Feilanalyse av 35kV utendørs vakuum strømbryter stolpe porcelænsmansett

ZW7 - 40.5 utendørs vakuumbryter bruker vakuum som slukkemiddel. Den bevegelige enden av slukkekammeret er koblet til styreverkets utgangsakse gjennom en krummarm og en isolert stang. Bryterens totale struktur er av type porcelænsbushing-stolpe.

Den øvre porcelænsbushing fungerer som slukkekammerporcelænsbushing, mens den nedre fungerer som støtteporcelænsbushing. De trefasporcelænsbushingene er montert på et rammeverk, og de trefasstrømtransformatorer er montert inne i de nedre støtteporcelænsbushingene og koblet til bryterens hovedkrets (som vist i figur 1). Både de øvre og nedre porcelænsbushingene er fylt med vakuumisolerende silikongreje med fremragende isolerende egenskaper.

Porcelænsbushingene for høyspenningbrytere er vanligvis laget av høystyrke aluminaoxydkeramikk, som har gode kjemiske egenskaper, fremragende isolasjonegenskaper og høy mekanisk styrke. Ytelsen til keramikkbushingene er direkte relatert til hele utstyrets levetid. Vanlige feilårsaker for utendørs brytere inkluderer flansjesprækking, deformasjon og sprækking av porcelænsbushing, sementekspansjon, aldring, rosting osv. I en bestemt 110kV overføringslinje har det skjedd syv brytefeil, hvorav porcelænsbushing-sprækking utgjør 41%.

Feilsituasjon

I en 110kV understasjon, brast A-fas porcelænssokken på en 35kV bryter. Et del av porcelænssokken mellom tredje skjold og nedre flanse fell av og fløy ut, og det interne isolerende silikongrejet lekket ut, noe som tvang utstyret til å stenges ned. Påstedsinspeksjon av den defekte bryteren viser at den direkte årsaken til feilen er at den høyspenninglederen inne i støtteporcelænssokken reagerte med porcelænssokken, og den høytemperaturbue som ble generert av utløpet, førte til at porcelænssokken brast og det interne isolerende silikongrejet rant ut.

Prøveanalyse

Makroskopisk inspeksjon

To typiske prøver ble hentet ved prøvetaking av skjoldporcelænsbushing, og inspeksjonsresultatene er som følger:

Figur 2 viser makroskopisk form av prøve 1 tatt på stedet. Det er store arealer med buemarkeringer på innervegg av porcelænssokken. Langs et område på omtrent 50.89mm, er bruddflaten av porcelænssokken mest grå, og det er sootdepresjon på overflaten av noen områder. Bruddflaten er signifikant forskjellig fra andre deler. De tre delene av prøve 1 ble inspisert separat, som vist i figur 2b, 2c og 2d.

Som kan sees fra figur 2b, har glasur på innervegg av prøven blitt forbrent og smeltet, og danner mange hull av ulike størrelser. Det er en glatt overflate ved kanten av endeflaten, som er forskjellig fra glasursmeltingsmerke, noe som indikerer manglende glasur eller ujevn materiale. I figur 2c, er det røde området ved roten av skjoldet har en glatt overflate, hard tekstur, mange små hull på overflaten, med baksiden og bunnen værende gråvit.

Det røde materialet er ujevnt fordelt, overflaten er ujevn, det er en lokal oppblåsing, og kanten har en tydelig svart grense mot porcelænset, noe som antyder at materialet i dette området er anormalt. Figur 2d er et lokalt forstørret bilde av det normale området av skjoldbrudd. Det kan ses fra figuren at det er mange små hull på overflaten av prøven, og det største hull har en diameter på omtrent 0.1mm.

Figur 3 viser makroskopisk utseende av prøve 2#. På innervegg av prøven, er det tegn på lokale buemarkeringer og et uglasurert område, som angitt i del 1 og 2 av figur 3a. Merk at glasur på buemarkeringen har mange porer, som er et resultat av glasur som smelter etter å ha blitt utsatt for høytemperatur forbrenning. På plass 2 på innervegg, er det en overflatedepresjon på omtrent 17.92 mm lang og 2 mm dypt. Fargen i dette området stemmer overens med porcelænet, gråvit, noe som indikerer at overflaten mangler glasur, noe som representerer en original prosessdefekt.

