Foutanalyse van 35kV buitenzijde vacuümschakelaar pilaar porseleinen mouw

De ZW7 - 40.5 buitenste vacuümschakelaar gebruikt vacuüm als boogdoofmedium. Het bewegende einde van de boogdoofkamer is verbonden met de uitgangsschacht van het bedieningsmechanisme via een krukas en een isolerende stang. De algemene structuur van de schakelaar is van het porseleinen buis type.

De bovenste porseleinen bus dient als de boogdoofkamer porseleinen bus, en de onderste fungeert als de dragende porseleinen bus. De driefasporseleinen bussen zijn geïnstalleerd op een frame, en de driefastrafo's zijn gemonteerd binnen de onderste dragende porseleinen bussen en verbonden met het hoofdcircuit van de schakelaar (zoals weergegeven in figuur 1). Zowel de bovenste als de onderste porseleinen bussen zijn gevuld met vacuüm-isolerende siliconenolie met uitstekende isolerende eigenschappen.

De porseleinen bussen van hoogspanningschakelaars worden meestal gemaakt van hoogwaardige alumina keramiek, die kenmerkt door goede chemische stabiliteit, uitstekende isolatieprestaties en hoge mechanische sterkte. De prestaties van keramische bussen staan direct in verband met de levensduur van de hele apparatuur. Gewone oorzaken van storingen bij buitenste schakelaars omvatten flensbarsten, porseleinen busvervorming en barsten, cementexpansie, veroudering, roest, enz. In een bepaald 110kV transportnetwerk zijn zeven schakelaarstoringen voorgekomen, waarvan porseleinen busbarstensstoringen 41% uitmaken.

Storingsituatie

In een 110kV onderstation barstte de A-fase porseleinen bus van een 35kV schakelaar. Een deel van de porseleinen bus tussen de derde richel en de onderste flens viel af en vloog weg, en de interne isolerende siliconenolie lekte uit, waardoor de apparatuur moest worden stilgelegd. Ter plaatse inspectie van de defecte schakelaar toont aan dat de directe oorzaak van de storing is dat de hoogspanningsgeleider binnen de dragende porseleinen bus van de schakelaar reageerde met de porseleinen bus, en de hoge temperatuurboog veroorzaakt door de ontlading zorgde voor het barsten van de porseleinen bus en het uitlekken van de interne isolerende siliconenolie.

Monsteranalyse

Macroscopische inspectie

Twee typische monsters werden verkregen door monstering van de richelporseleinen bus, en de inspectieresultaten zijn als volgt:

Figuur 2 toont de macroscopische morfologie van monster 1 ter plaatse genomen. Er zijn grote oppervlakken boogbrandsporen op de binnenwand van de porseleinen bus van het monster. Langs een sectie van ongeveer 50.89 mm lengte, is de breukvlak van de porseleinen bus grotendeels grijs, en er zijn roetafzettingen op het oppervlak van sommige gebieden. De sectiemorfologie verschilt aanzienlijk van andere delen. De drie delen van monster 1 werden apart geïnspecteerd, zoals weergegeven in figuur 2b, 2c en 2d.

Zoals te zien is in figuur 2b, is de glazuur op de binnenwand van het monster verbrand en gesmolten, wat talrijke putjes van verschillende grootte heeft veroorzaakt. Er is een glad oppervlak aan de rand van de eindvlak, wat anders is dan de glazuur-smeltsporen, wat wijst op het ontbreken van glazuur of onevenmatig materiaal. In figuur 2c is het rode gebied aan de wortel van de richel glad, hard, met talrijke kleine gaatjes op het oppervlak, met de achter- en onderkant grijs-wit.

Het rode materiaal is onevenmatig verdeeld, het oppervlak is oneffen, er is een lokale bult, en de rand heeft een duidelijke zwarte grens met het porseleinen lichaam, wat suggereert dat het materiaal in dit gebied abnormaal is. Figuur 2d is een lokaal vergroot beeld van het normale gebied van de richelsectie. Uit de figuur blijkt dat er veel kleine gaatjes op het oppervlak van het monster zijn, en het grootste gaatje heeft een diameter van ongeveer 0,1 mm.

Figuur 3 toont de macroscopische uiterlijke kenmerken van monster 2#. Op de binnenwand van het monster zijn sporen van lokale boogbranding en een niet-geglazuurd gebied zichtbaar, zoals aangegeven in delen 1 en 2 van figuur 3a. Opvallend is dat de glazuur op de boogbrandplaats talrijke poriën vertoont, een gevolg van het smelten van de glazuur na blootstelling aan hoge temperaturen. Op plaats 2 op de binnenwand is er een oppervlakte-depressie van ongeveer 17,92 mm lang en 2 mm diep. De kleur van dit gebied komt overeen met die van het porseleinen lichaam, grijs-wit, wat suggereert dat het oppervlak geen glazuur heeft, wat een originele processiefout betekent.

