Phân tích Sự cố của Ống sứ Cột cắt điện chân không ngoài trời 35kV

ZW7 - 40.5 sử dụng chân không làm môi trường dập hồ quang. Đầu di chuyển của buồng dập hồ quang được kết nối với trục đầu ra của cơ cấu vận hành thông qua một cánh tay đòn và thanh nối cách điện. Cấu trúc tổng thể của cầu chì là kiểu cột sứ.

Cột sứ trên cùng đóng vai trò là cột sứ cho buồng dập hồ quang, trong khi cột sứ dưới cùng đóng vai trò là cột sứ đỡ. Ba cột sứ ba pha được lắp đặt trên khung, và các biến áp dòng ba pha được gắn bên trong cột sứ đỡ dưới cùng và kết nối với mạch chính của cầu chì (như hình 1). Cả cột sứ trên và dưới đều được điền đầy chất bôi trơn silicone cách điện có tính năng cách điện tuyệt vời.

Các cột sứ của cầu chì cao áp thường được làm từ gốm alumina cường độ cao, có đặc điểm ổn định hóa học tốt, hiệu suất cách điện xuất sắc và sức mạnh cơ học cao. Hiệu suất của cột sứ gốm có liên quan trực tiếp đến tuổi thọ của toàn bộ thiết bị. Các nguyên nhân phổ biến gây hỏng hóc của cầu chì ngoài trời bao gồm nứt flange, biến dạng và nứt cột sứ, sự mở rộng của xi măng, lão hóa, rỉ sét, v.v. Trong một đường dây truyền tải 110kV nhất định, đã xảy ra bảy sự cố cầu chì, trong đó các sự cố nứt cột sứ chiếm 41%.

Tình trạng Sự cố

Tại một trạm biến áp 110kV, cốc sứ pha A của cầu chì 35kV bị nổ. Một phần cốc sứ giữa lớp thứ ba và flange dưới rơi ra và bay ra, và chất bôi trơn silicone cách điện bên trong bị rò rỉ, buộc thiết bị phải dừng hoạt động. Kiểm tra hiện trường của cầu chì hỏng cho thấy nguyên nhân trực tiếp của sự cố là do dây dẫn cao áp bên trong cốc sứ đỡ của cầu chì phản ứng với cốc sứ, và hồ quang nhiệt độ cao do phóng điện tạo ra đã khiến cốc sứ nổ và chất bôi trơn silicone cách điện bên trong chảy ra.

Phân tích Mẫu

Kiểm tra Macro

Hai mẫu điển hình đã được lấy bằng cách lấy mẫu từ cốc sứ, và kết quả kiểm tra như sau:

Hình 2 cho thấy hình thái macro của mẫu 1 được lấy tại hiện trường. Có vết cháy hồ quang diện tích lớn trên thành trong của cốc sứ của mẫu. Dọc theo một đoạn dài khoảng 50.89mm, bề mặt gãy của cốc sứ chủ yếu màu xám, và có trầm tích khói trên bề mặt một số khu vực. Hình thái bề mặt cắt khác biệt rõ rệt so với các phần khác. Ba phần của mẫu 1 được kiểm tra riêng biệt, như hình 2b, 2c, và 2d.

 Như có thể thấy từ hình 2b, men trên thành trong của mẫu đã bị cháy và tan chảy, tạo thành nhiều hố kích thước khác nhau. Có một bề mặt nhẵn ở mép của mặt cắt, khác với dấu vết tan chảy của men, cho thấy thiếu men hoặc vật liệu không đồng đều. Trong hình 2c, khu vực màu đỏ ở gốc của lớp có bề mặt nhẵn, kết cấu cứng, nhiều lỗ nhỏ trên bề mặt, với phần sau và đáy màu trắng xám. 

Chất liệu màu đỏ phân bố không đồng đều, bề mặt không phẳng, có một chỗ gồ lên cục bộ, và mép có ranh giới đen rõ ràng với thân cốc sứ, cho thấy vật liệu trong khu vực này bất thường. Hình 2d là hình ảnh phóng to cục bộ của khu vực bình thường của lớp cắt. Có thể thấy từ hình rằng có nhiều lỗ nhỏ trên bề mặt mẫu, và lỗ lớn nhất có đường kính khoảng 0.1mm.

Hình 3 mô tả hình thái macro của mẫu 2#. Trên thành trong của mẫu, có dấu hiệu cháy hồ quang cục bộ và khu vực không có men, như được chỉ ra ở phần 1 và 2 của hình 3a. Nhìn thấy rõ, men tại vị trí cháy hồ quang có nhiều lỗ, là kết quả của men tan chảy sau khi chịu nhiệt độ cao. Tại vị trí 2 trên thành trong, có một chỗ lõm dài khoảng 17.92 mm và sâu 2 mm. Màu của khu vực này giống màu thân cốc sứ, màu trắng xám, cho thấy bề mặt thiếu men, đại diện cho lỗi quy trình ban đầu.

