Pagsusuri ng Sakit sa 35kV Outdoor Vacuum Circuit Breaker Pillar Porcelain Sleeve

Ang ZW7 - 40.5 outdoor vacuum circuit breaker ay gumagamit ng vacuum bilang medium para sa pagpapatigil ng ark. Ang galaw na dulo ng ark - extinguishing chamber ay konektado sa output shaft ng operating mechanism sa pamamagitan ng crank arm at insulating tie-rod. Ang kabuuang istraktura ng circuit breaker ay nasa anyo ng porcelain-bushing pillar.

Ang itaas na porcelain bushing ay naglilingkod bilang ark - extinguishing chamber porcelain bushing, at ang ibaba ay nagsisilbing supporting porcelain bushing. Ang tatlong phase na porcelain bushings ay nakalagay sa isang frame, at ang tatlong phase current transformers ay nakalagay sa loob ng ibabang supporting porcelain bushings at konektado sa main circuit ng circuit breaker (tulad ng ipinapakita sa Figure 1). Ang parehong itaas at ibabang porcelain bushings ay puno ng vacuum-insulating silicone grease na may mahusay na insulating properties.

Ang porcelain bushings ng high-voltage circuit breakers ay karaniwang gawa sa high-strength alumina ceramics, na may mabubuting chemical stability, mahusay na insulation performance, at mataas na mechanical strength. Ang performance ng ceramic bushings ay direkta na nauugnay sa serbisyo buhay ng buong equipment. Ang mga karaniwang sanhi ng pagkakasira ng outdoor circuit breakers kasama ang pagkakasira ng flange, deformation at pagkakasira ng porcelain bushing, paglaki ng cement, aging, rusting, atbp. Sa isang tiyak na 110kV transmission line, nangyari ang pitong circuit breaker failures, kung saan ang pagkakasira ng porcelain bushing ay umabot sa 41%.

Sitwasyon ng Pagkakasira

Sa isang 110kV substation, ang A-phase porcelain sleeve ng 35kV circuit breaker ay sumabog. Ang bahagi ng porcelain sleeve sa pagitan ng ika-tatlong shed at lower flange ay naputol at lumipad, at ang internal insulating silicone grease ay lumabas, na nagpilitan ang equipment na mag-stop. Ang on-site inspection ng faulty circuit breaker ay nagpapakita na ang direktang sanhi ng pagkakasira ay ang high-voltage conductor sa loob ng supporting porcelain sleeve ng circuit breaker ay sumagana sa porcelain sleeve, at ang mataas na temperatura ng ark na idinudulot ng discharge ay nagdulot ng pagputok ng porcelain sleeve at ang internal insulating silicone grease ay lumabas.

Pagsisiyasat ng Sampling

Macroscopic Inspection

Nakuha ang dalawang typical samples sa pamamagitan ng sampling ng shed porcelain bushing, at ang resulta ng pagsisiyasat ay sumunod:

Ipinaliwanag ng Figure 2 ang macroscopic morphology ng sample 1 na kinuha on-site. May malaking area ng arc-burning traces sa inner wall ng porcelain sleeve ng sample. Sa isang section na humigit-kumulang 50.89mm ang haba, ang fracture surface ng porcelain sleeve ay pangunahing gray, at may soot deposits sa ilang bahagi ng surface. Ang section morphology ay naiiba nang malinaw mula sa ibang bahagi. Ang tatlong bahagi ng sample 1 ay ininspeksyon nang hiwalay, tulad ng ipinapakita sa Figure 2b, 2c, at 2d.

 Tulad ng makikita sa Figure 2b, ang glaze sa inner wall ng sample ay nasunog at nalunod, na nagresulta ng maraming pits na may iba't ibang laki. May smooth surface sa edge ng end-face, na naiiba mula sa glaze-melting mark, na nagpapahiwatig ng absence ng glaze o uneven material. Sa Figure 2c, ang red area sa ugat ng shed ay may smooth surface, hard texture, at maraming small holes sa surface, na ang likod at ilalim ay grayish-white. 

Ang red material ay hindi pantay-pantay na nakalagay, ang surface ay hindi pantay, may lokal na bulge, at ang edge ay may malinaw na black boundary sa porcelain body, na nagpapahiwatig na ang materyal sa lugar na ito ay abnormal. Ang Figure 2d ay isang locally enlarged image ng normal area ng shed section. Makikita sa larawan na may maraming small holes sa surface ng sample, at ang pinakamalaking hole ay may diameter na humigit-kumulang 0.1mm.

