāles neapglazētas zonas un nepietiekamu ražošanas kvalitāti.

Gara termiņa ārējā izmantošanā šie makroskopiskie un mikroskopiskie porcelāna rūtes defekti ļauj ārējai mitruma un gāzu ielejšanai rūtē. Tas vēlāk pasliktina porcelāna rūtes izolējošo veiktspēju. Elektriskā lauka ietekmē starp iekšējo vadītāju un porcelāna rūtes vājākajām zonām notiek elektroizplūde. Izplūde izraisa lokālas augstas temperatūras porcelāna rūtē un pasliktina izolējošās silikona eļļas veiktspēju. Beidzot, iekšējā spiediena ietekmē porcelāna rūte izplūst.

Ieteikumi

• Porcelāna rūču ražotājiem jāpalielina kvalitātes kontrole porcelāna rūču izsildes procesā, lai nodrošinātu vienmērīgu un augstas kvalitātes produktu izstrādi.

• Jāievieš atbilstošas aizsardzības pasākumi porcelāna rūču produktu pārvadē. Tas ir būtiski, lai novērstu smagas vibrācijas vai satricinājumus, kas varētu bojāt porcelāna rūtes.

• Produktu lietotājiem ieteicams stiprināt porcelāna rūču ievades aprīkojuma kvalitātes paraugu pārbaudi. Tas nodrošina, ka saglabājamā aprīkojuma kvalitāte atbilst prasībām.

• Jāuzrauga līdzās izstrādāto aprīkojumu darbības stāvoklis. Īpaši tām ierīcēm, kurām jau ir konstatēta silikona eļļas izplūde vai porcelāna rūču spraugas, jāveic steidzama apgādība un defektu izmeklēšana, lai izvairītos no potenciālajām kļūdām un nodrošinātu elektrotīkla drošu un uzticību darbību.