تحليل تشقق دعامة الدعم في الفصلات الكهربائية ذات الجهد العالي الخارجية في محطة التحويل

تؤثر حالة التشغيل والموثوقية للمعدات داخل محطات التحويل بشكل مباشر على سلامة واستقرار شبكة الكهرباء. تتكون معظم معدات محطات التحويل من مكونات معدنية مصنوعة من مواد مختلفة مثل النحاس الخالص والفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ. خلال فترة التشغيل الطويلة، غالبًا ما يؤدي تدهور أداء هذه المواد المعدنية إلى فشل المعدات، مما يشكل مخاطر كبيرة على التشغيل الآمن والاستقراري لمحطات التحويل.

تعتبر الفواصل العالية الجهد الخارجية مثالاً بارزاً. يعتبر تشغيلها السليم أمرًا حيويًا ليس فقط لموثوقية وسلامة واستقرار تزويد محطة التحويل بالطاقة، ولكن أيضًا لأن فشلها يمكن أن يؤدي إلى انهيار كامل لشبكة الكهرباء. لذلك، من الأهمية بمكان تحليل الأسباب الجذرية للأعطال الشائعة في المعدات بمحطات التحويل وتقديم تدابير وقائية مستهدفة.

1. مقدمة عن الفواصل العالية الجهد الخارجية

الفواصل العالية الجهد الخارجية في محطة تحويل كهربائية بقدرة 330 كيلوفولت هي منتجات مبكرة من سلسلة GW4 صنعت بواسطة مصنع سابق لقطع التحويل عالية الجهد. تتميز ببنية عمودية ثنائية متناظرة من اليسار إلى اليمين وتتكون من قاعدة وأقواس داعمة والعوازل والجزء الموصل الرئيسي. يتضمن الجزء الموصل الرئيسي روابط مرنة ومكابس طرفية وقضبان موصلة ونقاط اتصال وأصابع اتصال وأعمدة ربيع وأغطية مطر.

في سبتمبر 2017، أثناء الصيانة الروتينية، اكتشف المشغلون أن بعض هذه الفواصل الخارجية تعرضت لأضرار متباينة في أقواسها الداعمة مع ظهور تآكل شديد. كان هذا يشكل خطرًا خطيرًا أثناء التشغيل اليدوي. بناءً على ذلك، تم إجراء فحص ضوئي لمظهر الشروخ. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء تحليل معدني مجهري للملوثات التي تم جمعها من الجانبين المكبس والطرف في الأقواس الداعمة. كما تم استخدام مطياف لتحليل متكامل للتركيب الكيميائي للأقواس الداعمة والقضبان الموصلة والملوثات المرتبطة بها.

2. نتائج فحص تشققات الأقواس الداعمة

2.1 الشكل الضوئي

انفصل الطلاء السطحي لأقواس الدعم الخاصة بالفواصل، مكشفًا عن تآكل شديد. تم رصد منتجات تآكل واضحة بين القوس والقضيب الموصل. كانت الشروخ تتميز بكسر هش، مع وجود نماذج "V" ("الحجل") مرئية على سطوح الكسر. ظهرت منطقة بداية الشروخ ومنطقة انتشارها بلون أسود أو رمادي داكن.

أظهرت القياسات الانحناء انحرافًا قدره 3.0 ملم على الجانب لوحة الطرف و2.0 ملم على الجانب المكبس، مما يؤكد حدوث تشوه هيكلي كبير في القوس.

2.2 الشكل المجهرى

كشف التحليل المعدني المجهري عن سمك طبقة الملوثات يتراوح بين 1.1-3.3 ملم على الجانب المكبس وبين 3.2-3.5 ملم على الجانب لوحة الطرف من القوس الداعم.

2.3 التحليل الطيفي

أدى التحليل الطيفي للأقواس الداعمة والقضبان الموصلة والملوثات إلى النتائج الرئيسية التالية (انظر الجدول 1):

• تحتوي الأقواس الداعمة على 94.3% من الألمنيوم، مما يشير إلى أنها مصنوعة من سبيكة الألمنيوم المصبوبة.

• تحتوي القضبان الموصلة على 92.7% من النحاس مع عناصر أثرية، مما يؤكد أنها أنابيب من سبيكة النحاس.

• تحتوي الملوثات أيضًا على 94.3% من الألمنيوم.

في الظروف الجوية الرطبة، يشكل الألمنيوم (من القوس) والنحاس (من القضيب الموصل) زوجًا كهربائيًا، مما يثير رد فعل تآكل كهروكيماوي (جالفاني). ينتج عن هذا العملية منتجات تآكل غنية بالأيونات الألومينية - والتي تم تحديدها كالملوث الرئيسي المسؤول عن تدهور المادة والتسبب في الشروخ في النهاية.

3. تحليل الأسباب والإجراءات الوقائية

3.1 تحليل أسباب تشقق قاعدة الدعم

بشكل عام، يمكن أن يُعزى فشل المواد المعدنية إلى فئتين من العوامل:

• العوامل الداخلية: المتعلقة بجودة المادة وعمليات التصنيع؛

• العوامل الخارجية: المتعلقة بشروط الخدمة مثل الحمل الميكانيكي والوقت والحرارة والإعلام البيئي.