Figur 3b viser side-makroskopisk form av prøve 2#. Det er tydelig fra figuren at et seksjon av prøvens side har en rund og glatt overflate, i kontrast til den ruve normale bruddflaten. Dette indikerer at porcelænet i denne delen er diskontinuerlig, en annen original prosessdefekt.

Fra makroskopiske inspeksjonsresultater av prøvene, kan man konkludere at den defekte porcelænsbushingen viser flere originale prosessdefekter, inkludert ujevnt materiale, diskontinuerlig porcelænset, uglasurert overflate og et stort antall små hull.

Skanningselektronmikroskop (SEM) Analyse av mikroskopisk morfologi

SEM-analyse ble utført på prøver fra normal seksjon, rødt farget område, glatt overflateområde og indre utløpsoverflate av porcelænsbushing. Skanningselektronmikroskopbilder av prøvene er presentert i figur 4.

Som illustrert i figur 4a, viser prøven fra normal seksjon av porcelænsbushing en ru overflate med retninger bruddteksturer. Et betydelig antall porer er jevnt fordelt over det, noe som indikerer at porcelænet i bushingen er porøst og har relativt lav tetthet.

Figur 4b viser at prøven fra rødt farget område også har mange porer. Sammenlignet med normal seksjon prøve, er disse porer større i størrelse, mindre tett pakket, og porcelænetettheten er relativt høyere. Dette indikerer ujevnt sintering av porcelænsmaterialet i bushingen.

Fra figur 4c, kan man se at glatte overflate prøven også inneholder et stort antall porer, sammen med mange ujevne hull spredt over overflaten. Til tross for dette, ser overflaten relativt glatt og flat ut, noe som indikerer at de anormale karakteristikkene av denne seksjonen eksisterte før bruddet oppsto.

Figur 4d viser at glasuren på utløpsforbrente overflate er glatt, men prikket med mange bobler og hull. Disse trekkene skyldes frigjøring av gasser under smeltingprosessen av glasuren, utløst av høy temperatur generert under utløpshendelsen.

Skanningselektronmikroskop (SEM) Analyse av mikroskopisk morfologi

SEM-analyse ble utført på prøver fra normal seksjon, rødt farget område, glatt overflateområde og indre utløpsoverflate av porcelænsbushing. Skanningselektronmikroskopbilder av prøvene er presentert i figur 4.

Som illustrert i figur 4a, viser prøven fra normal seksjon av porcelænsbushing en ru overflate med retninger bruddteksturer. Et betydelig antall porer er jevnt fordelt over det, noe som indikerer at porcelænet i bushingen er porøst og har relativt lav tetthet.

Figur 4b viser at prøven fra rødt farget område også har mange porer. Sammenlignet med normal seksjon prøve, er disse porer større i størrelse, mindre tett pakket, og porcelænetettheten er relativt høyere. Dette indikerer ujevnt sintering av porcelænsmaterialet i bushingen.

Fra figur 4c, kan man se at glatte overflate prøven også inneholder et stort antall porer, sammen med mange ujevne hull spredt over overflaten. Til tross for dette, ser overflaten relativt glatt og flat ut, noe som indikerer at de anormale karakteristikkene av denne seksjonen eksisterte før bruddet oppsto.

Figur 4d viser at glasuren på utløpsforbrente overflate er glatt, men prikket med mange bobler og hull. Disse trekkene skyldes frigjøring av gasser under smeltingprosessen av glasuren, utløst av høy temperatur generert under utløpshendelsen.

Gjennom SEM mikromorfologi analyse, kan man konkludere at porcelænssokken har innebygde defekter som løs porcelænstruktur, lav tetthet og anormale seksjoner.