Figuur 3b toont de zijdelingse macroscopische morfologie van monster 2#. Uit de figuur blijkt dat een sectie van de zijkant van het monster een ronde en gladde oppervlakte heeft, in contrast met de ruwe normale breukvlak. Dit wijst erop dat het porseleinen lichaam in dit deel discontinu is, nog een originele processiefout.

Uit de macroscopische inspectieresultaten van de monsters kan worden afgeleid dat de defecte porseleinen bus verschillende originele processiefouten vertoont, waaronder onevenmatig materiaal, een discontinu porseleinen lichaam, een niet-geglazuurd oppervlak en een groot aantal kleine gaatjes.

Raster Elektronen Microscopie (SEM) Analyse van Microscopische Morfologie

SEM-analyse werd uitgevoerd op monsters van de normale sectie, het rode gebied, het gladde oppervlak, en het innerlijke ontladingsoppervlak van de porseleinen bus. De scanmicroscopische beelden van de monsters worden weergegeven in figuur 4.

Zoals weergegeven in figuur 4a, toont het monster van de normale sectie van de porseleinen bus een ruw oppervlak met richtingsafhankelijke breukteksturen. Een aanzienlijk aantal poriën is gelijkmatig verdeeld over het oppervlak, wat suggereert dat de porselein van de bus poreus is en een relatief lage dichtheid heeft.

Figuur 4b toont dat het monster van het rode gebied ook talrijke poriën heeft. In vergelijking met het normale sectie-monster zijn deze poriën groter, minder dicht gepakt, en de porseleinen dichtheid is relatief hoger. Dit wijst op een ongelijke sintering van het porseleinen materiaal binnen de bus.

Uit figuur 4c kan worden opgemerkt dat het gladde oppervlak-monster ook een groot aantal poriën bevat, samen met talrijke oneffen putjes verspreid over het oppervlak. Ondanks dit, lijkt het oppervlak in zijn geheel relatief glad en vlak, wat impliceert dat de abnormale kenmerken van deze sectie al bestonden voordat de breuk plaatsvond.

Figuur 4d toont dat de glazuur op het ontladings-verbrande oppervlak glad is, maar bezaaid met talrijke bubbels en putjes. Deze kenmerken zijn toe te schrijven aan het vrijkomen van gassen tijdens het smelten van de glazuur, veroorzaakt door de hoge temperaturen die tijdens het ontladingsgebeuren worden gegenereerd.

Raster Elektronen Microscopie (SEM) Analyse van Microscopische Morfologie

SEM-analyse werd uitgevoerd op monsters van de normale sectie, het rode gebied, het gladde oppervlak, en het innerlijke ontladingsoppervlak van de porseleinen bus. De scanmicroscopische beelden van de monsters worden weergegeven in figuur 4.

Zoals weergegeven in figuur 4a, toont het monster van de normale sectie van de porseleinen bus een ruw oppervlak met richtingsafhankelijke breukteksturen. Een aanzienlijk aantal poriën is gelijkmatig verdeeld over het oppervlak, wat suggereert dat de porselein van de bus poreus is en een relatief lage dichtheid heeft.

Figuur 4b toont dat het monster van het rode gebied ook talrijke poriën heeft. In vergelijking met het normale sectie-monster zijn deze poriën groter, minder dicht gepakt, en de porseleinen dichtheid is relatief hoger. Dit wijst op een ongelijke sintering van het porseleinen materiaal binnen de bus.

Uit figuur 4c kan worden opgemerkt dat het gladde oppervlak-monster ook een groot aantal poriën bevat, samen met talrijke oneffen putjes verspreid over het oppervlak. Ondanks dit, lijkt het oppervlak in zijn geheel relatief glad en vlak, wat impliceert dat de abnormale kenmerken van deze sectie al bestonden voordat de breuk plaatsvond.

Figuur 4d toont dat de glazuur op het ontladings-verbrande oppervlak glad is, maar bezaaid met talrijke bubbels en putjes. Deze kenmerken zijn toe te schrijven aan het vrijkomen van gassen tijdens het smelten van de glazuur, veroorzaakt door de hoge temperaturen die tijdens het ontladingsgebeuren worden gegenereerd.

Door SEM-micromorfologische analyse kan worden afgeleid dat de porseleinen bus inherent defecten heeft zoals losse porseleinen structuur, lage dichtheid en abnormale doorsnedes.