3.1.1 تحليل العوامل الداخلية

في مشاريع الشبكات الكهربائية، تخضع المكونات المعدنية عادةً لفحوصات جودة صارمة - بما في ذلك تركيب المادة ومدة الخدمة المتوقعة - قبل التثبيت. تظهر الخبرة الميدانية أن الفاصل الكهربائي العالي الجهد الخارجي يعمل في بيئات قاسية، وأن موثوقيته تتحكم بها بشكل أساسي شروط الخدمة الخارجية بدلاً من العيوب الداخلية للمادة. لذلك، فإن التشقق الذي تم رصده في قاعدة دعم هذا الفاصل الكهربائي ليس نتيجة لجودة المادة السيئة ولكنه مدفوع أساساً بالتعرض البيئي.

3.1.2 تحليل العوامل الخارجية

يقع محطة 330 كيلوفولت في منطقة شمال غربية ذات مناخ شبه جاف معتدل - يتميز بالهواء الجاف والأمطار الكثيرة والتغيرات الحرارية اليومية والسنوية الكبيرة. تكون الشتاء طويل وبارد مع هطول أمطار قليلة، بينما تكون الصيف قصير ولكن حار.

تم تعريض قاعدة دعم الفاصل الكهربائي من سبائك الألومنيوم باستمرار لهذا البيئة الغلافية القاسية، حيث تعرضت لأمواج الرياح والتغيرات الحرارية وتراكم الثلج وأمطار متفرقة - هذه الظروف مواتية للغاية لحدوث التآكل الكيميائي تحت الضغط (SCC).

التآكل الكيميائي تحت الضغط يشير إلى الكسر الهش لمكون معدني مجهد في بيئة مؤكسدة. يتطلب حدوثه شرطين أساسيين: الضغط الشد والوسط المؤكسد المحدد.

في هذه الحالة:

• وجود ضغوط الشد في الجانبين السفليين لخط الوسط الأسفل للقاعدة وفي المنتصف للأعلى، مما يؤدي إلى توزيع غير متساوٍ للضغط.

• يؤدي هذا الحمل غير المتناسق إلى تشوه بلاستيكي وانزلاق انحراف في المعدن، مما يسرع بداية وانتشار التآكل الكيميائي تحت الضغط والكسر النهائي.

تعمل قاعدة الدعم من سبائك الألومنيوم المصبوبة. في وجود الرطوبة والغبار الجوي الذي يشكل ملوثات قابلة للذوبان، يحدث التآكل الكهربائي والتآكل في الفجوات بسهولة - خاصة في الفجوة الجانبية لل加持器的支架是由铸造铝合金制成的。在存在湿气和形成可溶性污染物的空气尘埃颗粒的情况下，很容易发生电偶腐蚀和缝隙腐蚀——特别是在夹具侧间隙处，水或冰可以在此积聚。 应力和腐蚀攻击的协同作用最终导致了开裂。 宏观上，应力腐蚀开裂（SCC）断口通常会显示出由于腐蚀而呈黑色或灰黑色的裂纹起源区和扩展区，突然的脆性断裂区域呈现出放射状或人字形标记——这与所观察到的隔离开关支架的断裂形态完全吻合。这强烈证实了失效机制是应力腐蚀开裂。 **3.2 防止支架开裂的保护措施** 作为变电站中最常见的设备类型，户外隔离开关在长期暴露环境中运行时面临重大风险——特别是随着无人值守变电站的不断增加，对可靠性提出了更高的要求。提出以下四种保护策略： **3.2.1 安装保护罩** 由于户外隔离开关直接暴露在大气条件下——尤其是在极端气候中（如高山寒冷、高温、沿海盐雾或结冰区域）特别脆弱——安装隔离屏蔽或保护罩可以创造一个可控的微环境，显著减轻腐蚀。 **3.2.2 加强例行检查** 鉴于不均匀的应力分布加上恶劣的环境条件触发了应力腐蚀开裂（SCC），操作人员必须加强对关键部件的目视和机械检查——尤其是底座支撑和夹紧结构——以早期发现变形、腐蚀或开裂的迹象，防止二次损坏或安全事故。 **3.2.3 加强腐蚀监测** 变电站设备的状态监测不仅是提高维护效率的有效手段，也是全生命周期资产管理的基础。应积极部署先进的腐蚀检测和实时监测技术，定期、有针对性地评估户外隔离开关及其附件。 **3.2.4 应用高性能防腐涂层** 应用高质量的防腐涂层是抑制变电站设备腐蚀的最有效方法之一。在隔离开关支架上，具有优异抗氧、抗湿和抗离子污染物渗透性能的涂层可以有效地将金属表面与腐蚀介质隔离开来。这种涂层提供了坚固的物理屏障保护，建立了抵御环境降解的第一道可靠防线。 **4. 结论** 基于对330 kV变电站户外高压隔离开关支架、导电杆和污染物的综合测试和分析，得出以下结论： (1) 支架开裂的主要原因是应力腐蚀开裂（SCC）。支架底部的不均匀拉应力，结合夹具侧间隙在波动气候条件下的缝隙腐蚀，加速了材料的退化并最终导致断裂。 请确认以上内容是否需要翻译为阿拉伯语，并且请提供完整的输入内容以便准确翻译。

(2) تشمل الإجراءات الوقائية الموصى بها تركيب أجهزة عزل، وتطبيق طلاءات مقاومة للتآكل ذات أداء عالي، وتعزيز عمليات الفحص الروتينية، وتنفيذ مراقبة منهجية للتآكل. يجب وضع استراتيجية شاملة لتخفيف التآكل محددة للموقع للمناطق المحددة لضمان التشغيل الآمن والاستقرار والموثوقية للمعدات في محطة التحويل.