Анализ на пукнатините в опорните кронштейни на външните високонапрегови разединители в електроцентралата

Експлоатационният статус и надеждността на оборудването в трансформаторните станции директно влияят върху безопасността и стабилността на електрическата мрежа. Повечето от оборудването в трансформаторните станции се състои от метални компоненти, направени от различни материали като чиста мед, въглеродна стомана и неръжеща се стомана. По време на дългосрочна експлуатация, декларацията на качеството на тези метални материали често води до откази на оборудването, което представлява значителен риск за безопасната и стабилната работа на трансформаторните станции.

Външните високонапрегови изключватели са типичен пример. Их правилната функция е критична - не само за надеждността, безопасността и стабилността на доставката на електроенергия в трансформаторните станции, но и защото техният отказ може потенциално да спровокира срив на цялата електрическа мрежа. Следователно, е от голямо значение активно да анализираме основните причини за общи откази на оборудването в трансформаторните станции и да предложим целеви защитни мерки.

1. Въведение към външните високонапрегови изключватели

Външните високонапрегови изключватели в определена 330 kV трансформаторна станция са ранни модели от серия GW4, произведени от бивша фабрика за високонапрегово комутационно оборудване. Те разполагат с двустолбова хоризонтална структура с ляво-дясна симетрия и се състоят от основа, опорни колони, изолатори и главен проводящ агрегат. Главният проводящ агрегат включва гъвкави връзки, терминални кламери, проводящи пръти, контакти, контактни пръсти, пружини и дъждовни капаци.

През септември 2017 г., по време на рутинно поддръжка, операторите установиха, че някои от тези външни изключватели показват различни степени на пукане в опорните колони, придружено от сериозна корозия. Това представляваше сериозна опасност при ръчна експлуатация. Следователно, беше проведено макроскопично проучване на морфологията на пукнатините. Освен това, микроскопичен металографски анализ беше проведен върху контаминантите, събрани както от страната на кламера, така и от страната на терминала на опорните колони. Освен това, спектрометър беше използван за комплексен анализ на химическия състав на опорните колони, проводещите пръти и свързаните контаминанти.

2. Резултати от инспекцията на пукането на опорните колони

2.1 Макроскопична морфология

Покритието на повърхността на опорните колони на изключвателя беше откъснато, откривайки сериозна корозия. Бяха наблюдавани очевидни продукти на корозия между колоната и проводящия прът. Пукнатините имаха характеристики на хрупко разрушаване, с видими V-образни („червориби“) патерни на повърхността на пукнатините. Зоните на начало и разпространение на пукнатините изглеждаха черни или тъмносиви.

Мерки на деформацията показаха деформация от 3,0 мм от страната на терминала и 2,0 мм от страната на кламера, потвърждавайки значителна структурна деформация на колоната.

2.2 Микроскопична морфология

Микроскопичният металографски анализ разкри толщина на слоя от контаминанти от 1,1–3,3 мм от страната на кламера и 3,2–3,5 мм от страната на терминала на опорната колона.

2.3 Спектрален анализ

Спектрометричен анализ на опорната колона, проводещия прът и контаминантите доведе до следните ключови открития (вижте таблица 1):

• Опорната колона съдържа 94,3% алуминий, което указва, че е направена от леен алуминиев сплав.

• Проводещият прът съдържа 92,7% медь, заедно с微量元素的翻译似乎被截断了。请允许我继续完成剩余部分的翻译：

• Проводящият прът съдържа 92,7% медь, заедно с малко количество други елементи, което потвърждава, че той е меден сплавен тръб.

• Контаминантите също съдържат 94,3% алуминий.

Във влажни атмосферни условия алуминият (от колоната) и медта (от проводящия прът) формират галванична двойка, започвайки електрохимична (галванична) реакция на корозия. Този процес генерира продукти на корозия, богати на алуминиеви иони - идентифицирани като основния контаминант, причиняващ деградация на материала и окончателно пукане.

3. Анализ причин и защитни мерки

3.1 Анализ причините за пукане на опорната рама

Обикновено провалът на металните материали може да се припише на две категории фактори:

• Вътрешни фактори: свързани с качеството на материала и производствените процеси;

• Външни фактори: свързани с условията на експлоатация, като механично натоварване, времетраене, температура и околната среда.

3.1.1 Анализ на вътрешните фактори

В проекти за електрическа мрежа, металните компоненти обикновено подлежат на строги проверки на качеството - включително състава на материала и очакваната продължителност на експлоатация, преди да бъдат използвани. Опитът на полето показва, че външните разключащи устройства работят в сурови условия, а техната надеждност е преобладаващо определяна от външните условия на експлоатация, а не от вродени дефекти на материала. Следователно, наблюдаваното пукане на опорната рама на това разключващо устройство не е резултат от лошо качество на материала, а е предимно насочено от експозицията към околната среда.

