Felanalys av 35kV utomhus vakuum brytarpelare porcelänsmässing

ZW7 - 40.5 utomhusvakuumkretsutslag använder vakuum som bågsläckningsmedium. Rörelseänden av bågsläckningskammaren är ansluten till drivmaskinens utgångsväxel genom en krankarm och en isolerande stång. Kretsutslagets totala struktur är av porcelänstolptyp.

Den övre porcelänstolpen fungerar som bågsläckningskammarens porcelänstolpe, medan den nedre fungerar som stödjande porcelänstolpe. De trefasiga porcelänstolporna är installerade på en ram, och de trefasiga strömförstärkarna är monterade inuti de nedre stödjande porcelänstolporna och anslutna till kretsutslagets huvudkrets (se figur 1). Både de övre och nedre porcelänstolporna är fyllda med vakuumisoleringssilikonfett med utmärkta isolerande egenskaper.

Porcelänstolpar för högspänningskretsutslag brukar tillverkas av högstyrka aluminaoxidkeramik, vilket ger god kemisk stabilitet, utmärkt isoleringsprestanda och hög mekanisk styrka. Keramiska stolpars prestanda är direkt relaterad till hela utrustningens livslängd. Vanliga orsaker till fel hos utomhuskretsutslag inkluderar flänskrafter, porcelänstolpkrafter och sprickor, cementexpansion, åldring, rostning osv. I en viss 110kV ledningslinje har sju kretsutslagsfel inträffat, där porcelänstolpsprickor utgör 41%.

Felförhållanden

I en 110kV understation brast A-fasens porcelänsmässa i ett 35kV kretsutslag. En del av porcelänsmässan mellan tredje taket och den nedre flängen lossnade och flög ut, och det interna isolerande silikonfettet läckte ut, vilket tvingade utrustningen att stängas av. På platsinspektion av det defekta kretsutslaget visar att den direkta orsaken till felet är att den högspänningsledaren inuti den stödjande porcelänstolpen reagerade med porcelänstolpen, och den högtemperaturbåge som genererades av utsläppet orsakade att porcelänstolpen brast och det interna isolerande silikonfettet rann ut.

Provtagning och analys

Makroskopisk inspektion

Två typiska prov togs genom provtagning av takporcelänstolpen, och inspektionsresultaten är följande:

Figur 2 visar det makroskopiska utseendet av prov 1 taget på plats. Det finns stora områden med bågarbetstecken på inre väggen av porcelänstolpen. Längs ett avsnitt på ungefär 50,89 mm är frakturfaset på porcelänstolpen mestadels grått, och det finns svartnad på ytan i vissa områden. Avsnittets morfologi skiljer sig signifikant från andra delar. De tre delarna av prov 1 undersöktes separat, se figur 2b, 2c och 2d.

Som synes i figur 2b har glasyren på inre väggen av provet brunnit och smält, vilket har bildat många hål av olika storlek. Det finns en slät yta vid kanten av slutytan, vilket skiljer sig från glasyrsmältningsmärket, vilket indikerar frånvaro av glasyr eller ojämna material. I figur 2c har det röda området vid roten av taket en slät yta, en hård textur, många små hål på ytan, med baksidan och botten som gråvit.

Det röda materialet är ojämnt fördelat, ytan är ojämn, det finns en lokal utstickning, och kanten har en tydlig svart gräns med porcelänkroppen, vilket antyder att materialet i detta område är anormalt. Figur 2d är en lokalt förstorad bild av det normala området av takavsnittet. Som synes på bilden finns det många små hål på provytan, och det största hålet har en diameter på ungefär 0,1 mm.

Figur 3 visar det makroskopiska utseendet av prov 2#. På inre väggen av provet finns tecken på lokala bågarbet och ett obeglasyrat område, som visas i del 1 och 2 av figur 3a. Noterbart är att glasyren vid bågarbetplatsen har många porer, ett resultat av att glasyren smälte efter att ha utsatts för högtemperaturbränning. Vid plats 2 på inre väggen finns det en ytdjupning på ungefär 17,92 mm lång och 2 mm djup. Färgen i detta område matchar den av porcelänkroppen, som är gråvit, vilket indikerar att ytan saknar glasyr, vilket representerar en ursprunglig processdefekt.

