Välistel kõrgepingeliste lülitiitluse ühendurites laagerahviku praktilisuse analüüs elektrijaamas

Alamhulka ja võrgu stabiilsus sõltuvad suurel määral alljaamates asuvate seadmete töövõime ja usaldusväärsusest. Enamus alljaama seadmeid koosneb metallkomponentidest, mis on valmistatud erinevatest materjalidest, nagu puhttomb, süsinikteras ja roostevabateras. Pikaajalise kasutuse käigus nende metallide omaduste heikkenemine sageli viib seadmepeteeni, mis ohustavad alljaamate ohutut ja stabiilset töötlemist.

Välissüsteemilised kõrgepingelised lülitid on selles kontekstis oluline näide. Nende korralik toimimine on kriitiline nii alljaama võrguvarustuse usaldusväärsuse, ohutuse ja stabiilsuse seisukohalt kui ka sellepärast, et nende petmine võib potentsiaalselt põhjustada terve võrgu kokkuvarises. Seetõttu on oluline aktiivselt analüüsida alljaama tavaliste seadmepeteenite põhjusi ja esitada sihikindlad kaitsemeetmed.

1. Välissüsteemiliste kõrgepingeliste lülitete ülevaade

Mõnes 330 kV alljaamas kasutatakse välissüsteemilisi kõrgepingelisi lülitte, mis on varasemate kõrgepingeliste lülitete tehasest toodud GW4-sarja vanemate mudelite. Need omavad kaheveerulist horisontaalset struktuuri, mis on vasakule-paremale sümmeetriline, ja koosnevad alusest, toetusbracketidest, izoleerijadest ja peamisest juhitavast kompleektist. Peamine juhitav komplekt sisaldab paindlikke ühendusi, lõppklemme, juhitavaid tiibe, kontaktideid, kontaktivarvasid, veereid ja sademärgiseid.

September 2017. aastal avastasid operaatorid regulaarse hoolduse käigus, et mõned välissüsteemilised lülitid näitasid oma toetusbracketites erineva ulatusega krüppe, mis kaasnendasid tugevat korroosiooni. See moodustas tõsise ohu manuaalseks kasutamiseks. Selle tulemusena läbi viidi makroskoopiline uurimus krüppude morfoloogiale. Lisaks sooriti mikroskoopiline metallograafiline analüüs kontaminantidele, mida koguti klemmeküljest ja lõppklemmeküljest toetusbracketidelt. Samuti kasutati spektrometerit, et hinnata toetusbracketide, juhitavate tiibide ja seotud kontaminateerunud osade keemilist koostist.

2. Toetusbracketi krüpide inspeerimistulemused

2.1 Makroskoopiline morfoloogia

Lülitte toetusbracketi pinnavärv oli mahlanud, paljastades tugevat korroosiooni. Selgesti nähti korroosiooniproodukte toetusbracketi ja juhitava tiibi vahel. Krüpped näitasid brittmehede karakteristikaid, krüppude pinnadel oli näha "nurk" ("silm") musterit. Krüppude alguspunkt ja levikutsoon oli must või tumesinine.

Pootimismeetluste andmed näitasid 3,0 mm deforatsiooni lõppplaatküljest ja 2,0 mm deforatsiooni klemmeküljest, kinnitades toetusbracketi struktuurse tõsise muutumise.

2.2 Mikroskoopiline morfoloogia

Mikroskoopilise metallograafilise analüüsi tulemused näitasid kontaminantkihite paksust 1,1–3,3 mm klemmeküljest ja 3,2–3,5 mm lõppplaatküljest toetusbracketilt.

2.3 Spektraalanalüüs

Spektrometrilise analüüsi tulemused toetusbracketi, juhitava tiibi ja kontaminateerunud osade kohta (vt tabel 1):

• Toetusbracket sisaldas 94,3% aluminiumi, mis viitab sellele, et see on valmistatud aluminiiumileegist.

• Juhttiib sisaldas 92,7% tombi koos jätkidega, kinnitades selle tombileegina.

• Kontaminandid sisaldasid 94,3% aluminiumi.

Niiskuses atmosfääris tekkitab aluminiium (toetusbracketist) ja tomb (juhttiibist) gaalvaaniliitu, mis käivitab elektrokeemilise (gaalvaanilise) korroosioonireaktsiooni. See protsess toob kaasa aluminiiumioni rikkalikud korroosiooniprooduktid, mis on tuvastatud kui peamine kontaminoov, mis põhjustab materjali heikkenemist ja lõpuks krüpimist.

3. Põhjuse analüüs ja kaitsemeetmed

3.1 Toetuse ristikese katkemise põhjuse analüüs

Üldiselt võib metalli materjalide väljakummise põhjustada kahel faktorite kategoorial:

• Sisemised tegurid: seotud materjali kvaliteediga ja tootmisprotsessidega;

• Välised tegurid: seotud kasutusoludega, nagu mehaaniline koormine, aeg, temperatuur ja keskkonnakeseed.

3.1.1 Sisemiste tegurite analüüs

Elektrivõrguprojektides läbib metallkomponentide eel enne kasutuselevõttu rangest kvaliteedi kontrolli – sealhulgas materjali koostis ja oodatav tööaeg. Praktika näitab, et vabas õhus asuvad kõrgepingeline lüliti töötavad raskekeskkonnas, ja nende usaldusväärsus on peamiselt mõjutatud välise olukorra poolt, mitte sisemiste materjalide puudustega. Seega ei ole selle lülitja toetuse ristikese katkemine tingitud madala materjali kvaliteediga, vaid peamiselt keskkonna mõju tõttu.