3.1.2 Анализ на външните фактори

Подстанцията за 330 кВ се намира в северозападен регион с типичен умерен полуариден климат - характеризиран със сух въздух, обилно слънце и големи дневни и годишни колебания на температурата. Зимите са дълги и студени с минимални валежи, докато летата са кратки, но горещи.

Опорната рама от алуминиев сплав на разключващото устройство е била постоянно изложена на тези сурови атмосферни условия, подлагана на силни ветрове, термично циклиране, намерзане на лед и случайни валежи - условия, които са благоприятни за коррозията при напрежение (SCC).

SCC означава хрупко разцепване на напрегнат компонент от метал в корозивна среда. Неговото появяване изисква два основни условия: напрежение в дължина и специфична корозивна среда.

В този случай:

• Напрежения в дължина съществуват надолу от двете страни на централната линия в основата на рамата и нагоре в центъра, което води до неравномерно разпределение на напрежението.

• Това неравномерно натоварване предизвиква пластично напрежение и плъзгане на дефектите в металa, ускоряващо началото, разпространението и окончателното разцепване при SCC.

Рамата е направена от литейна алуминиева сплав. В присъствието на влага и частици от въздушния прах, които формират растворими замърсители, галваничната и щелина корозия лесно възникват - особено в зазора от страната на клампата, където може да се натрупат вода или лед.

Синергийният ефект на напрежението в дължина и корозивното нападение в крайна сметка доведе до пукане.

Макроскопически, повърхностите на разцепването при SCC обикновено показват черни или тъмносиви зони на начало и разпространение на пукнатините поради корозия, с внезапни зони на хрупко разцепване, които показват радиални модели или "рибна кост" ("herringbone") маркировки - точно съответстващи на наблюдаваната морфология на пукнатината на опорната рама. Това силно потвърждава, че механизът на отказ е корозия при напрежение.

3.2 Защитни мерки срещу пукане на опорната рама

Като най-многочислен тип оборудване в подстанциите, външните разключащи устройства срещат значителни рискове, когато работят дълго време в изложени условия - особено с увеличаването на разположението на безпилотни подстанции, които изискват по-висока надеждност. Предлагат се следните четири защитни стратегии:

3.2.1 Инсталирайте защитни обвивки

Тъй като външните разключащи устройства са директно изложени на атмосферните условия - и особено уязвими в екстремни климати (например, планинска студенина, висока топлина, прибрежна соленост или зони с намерзване на лед) - инсталирането на изолационни щитове или защитни обвивки може да създаде контролирана микро-среда, значително намаляваща корозията.

3.2.2 Подобрете редовните проверки

Понеже неравномерното разпределение на напрежението, комбинирано с суровите условия на околната среда, предизвика SCC, операторите трябва да интензифицират визуалните и механичните проверки на ключовите компоненти - особено основните опори и структурите за зажимане - за да се засекат ранни признаци на деформация, корозия или пукане и да се предотврати вторичен повреда или инциденти за безопасност.

3.2.3 Подсиленият мониторинг на корозията

Мониторингът на състоянието на оборудването в подстанциите не само е ефективен начин за подобряване на ефективността на поддръжката, но също така е основен елемент на управление на активи през целия жизнен цикъл. Трябва активно да се прилагат напреднали технологии за детекция на корозия и реален мониторинг за периодична, целенасочена оценка на външните разключащи устройства и техните придружаващи частички.

3.2.4 Приложение на високопроизводителни антикорозивни покрития

Приложението на висококачествени антикорозивни покрития е един от най-ефективните начини за забавяне на корозията на оборудването в подстанциите. На опорните рами на разключащите устройства, покритията с отлична устойчивост към проникването на кислород, влага и йонни замърсители могат ефективно да изолират металната повърхност от корозивни агенти. Такива покрития предоставят робустна физическа бариера, установявайки надеждна първа линия на защита срещу екологичната деградация.

4. Заключение

На основата на комплексни тестове и анализи на опорната рама, проводния стержен и замърсителите от външното високонапрегнато разключващо устройство на подстанцията за 330 кВ, се правят следните заключения:

(1) Главната причина за пукането на опорната рама е корозия при напрежение (SCC). Неравномерното напрежение в дължина в основата на рамата, комбинирано с щелина корозия в зазора от страната на клампата при колеблюващи се климатични условия, ускориха деградацията на материала и в крайна сметка доведоха до разцепване.

(2) Препоръчителните мерки за защита включват инсталиране на изолационни кутии, прилагане на високопроизводителни антикорозийни покрития, засилване на редовните проверки и осъществяване на систематично наблюдение на корозията. За конкретни места трябва да се разработи комплексна стратегия за намаляване на корозията, специфична за местонахождението, за да се гарантира безопасна, стабилна и надеждна работа на оборудването в подстанцията.