Analisis ng Pagkasira ng Suportang Bracket sa mga Outdoor High-Voltage Disconnectors sa isang Substation

Ang estado ng operasyon at kapanatagan ng mga kagamitan sa loob ng mga substation ay direktang nakakaapekto sa kaligtasan at estabilidad ng grid ng kuryente. Karamihan sa mga kagamitan sa substation ay binubuo ng mga komponente na gawa sa iba't ibang materyales tulad ng tukong puro, carbon steel, at stainless steel. Sa mahabang paggamit, ang pagbagsak ng kakayahan ng mga metalyikong materyal na ito madalas nagdudulot ng pagkasira ng mga kagamitan, na nagpapaharap ng malaking panganib sa ligtas at matatag na operasyon ng mga substation.

Ang mga outdoor high-voltage disconnector ay isang halimbawa. Ang kanilang wastong paggana ay napakahalaga—hindi lamang para sa kapanatagan, kaligtasan, at estabilidad ng suplay ng kuryente sa substation, kundi dahil ang kanilang pagkasira ay maaaring mag-trigger ng pagbagsak ng buong grid ng kuryente. Kaya, napakahalaga na aktibong analisin ang mga ugat ng mga karaniwang pagkasira ng mga kagamitan sa substation at ipropona ang mga tinatakdang hakbang ng proteksyon.

1. Pagpapakilala sa Outdoor High-Voltage Disconnectors

Ang mga outdoor high-voltage disconnector sa isang tiyak na 330 kV substation ay mga produktong GW4-series na ginawa ng dating planta ng high-voltage switchgear. Ito ay may doble-kolona na horizontal na struktura na may simetriya mula kaliwa hanggang kanan at binubuo ng base, support brackets, insulators, at pangunahing konduktibong assemblie. Ang pangunahing konduktibong assemblie ay kasama ang flexible connectors, terminal clamps, conductive rods, contacts, contact fingers, springs, at rain shields.

Noong Setyembre 2017, sa panahon ng regular na pagmamanntenance, natuklasan ng mga operator na ang ilang mga outdoor disconnector ay may iba't ibang antas ng pagkasira sa kanilang mga support bracket, kasama ang seryosong korosyon. Ito ay nag-udyok ng malaking panganib sa ligtas na manual na operasyon. Dahil dito, isinagawa ang makroskopiko na pagsusuri ng anyo ng pagkasira. Bukod dito, isinagawa rin ang mikroskopiko na metalografikal na analisis sa mga contaminant na nakuha mula sa clamp-side at terminal-side ng mga support bracket. Karagdagang ginamit ang spectrometer upang maipakilala ang komprehensibong analisis ng kemikal na komposisyon ng mga support bracket, conductive rods, at kaugnay na contaminants.

2. Resulta ng Pagsusuri ng Pagkasira ng Support Bracket

2.1 Makroskopiko na Anyo

Ang surface coating ng mga disconnector support bracket ay nawalan, nagpapakita ng seryosong korosyon. Obvious na korosyon products ang natuklasan sa pagitan ng bracket at conductive rod. Ang mga pagkasira ay may katangian ng brittle fracture, na may chevron ("herringbone") patterns na nakikita sa fracture surfaces. Ang pinagmulan at propagation zones ng pagkasira ay itim o madilim na kulay abo.

Ang deflection measurements ay nagpakita ng deformation na 3.0 mm sa terminal-board side at 2.0 mm sa clamp side, na nagpapatunay ng malaking structural distortion ng bracket.

2.2 Mikroskopiko na Anyo

Ang mikroskopiko na metalografikal na analisis ay nagpakita ng contaminant layer thickness na 1.1–3.3 mm sa clamp side at 3.2–3.5 mm sa terminal-board side ng support bracket.

2.3 Spectral Analysis

Ang spectrometric analysis ng support bracket, conductive rod, at contaminants ay nagbigay ng sumusunod na pangunahing resulta (tingnan ang Table 1):

• Ang support bracket ay naglalaman ng 94.3% aluminum, na nagpapahiwatig na ito ay gawa ng cast aluminum alloy.

• Ang conductive rod ay naglalaman ng 92.7% copper, kasama ang trace elements, na nagpapatotoo na ito ay isang copper alloy tube.

• Ang contaminants ay naglalaman din ng 94.3% aluminum.

Sa madalas na kondisyong atmosperiko, ang aluminum (mula sa bracket) at copper (mula sa conductive rod) ay nagbibigay ng galvanic couple, na nagtutrigger ng electrochemical (galvanic) corrosion reaction. Ang prosesong ito ay nagbubuo ng aluminum-ion-rich corrosion products—na itinala bilang pangunahing contaminant na nagdudulot ng pagbagsak ng materyales at eventual cracking.