Energie Spectrum Analyse

Zoals hierboven beschreven, werd energie spectrum analyse uitgevoerd op de oppervlakte-elementen en hun distributie op vier verschillende locaties van het monster. Figuur 5 illustreert een gedetailleerd voorbeeld van de oppervlakte-elementendistributiediagram. De elementen op de oppervlakte van de monsters van de normale sectie, gladde oppervlakte, en ontladingsdeel van de porseleinen bus bestaan voornamelijk uit zuurstof (O), silicium (Si) en aluminium (Al).

Algemeen gezien is de elementendistributie op de oppervlakte van deze monsters relatief uniform. Echter, de elementendistributie op de oppervlakte van het monster van het rode gebied is onevenmatig. In de onderste rechter regio van dit monster neemt de inhoud van zuurstof (O), aluminium (Al) en kalium (K) aanzienlijk toe, terwijl de distributie van silicium (Si) elementen relatief consistent blijft. Dit suggereert dat tijdens het sinterproces van deze regio, de distributie van O, Al en K elementen niet homogeen was.

Daarnaast werd een vergelijking gemaakt van de belangrijkste elementinhouden van de vier monsters, en de resultaten worden weergegeven in tabel 1. De zuurstof (O) elementinhoud op de oppervlakte van het normale sectie-monster is aanzienlijk hoger dan die van de andere drie monsters, terwijl de silicium (Si) elementinhoud lager is. Dit suggereert dat de materiaalsamenstelling ongelijkmatig varieert over verschillende delen van het porseleinen busmonster.

De monsters van het rode gebied hebben een relatief hoge silicium (Si) inhoud en de laagste zuurstof (O) inhoud. Bovendien wordt op het oppervlak van het innerlijke ontladingsdeel van de porseleinen bus een aanzienlijke hoeveelheid koper (Cu) gedetecteerd. Dit is te wijten aan het smelten en verdampen van het brons binnen de porseleinen bus bij hoge temperaturen tijdens het ontladingsproces, gevolgd door sputtering en depositie op het innerlijke oppervlak van de porseleinen bus.

Scan Distributie van Oppervlakte Elementen van Monsters

Op basis van de energie spectrum analyse kan met zekerheid worden afgeleid dat tijdens het sinterproces van de porseleinen bus, de distributie van de diverse elementen sterk onevenmatig is. Deze onevenmatigheid impliceert direct dat de materialen van de verschillende secties binnen de porseleinen bus aanzienlijke verschillen vertonen.

Conclusie en Aanbevelingen

Conclusie

Door middel van macroscopische inspectie, SEM-micromorfologische analyse en energie spectrum analyse, is vastgesteld dat de porseleinen bus kenmerken vertoont zoals relatief losse structuur, interne lagen, onevenmatige samenstelling en de aanwezigheid van microporiën. Daarnaast zijn er inherente defecten op het innerlijke oppervlak van de porseleinen bus, waaronder lokale ongeglazuurde gebieden en suboptimale productiekwaliteit.

Vanwege deze macroscopische en microscopische defecten in de porseleinen bus, dringen tijdens de lange-termijn buitenoperatie externe vochtigheid en gassen geleidelijk in de bus. Deze infiltratie leidt tot een degradatie van de isolatieprestaties van de porseleinen bus. Onder invloed van het elektrisch veld vindt elektrische ontlading plaats tussen de interne geleider en de zwakke gebieden van de porseleinen bus. De ontlading genereert lokale hoge temperaturen binnen de porseleinen bus en vermindert de prestaties van de isolerende siliconenolie. Uiteindelijk breekt de porseleinen bus onder de werking van de interne druk.

Aanbevelingen

• Porseleinen busfabrikanten moeten de kwaliteitscontrole tijdens het bakproces van porseleinen bussen versterken om een constante en hoge kwaliteit van de productie-output te garanderen.

• Geschikte beschermmaatregelen moeten worden getroffen tijdens het vervoer van porseleinen busproducten. Dit is cruciaal om ernstige trillingen of botsingen te voorkomen die potentiële schade kunnen toebrengen aan de porseleinen bussen.

• Productgebruikers worden aangeraden de kwaliteitsmonsterinspectie van de porseleinen bussen van binnenkomende apparatuur te versterken. Deze praktijk zorgt ervoor dat de kwaliteit van de ingekochte apparatuur voldoet aan de vereiste normen.

• Er moet nauwlettend aandacht worden besteed aan de operatiestatus van de partij apparatuur. Vooral voor apparatuur met bestaande siliconenolielek of porseleinen busbarsten, moet tijdig stroomonderbrekingsonderhoud en foutdetectie worden uitgevoerd om potentiële storingen te voorkomen en de veilige en betrouwbare werking van het elektrische systeem te waarborgen.