Energispektrumanalyse

Som beskrevet ovenfor, ble energispektrumanalyse utført på overflateselementer og deres distribusjon på fire forskjellige lokasjoner av prøven. Figur 5 illustrerer et detaljert eksempel på overflateslementfordeling. Elementene på overflaten av prøvene fra normal seksjon, glatt overflate, og utløpsdel av porcelænssokken består hovedsakelig av oksygen (O), silisium (Si) og aluminium (Al).

Generelt er elementfordelingen på overflaten av disse prøvene relativt jevn. Imidlertid er elementfordelingen på overflaten av prøven fra rødt farget område ujevn. I det nedre høyre området av denne prøven, øker innholdet av oksygen (O), aluminium (Al) og kalium (K) betydelig, mens fordelingen av silisium (Si) elementer forblir relativt konstant. Dette indikerer at under sinteringsprosessen i dette området, var fordelingen av O, Al og K elementer ikke homogen.

Samtidig ble en sammenligning gjort av de viktigste elementinnholdene av de fire prøvene, og resultater er presentert i tabell 1. Oksygen (O) elementinnholdet på overflaten av normal seksjon prøven er markant høyere enn de andre tre prøvene, mens silisium (Si) elementinnholdet er lavere. Dette indikerer at materialkomposisjonen varierer ujevnt over ulike deler av porcelænssokken prøven.

Prøvene fra rødt område har et relativt høyt silisium (Si) innhold og det laveste oksygen (O) innholdet. I tillegg blir det påvist en betydelig mengde kobber (Cu) på overflaten av indre veg utløpsdel av porcelænssokken. Dette er på grunn av smelting og fordampering av messing inni porcelænssokken under høy temperatur under utløpsprosessen, fulgt av splattering og depo på indre overflate av porcelænssokken.

Skanning av overflateslementfordeling av prøver

Basert på energispektrumanalyse, kan man fastslå at under sinteringsprosessen av porcelænssokken, er fordelingen av ulike elementer høy grad av ujevnhet. Denne ujevnheten indikerer direkte at materialene i ulike seksjoner av porcelænssokken viser betydelige forskjeller.

Konklusjon og forslag

Konklusjon

Gjennom makroskopisk inspeksjon, SEM mikromorfologi analyse og energispektrumanalyse, har det blitt fastslått at porcelænssokken viser egenskaper som relativt løs struktur, intern stratifisering, ujevnt sammensetning og tilstedeværelse av mikroporer. I tillegg er det innebygde defekter på indre overflate av porcelænssokken, inkludert lokale uglasurerte områder og underpar produksjonsprosesskvalitet.

På grunn av disse makroskopiske og mikroskopiske defektene i porcelænssokken, under dens lange tids utendørs drift, penetrerer eksterne fuktighet og gasser gradvis inn i sokken. Dette inndringing fører til en nedgradering av porcelænssokkens isolasjonegenskaper. Under påvirkning av elektriske felt, forekommer elektrisk utløp mellom indre ledere og svake områder av porcelænssokken. Utløpet genererer lokale høye temperaturer inni porcelænssokken og forverrer ytelsen av isolerende silikongrejer. Til slutt, under virkningen av intern trykk, brister porcelænssokken.

Forslag

• Porcelænssokkenprodusenter bør forbedre kvalitetskontroll under brenningsprosessen av porcelænssokken for å sikre konsekvent og høy kvalitets produktutskrift.

• Tilpassede beskyttelsesforanstaltninger må implementeres under transport av porcelænssokken produkter. Dette er avgjørende for å unngå alvorlige vibrasjoner eller kollisjoner som potensielt kan skade porcelænssokken.

• Produktbrukere anbefales å styrke kvalitetsprøvetaking av porcelænssokken av innkommande utstyr. Denne praksisen sikrer at kvaliteten av lageret utstyr er i samsvar med de nødvendige standardene.

• Nær oppmerksomhet bør rettes mot driftsstatusen av partiet utstyr. Spesielt for utstyr med eksisterende silikongrejerlekkasje eller porcelænssokken sprækking, bør hurtig strømavbrudd vedlikehold og feilutforskning utføres for å unngå potensielle feil og sikre sikker og pålitelig drift av elektriske systemer.