Figur 3b visar sidovis makroskopisk morfologi av prov 2#. Det är uppenbart från bilden att en del av provets sida har en rund och slät yta, i kontrast till den ruffiga normala frakturytan. Detta indikerar att porcelänkroppen i denna del är diskontinuerlig, en annan ursprunglig processdefekt.

Från makroskopiska inspektionsresultat av prover kan slutsatsen dras att den defekta porcelänstolpen visar flera ursprungliga processdefekter, inklusive ojämnt material, en diskontinuerlig porcelänkropp, en obeglasyrad yta och ett stort antal små hål.

Röntgenstrålningsektronmikroskop (SEM) analys av mikromorfologi

SEM-analys utfördes på prover från det normala avsnittet, det röda området, det släta ytsområdet och den inre utsläppsytan av porcelänstolpen. Scanningmikroskopiska bilder av proverna presenteras i figur 4.

Som illustreras i figur 4a visar provet från det normala avsnittet av porcelänstolpen en ruffig yta med riktade frakturstexturer. Ett betydande antal porer är jämnt fördelade över det, vilket antyder att porcelänen i stolpen är porös och har en relativt låg densitet.

Figur 4b visar att provet från det röda området också har många porer. Jämfört med det normala avsnittsprovet är dessa porer större, mindre täta och porceländensiteten är relativt högre. Detta indikerar ojämn sintering av porcelänmaterial i stolpen.

Från figur 4c kan man observera att det släta ytsprovet också innehåller ett stort antal porer, tillsammans med många ojämna gropar spridda över ytan. Trots detta verkar den totala ytan relativt slät och plan, vilket antyder att de abnormala egenskaperna i detta avsnitt existerade innan fraktur inträffade.

Figur 4d visar att glasyren på den utsläppskauteriserade ytan är slät men prickad med många bubblor och gropar. Dessa egenskaper beror på gasfrigörelse under smältprocessen av glasyren, utlöst av de höga temperaturerna under utsläppshändelsen.

Röntgenstrålningsektronmikroskop (SEM) analys av mikromorfologi

SEM-analys utfördes på prover från det normala avsnittet, det röda området, det släta ytsområdet och den inre utsläppsytan av porcelänstolpen. Scanningmikroskopiska bilder av proverna presenteras i figur 4.

Som illustreras i figur 4a visar provet från det normala avsnittet av porcelänstolpen en ruffig yta med riktade frakturstexturer. Ett betydande antal porer är jämnt fördelade över det, vilket antyder att porcelänen i stolpen är porös och har en relativt låg densitet.

Figur 4b visar att provet från det röda området också har många porer. Jämfört med det normala avsnittsprovet är dessa porer större, mindre täta och porceländensiteten är relativt högre. Detta indikerar ojämn sintering av porcelänmaterial i stolpen.

Från figur 4c kan man observera att det släta ytsprovet också innehåller ett stort antal porer, tillsammans med många ojämna gropar spridda över ytan. Trots detta verkar den totala ytan relativt slät och plan, vilket antyder att de abnormala egenskaperna i detta avsnitt existerade innan fraktur inträffade.

Figur 4d visar att glasyren på den utsläppskauteriserade ytan är slät men prickad med många bubblor och gropar. Dessa egenskaper beror på gasfrigörelse under smältprocessen av glasyren, utlöst av de höga temperaturerna under utsläppshändelsen.

Genom SEM-mikromorfologi analys kan slutsatsen dras att porcelänstolpen har inhämtade defekter såsom lös porcelänstruktur, låg densitet och abnorma tvärsnitt.