Ipinaliwanag ng Figure 3 ang macroscopic appearance ng sample 2#. Sa inner wall ng sample, may mga signs ng local arc burning at unglazed area, tulad ng ipinapakita sa parts 1 at 2 ng Figure 3a. Naiiral, ang glaze sa arc-burned site ay may maraming pores, na resulta ng melting ng glaze pagkatapos mabigyan ng mataas na temperatura. Sa site 2 sa inner wall, may surface depression na humigit-kumulang 17.92 mm ang haba at 2 mm ang lalim. Ang kulay ng lugar na ito ay katulad ng color ng porcelain body, na grayish-white, na nagpapahiwatig na ang surface ay walang glazing, na nagpapahiwatig ng original process defect.

Ipinaliwanag ng Figure 3b ang side macroscopic morphology ng sample 2#. Evident sa larawan na ang bahagi ng side ng sample ay may round at smooth surface, na naiiba mula sa rough normal fracture surface. Ito ay nagpapahiwatig na ang porcelain body sa bahaging ito ay hindi continuous, isa pang original process defect.

Mula sa resulta ng macroscopic inspection ng mga sample, maaaring masabi na ang faulty porcelain bushing ay nagpapakita ng maraming original process defects, kasama ang uneven material, discontinuous porcelain body, unglazed surface, at maraming small holes.

Scanning Electron Microscopy (SEM) Analysis ng Microscopic Morphology

Isinagawa ang SEM analysis sa mga sample mula sa normal section, red-colored area, smooth-surfaced region, at inner discharge surface ng porcelain bushing. Ipinapakita sa Figure 4 ang scanning microscopic images ng mga sample.

Tulad ng ipinaliwanag sa Figure 4a, ang sample mula sa normal section ng porcelain bushing ay nagpapakita ng rough surface na may directional fracture textures. May significant number ng pores na pantay-pantay na nakalagay sa lahat ng ito, na nagpapahiwatig na ang porcelain ng bushing ay poroso at may relatibong mababang density.

Ipinaliwanag ng Figure 4b na ang sample mula sa red-colored area ay may maraming pores din. Kumpara sa normal-section sample, ang mga pores na ito ay mas malaki sa laki, mas di pantay-pantay, at ang porcelain density ay relatibong mas mataas. Ito ay nagpapahiwatig ng non-uniform sintering ng porcelain material sa loob ng bushing.

Mula sa Figure 4c, makikita na ang smooth-surfaced sample ay may maraming pores din, kasama ang maraming uneven pits na scattered sa surface nito. Bagaman, ang overall surface ay naka-appear na relatibong smooth at flat, na nagpapahiwatig na ang abnormal characteristics ng seksyon na ito ay pre-existed bago ang pag-rupture.

Ipinaliwanag ng Figure 4d na ang glaze sa discharge-cauterized surface ay smooth pero may maraming bubbles at pits. Ang mga features na ito ay dahil sa release ng gases sa panahon ng melting process ng glaze, na idinulot ng mataas na temperatura na idinulot ng discharge event.

Scanning Electron Microscopy (SEM) Analysis ng Microscopic Morphology

Isinagawa ang SEM analysis sa mga sample mula sa normal section, red-colored area, smooth-surfaced region, at inner discharge surface ng porcelain bushing. Ipinapakita sa Figure 4 ang scanning microscopic images ng mga sample.

Tulad ng ipinaliwanag sa Figure 4a, ang sample mula sa normal section ng porcelain bushing ay nagpapakita ng rough surface na may directional fracture textures. May significant number ng pores na pantay-pantay na nakalagay sa lahat ng ito, na nagpapahiwatig na ang porcelain ng bushing ay poroso at may relatibong mababang density.

Ipinaliwanag ng Figure 4b na ang sample mula sa red-colored area ay may maraming pores din. Kumpara sa normal-section sample, ang mga pores na ito ay mas malaki sa laki, mas di pantay-pantay, at ang porcelain density ay relatibong mas mataas. Ito ay nagpapahiwatig ng non-uniform sintering ng porcelain material sa loob ng bushing.

Mula sa Figure 4c, makikita na ang smooth-surfaced sample ay may maraming pores din, kasama ang maraming uneven pits na scattered sa surface nito. Bagaman, ang overall surface ay naka-appear na relatibong smooth at flat, na nagpapahiwatig na ang abnormal characteristics ng seksyon na ito ay pre-existed bago ang pag-rupture.

Ipinaliwanag ng Figure 4d na ang glaze sa discharge-cauterized surface ay smooth pero may maraming bubbles at pits. Ang mga features na ito ay dahil sa release ng gases sa panahon ng melting process ng glaze, na idinulot ng mataas na temperatura na idinulot ng discharge event.

Sa pamamagitan ng SEM micromorphology analysis, maaaring masabi na ang porcelain sleeve ay may inherent defects tulad ng loose porcelain structure, mababang density, at abnormal cross-sections.