Hình 3b cho thấy hình thái宏观检查的结果表明，故障瓷套管存在多个原始工艺缺陷，包括材料不均匀、瓷体不连续、表面无釉以及大量微孔。 从样品的宏观检查结果可以得出结论，故障瓷套管表现出多个原始工艺缺陷，包括材料不均、瓷体不连续、表面无釉和大量小孔。 **扫描电子显微镜（SEM）微观形貌分析** 对瓷套管正常部分、红色区域、光滑表面区域和内部放电表面的样品进行了SEM分析。样品的扫描显微图像如图4所示。 如图4a所示，来自瓷套管正常部分的样品表面粗糙，具有定向断裂纹理。其上分布着大量的孔隙，表明瓷套管的瓷质多孔且密度相对较低。 图4b显示，来自红色区域的样品也具有许多孔隙。与正常部分样品相比，这些孔隙较大，分布较稀疏，瓷的密度相对较高。这表明瓷套管内的瓷材料烧结不均匀。 从图4c可以看出，光滑表面样品也含有大量孔隙，并且表面散布着许多不规则的坑洞。尽管如此，整体表面显得相对光滑和平整，这意味着该部分的异常特征在断裂前就已经存在。 图4d显示，放电烧蚀表面的釉面光滑但布满了大量气泡和坑洞。这些特征是由于放电过程中产生的高温触发了釉料熔化过程中气体释放所致。 **扫描电子显微镜（SEM）微观形貌分析** 对瓷套管正常部分、红色区域、光滑表面区域和内部放电表面的样品进行了SEM分析。样品的扫描显微图像如图4所示。 如图4a所示，来自瓷套管正常部分的样品表面粗糙，具有定向断裂纹理。其上分布着大量的孔隙，表明瓷套管的瓷质多孔且密度相对较低。 图4b显示，来自红色区域的样品也具有许多孔隙。与正常部分样品相比，这些孔隙较大，分布较稀疏，瓷的密度相对较高。这表明瓷套管内的瓷材料烧结不均匀。 从图4c可以看出，光滑表面样品也含有大量孔隙，并且表面散布着许多不规则的坑洞。尽管如此，整体表面显得相对光滑和平整，这意味着该部分的异常特征在断裂前就已经存在。 图4d显示，放电烧蚀表面的釉面光滑但布满了大量气泡和坑洞。这些特征是由于放电过程中产生的高温触发了釉料熔化过程中气体释放所致。 通过SEM微观形貌分析，可以得出结论，瓷套管存在结构松散、密度低和截面异常等固有缺陷。 **能谱分析** 如上所述，对样品四个不同位置的表面元素及其分布进行了能谱分析。图5展示了表面元素分布图的一个详细示例。瓷套管正常部分、光滑表面和放电部分样品表面的主要元素为氧（O）、硅（Si）和铝（Al）。 总体而言，这些样品表面的元素分布相对均匀。然而，红色区域样品表面的元素分布不均匀。在这个样品的右下区域，氧（O）、铝（Al）和钾（K）的含量显著增加，而硅（Si）元素的分布仍然相对一致。这表明该区域在烧结过程中，O、Al 和 K 元素的分布不均匀。 同时，对四个样品的主要元素含量进行了比较，结果如表1所示。正常部分样品表面的氧（O）元素含量明显高于其他三个样品，而硅（Si）元素含量较低。这表明瓷套管样品不同部位的材料成分不均匀。 红色区域样品的硅（Si）含量相对较高，氧（O）含量最低。此外，在瓷套管内壁放电部分的表面检测到大量铜（Cu）。这是因为在放电过程中，瓷套管内部的青铜在高温下熔化并蒸发，然后溅射沉积在瓷套管内表面。 **样品表面元素扫描分布** 基于能谱分析，可以肯定地得出结论，在瓷套管烧结过程中，各种元素的分布高度不均匀。这种不均匀性直接意味着瓷套管不同部分的材料存在显著差异。 **结论和建议** **结论** 通过宏观检查、SEM 微观形貌分析和能谱分析，确定瓷套管表现出结构相对松散、内部分层、成分不均匀和存在微孔等特征。此外，瓷套管内表面存在局部无釉区和制造工艺质量差等固有缺陷。 由于瓷套管的这些宏观和微观缺陷，在长期户外运行中，外部湿气和气体逐渐渗透到瓷套管内部。这种渗透导致瓷套管绝缘性能下降。在电场作用下，内部导体与瓷套管薄弱区域之间发生电弧放电。放电产生局部高温，恶化绝缘硅脂的性能。最终，在内部压力的作用下，瓷套管破裂。 **建议** - 瓷套管制造商应在瓷套管烧制过程中加强质量控制，确保产品输出一致且高质量。 - 在运输瓷套管产品时必须采取适当的保护措施，以防止剧烈振动或碰撞可能损坏瓷套管。 - 建议用户加强对入库设备瓷套管的质量抽样检验，确保入库设备的质量符合要求标准。 - 应密切关注该批次设备的运行状态，特别是对于已存在硅脂泄漏或瓷套管裂纹的设备，应立即进行停电维护和缺陷检测，以避免潜在故障，确保电力系统的安全可靠运行。 请确认以上翻译是否符合您的要求。如果有任何需要调整的地方，请告知我。