Energispektrumanalys

Som beskrivits ovan genomfördes energispektrumanalys på ytenelement och deras fördelning vid fyra olika platser på provet. Figur 5 illustrerar ett detaljerat exempel på ytenelements fördelningsdiagram. Elementen på provytan från det normala avsnittet, den släta ytan och utsläppsdelen av porcelänstolpen består huvudsakligen av syre (O), kvicksilver (Si) och aluminium (Al).

Överlag är elementfördelningen på provytan relativt jämn. Men elementfördelningen på provytan från det röda området är ojämn. I det nedre högra området av detta prov ökar innehållet av syre (O), aluminium (Al) och kalium (K) betydligt, medan fördelningen av kvicksilver (Si)-element förblir relativt konstant. Detta indikerar att under sinteringsprocessen i detta område var fördelningen av O, Al och K-element inte homogen.

Samtidigt gjordes en jämförelse av de huvudsakliga elementinnehållen i de fyra proven, och resultaten presenteras i tabell 1. Syre (O)-elementinnehållet på provytan från det normala avsnittet är märkbart högre än de andra tre proven, medan kvicksilver (Si)-elementinnehållet är lägre. Detta antyder att materialkompositionen varierar ojämnt över olika delar av porcelänstolpens prov.

Proven från det röda området har ett relativt högt kvicksilver (Si)-innehåll och det lägsta syre (O)-innehållet. Dessutom upptäcks en betydande mängd koppar (Cu) på inre väggens utsläppsdel av porcelänstolpen. Detta beror på smältning och avdunstning av bronsen inuti porcelänstolpen vid höga temperaturer under utsläppshändelsen, följt av sputtering och deposition på inre ytan av porcelänstolpen.

Scanningfördelning av ytenelement på prover

Baserat på energispektrumanalys kan man säkert dra slutsatsen att under sinteringsprocessen av porcelänstolpen är fördelningen av olika element mycket ojämn. Denna ojämnhet indikerar direkt att materialen i olika delar av porcelänstolpen visar signifikanta skillnader.

Slutsatser och förslag

Slutsatser

Genom makroskopisk inspektion, SEM-mikromorfologi analys och energispektrumanalys har det fastställts att porcelänstolpen visar egenskaper som relativt lös struktur, interna lager, ojämn komposition och närvaro av mikroporer. Dessutom finns det inhämtade defekter på den inre ytan av porcelänstolpen, inklusive lokala obeglasyrade områden och underlägsen tillverkningsprocesskvalitet.

På grund av dessa makroskopiska och mikroskopiska defekter i porcelänstolpen, under dess långsiktiga utomhusdrift, tränger extern fuktighet och gaser gradvis in i stolpen. Denna infiltration leder till en försämring av porcelänstolpens isoleringsprestanda. Under inflytande av elektriska fält uppstår elektriska utsläpp mellan den inre ledaren och de svaga delarna av porcelänstolpen. Utsläppet genererar lokala höga temperaturer inuti porcelänstolpen och försämrar prestandan av det isolerande silikonfettet. Slutligen, under inverkan av intern tryck, brister porcelänstolpen.

Förslag

• Tillverkare av porcelänstolpar bör förbättra kvalitetskontrollen under sinteringsprocessen av porcelänstolpar för att säkerställa konsekvent och högkvalitativ produktutdata.

• Lämpliga skyddsåtgärder måste implementeras under transport av porcelänstolpprodukter. Detta är avgörande för att förhindra allvarliga vibrationer eller kollisioner som potentiellt kan skada porcelänstolparna.

• Produktanvändare rekommenderas att förstärka kvalitetsprovtagningsinspektionen av porcelänstolparna på inkommande utrustning. Denna praktik säkerställer att kvaliteten på lagrade enheter uppfyller de krävda standarderna.

• Man bör noga övervaka driftstatusen för batchen av utrustning. Särskilt för utrustning med befintlig silikonfettläcka eller porcelänstolpsprickor bör snabb strömavbrottsunderhåll och defektdetektering utföras för att undvika potentiella fel och säkerställa det säkra och tillförlitliga driftsättet av det elektriska systemet.