Energy Spectrum Analysis

Tulad ng nabanggit, isinagawa ang energy spectrum analysis sa surface elements at kanilang distribution sa apat na iba't ibang lokasyon ng sample. Ipinaliwanag ng Figure 5 ang detalyadong halimbawa ng surface element distribution diagram. Ang elements sa surface ng mga sample mula sa normal section, smooth surface, at discharge part ng porcelain sleeve ay pangunahing binubuo ng oxygen (O), silicon (Si), at aluminum (Al). 

Kabuuang-kuha, ang element distribution sa surface ng mga sample na ito ay relatibong pantay-pantay. Gayunpaman, ang element distribution sa surface ng sample mula sa red-colored area ay hindi pantay. Sa lower-right region ng sample na ito, ang contents ng oxygen (O), aluminum (Al), at potassium (K) ay tumataas nang significante, habang ang distribution ng silicon (Si) elements ay nananatiling pantay. Ito ay nagpapahiwatig na sa panahon ng sintering process ng rehiyon na ito, ang distribution ng O, Al, at K elements ay hindi homogeneous.

Sama-sama, ginawa ang paghahambing ng pangunahing element contents ng apat na sample, at ang resulta ay ipinapakita sa Table 1. Ang oxygen (O) element content sa surface ng normal-section sample ay naka-observe na mas mataas kaysa sa ibang tatlong sample, habang ang silicon (Si) element content ay mas mababa. Ito ay nagpapahiwatig na ang material composition ay hindi pantay-pantay sa iba't ibang bahagi ng porcelain sleeve sample. 

Ang mga sample mula sa red region ay may relatibong mataas na silicon (Si) content at ang pinakamababang oxygen (O) content. Bukod dito, natuklasan ang significant amount ng copper (Cu) sa surface ng inner-wall discharge part ng porcelain sleeve. Ito ay dahil sa melting at evaporation ng bronze sa loob ng porcelain sleeve sa mataas na temperatura sa panahon ng discharge process, na sinusundan ng sputtering at deposition sa inner surface ng porcelain sleeve.

Scanning Distribution ng Surface Elements ng Mga Sample

Batay sa energy spectrum analysis, maaaring masigurado na sa panahon ng sintering process ng porcelain sleeve, ang distribution ng iba't ibang elements ay highly non-uniform. Ang hindi pantay-pantay na distribution na ito ay direktang nagpapahiwatig na ang materyales ng iba't ibang seksyon sa loob ng porcelain sleeve ay may significant disparities.

Paggalaw at Mga Rekomendasyon

Paggalaw

Sa pamamagitan ng macroscopic inspection, SEM micromorphology analysis, at energy spectrum analysis, natuklasan na ang porcelain sleeve ay may characteristics tulad ng relatively loose structure, internal stratification, uneven composition, at presence ng micropores. Bukod dito, may inherent defects sa inner surface ng porcelain sleeve, kasama ang local unglazed areas at subpar manufacturing process quality.

Dahil sa mga macroscopic at microscopic defects ng porcelain sleeve, sa panahon ng mahabang-term na outdoor operation, ang external moisture at gases ay unti-unting pumapasok sa sleeve. Ang penetration na ito ay nagdudulot ng degradation ng insulation performance ng porcelain sleeve. Sa epekto ng electric field, nagaganap ang electrical discharge sa pagitan ng internal conductor at weak areas ng porcelain sleeve. Ang discharge ay nagdudulot ng local high temperatures sa loob ng porcelain sleeve at nagdeteriorate ng performance ng insulating silicone grease. Sa huli, sa aksyon ng internal pressure, ang porcelain sleeve ay sumabog.

Mga Rekomendasyon

• Ang mga manufacturer ng porcelain sleeve dapat palakasin ang quality control sa panahon ng firing process ng porcelain sleeves upang tiyakin ang consistent at high-quality product output.

• Dapat mailapat ang angkop na protective measures sa panahon ng transport ng porcelain sleeve products. Mahalaga ito upang maiwasan ang severe vibrations o collisions na maaaring makasira sa porcelain sleeves.

• Inaadvise ang mga user ng produkto na palakasin ang quality sampling inspection ng porcelain sleeves ng mga incoming equipment. Ito ay nagse-ensure na ang quality ng warehoused equipment ay sumasabay sa required standards.

• Dapat bigyang pansin ang operational status ng batch ng equipment. Lalo na para sa equipment na may existing silicone grease leakage o porcelain sleeve cracks, dapat agad na gawin ang power-outage maintenance at flaw detection upang maiwasan ang potential failures at tiyakin ang safe at reliable operation ng electrical system.