3.1.2 Väliseid tegureid analüüsides

330 kV alamjaam asub idamaal, mis on iseloomustatud temperaatsete poolkuivade ilmatingimustega – niisutatud õhk, palju päikesevalgust ja suured päevastused ja aastaajad. Talved on pikad ja külmad vähe sademete ja suve lühikesed, kuid soovid.

Lüliti aluminiumliigase toetus on järjest olnud sellele raske atmosfääri keskkonnale väljas, millel on tugev tuul, termilised tsükli, jäekatte ja harulda sademed – tingimused, mis on väga soodsad pingepärmikraakile (SCC).

SCC viitab pingelise metallkomponendi brittkataloogile korrooderiva keskkonnas. Selle esinemiseks on vaja kahte olulist tingimust: venituspinge ja spetsiifiline korroodeeriv keskkond.

Sel juhul:

• Venituspinged eksisteerivad mõlemal poolel toetuse alumise keskjoone all alla ja üles keskel, mis tekitab ebavõrdse pingejagunenud.

• See mitteühtlane laadimine põhjustab metalli plastiilise pingereageerimise ja dislokatsioonilise liikumise, kiirendades SCC algust, levikut ja lõplikku murdumist.

Toetus valmistatakse vastmetalliliigasest. Niiskuses ja õhus leiduvate tolmupartiklite moodustatud lahustuvate kontaminantide kohal tekivad galvaaniline ja kõrvkaevkorrosioon – eriti kinnitusega küljel, kus vesi või jää võivad koguda.

Pingepingu ja korrosiooni sünergia tulemusena juhtus lõplikult katkemine.

Makroskoopiliselt näitavad SCC murdumispinna tavaliselt musta või tumesinist katkemiseluupingu ja levikut piirkondi korrosiooni tõttu, kiire brittmurdumise aladel radiaalsed musterid või kärbimärgid ("herringbone") – täpselt vastavalt lülitja toetuse ristikele. See kinnitab tugevalt, et katkemismeetod oli pingepärmikraak.

3.2 Kaitsemeetmed toetuse ristikese katkemise vastu

Kuna vabas õhus asuvad lülitid on alamjaamas enim levinud varustuse tüüp, siis neil on suured riskid, kui nad on pikka aega väljas – eriti mitteametlike alamjaamade kasutuselevõtu suurenemisel, mis nõuab suuremat usaldusväärsust. Täiendavalt on soovitatud järgmisi nelja kaitsestrateegiat:

3.2.1 Kaitsmekappide paigaldamine

Kuna vabas õhus asuvad lülitid on otsestel atmosfäärilistel tingimustel, eriti haavatavad ekstreemsetes ilmatingimustes (nt alpinne külm, kõrge temperatuur, ranniku soolikkus või jäätumispiirkonnad) – isolatsioonikilbide või kaitsekappide paigaldamine loob kontrollitava mikroümbrandi, mis oluliselt vähendab korrosiooni.

3.2.2 Tavaliste inspekteerimiste tugevdamine

Arvestades, et ebavõrdne pingejagunenud koos raskest keskkonnaga põhjustas SCC, peavad operatsioonidel tugevdama kriitiliste komponendite nägemise ja mehaanilise inspekteerimise – eriti aluse toetuste ja kinnituse struktuuride – et avastada varajased deformatsioonide, korrosiooni või katkemiste märgid ning vältida teistkordset kahju või ohutusjuhtumeid.

3.2.3 Korrosiooni jälgimise tugevdamine

Alamjaamavarustuse seisundi jälgimine on mitte ainult tõhus viis hoolduse tõhustamiseks, vaid ka täiseluassetide halduse alus. Tuleks aktiivselt kasutuselevõtta edasijõudlikud korrosiooni tuvastamise ja reaalajas jälgimise tehnoloogiad, et perioodiliselt ja sihikindlalt hindada vabas õhus asuvaid lülitju ja nende osi.

3.2.4 Kõrgetehniliste korrosioonikindlate kateede rakendamine

Kõrgetehniliste korrosioonikindlate kateede rakendamine on üks kõige tõhusamaid viise korrosiooni takistamiseks alamjaamavarustusel. Lülitja toetuse ristikele kateedid, mis omavad suurepärast vastupidavust hapniku, niiskuse ja ioniliste kontaminateerija lõhkimise vastu, saavad tõhusalt isoleerida metallipind korrosioonide eest. Sellised kateedid pakuvad tugevat füüsilist barjääri, luues usaldusväärse esimese kaitseriba keskkonnalise degradatsiooni eest.

4. Järeldus

Põhjaliku testimise ja analüüsi alusel 330 kV alamjaama vaba õhu kõrgepingelise lülitja toetuse ristikese, joonistuse ja kontaminateerijate põhjal on jõudud järgmistele järeldustele:

(1) Toetuse ristikese katkemise peamiseks põhjuseks on pingepärmikraak (SCC). Ebavõrdne venituspinge toetuse alusel, koos kõrvkaevkorrosiooniga kinnitusega küljel muutuvates ilmatingimustes kiirends materialide degradatsiooni ja lõpuks murdumist.

(2) Soovitatavad kaitsemeetmed hõlmavad eralduskaamerate paigaldamist, kõrgejulgevusega korroosioonikindlate kateede kasutamist, tavaliste inspeksioonide tugevdamist ja süsteemse korroosioonimonitoringu rakendamist. Spetsiifiliste kohtade puhul peaks välja töötama täieliku kohtspetsiifilise korroosioonivähendamise strateegia, et tagada liitumise seadmete ohutu, stabiilse ja usaldusväärse toimimise.