3. Pagsusuri ng Dahilan at Mga Pamamaraan ng Proteksyon

3.1 Pagsusuri ng mga Dahilan sa Pagkakabigok ng Suporta na Bracket

Karaniwan, ang pagkakabigo ng materyales na metal ay maaaring ito ibinabalik sa dalawang kategorya ng mga dahilan:

• Pananadaling dahilan: kaugnay ng kalidad ng materyal at proseso ng paggawa;

• Panlabas na dahilan: kaugnay ng kondisyon ng serbisyo tulad ng mekanikal na pag-load, oras, temperatura, at kapaligiran.

3.1.1 Pagsusuri ng Pananadaling Dahilan

Sa mga proyekto ng grid ng kuryente, karaniwang dumaan ang mga komponente ng metal sa mahigpit na pagsusuri ng kalidad—kasama ang komposisyon ng materyal at inaasahang haba ng buhay—bago ito ilagay sa serbisyo. Ang karanasan sa field ay nagpapakita na ang mga disconnector na mataas na boltyedad na nasa labas ay gumagana sa masiglang kapaligiran, at ang kanilang reliabilidad ay pangunahing pinamamahalaan ng panlabas na kondisyon ng serbisyo kaysa sa inherent na kaputikan ng materyal. Kaya, ang pagkakabigok na ito sa suporta na bracket ng disconnector ay hindi dahil sa mahinang kalidad ng materyal kundi pangunahing dulot ng pagkakalantad sa kapaligiran.

3.1.2 Pagsusuri ng Panlabas na Dahilan

Ang 330 kV substation ay matatagpuan sa isang rehiyon sa hilagang-kanluran na may tipikal na malamig na semi-arid na klima—na may tuyo at may init na hangin, at malaking pagbabago sa temperatura sa araw at taon. Ang taglamig ay mahaba at malamig na may kaunti lamang na ulan, samantalang ang tag-init ay maikli ngunit mainit.

Ang suporta na bracket ng aluminum alloy ng disconnector ay patuloy na nakalantad sa mapanganib na atmosperiko, na pinag-uugatan ng malakas na hangin, thermal cycling, pag-accumulate ng yelo, at kasalukuyang pag-ulan—mga kondisyon na napakataas para sa stress corrosion cracking (SCC).

Ang SCC ay tumutukoy sa pagkakabigok ng isang stressed metal component sa isang corrosive environment. Ang pag-occur nito ay nangangailangan ng dalawang essential na kondisyon: tensile stress at isang tiyak na corrosive medium.

Sa kasong ito:

• May tensile stresses na umuusbong pababa sa parehong gilid ng gitna ng ilalim ng bracket at pataas sa gitna, na nagreresulta sa hindi pantay na distribusyon ng stress.

• Ang hindi pantay na pag-load na ito ay nagdudulot ng plastic strain at dislocation slip sa metal, na nagpapabilis sa pag-umpisa, pagkalat, at eventual na pagkakabigok ng SCC.

Ang bracket ay gawa sa cast aluminum alloy. Sa presensya ng moisture at airborne dust particles na bumubuo ng soluble contaminants, madaling magkaroon ng galvanic at crevice corrosion—lalo na sa gap sa gilid ng clamp, kung saan maaaring mag-accumulate ang tubig o yelo.

Ang sinergetic effect ng tensile stress at corrosive attack ay huling nag-udyok sa pagkakabigok.

Macroscopically, ang mga fracture surface ng SCC ay karaniwang nagpapakita ng itim o gray-black na crack origins at propagation zones dahil sa corrosion, na may biglaang brittle fracture areas na nagpapakita ng radial patterns o chevron ("herringbone") markings—tumutugma sa observed fracture morphology ng disconnector bracket. Ito ay malakas na nagpapatunay na ang failure mechanism ay stress corrosion cracking.

3.2 Mga Kontra-Measure Laban sa Pagkakabigok ng Bracket

Bilang ang pinakamaraming uri ng equipment sa mga substation, ang mga outdoor disconnectors ay nakaharap sa malaking panganib kapag gumagana nang matagal sa exposed environments—lalo na sa pagtaas ng deployment ng unattended substations, na nangangailangan ng mas mataas na reliabilidad. Inihahanda ang sumusunod na apat na protective strategies:

3.2.1 Mag-install ng Protective Enclosures

Dahil ang mga outdoor disconnectors ay direktang nakalantad sa atmospheric conditions—at lalong vulnerable sa extreme climates (halimbawa, alpine cold, mataas na init, coastal salinity, o icing zones)—ang pag-install ng isolation shields o protective enclosures ay makakalikha ng controlled micro-environment, na siyang makakabawas ng corrosion.

3.2.2 Palakasin ang Routine Inspections

Dahil ang hindi pantay na distribusyon ng stress kasama ang harsh environmental conditions ay nag-trigger ng SCC, kailangan ng mga operator na palakasin ang visual at mechanical inspections ng mga critical components—lalo na ang base supports at clamping structures—upang matukoy ang early signs ng deformation, corrosion, o pagkakabigok at maiwasan ang secondary damage o safety incidents.

3.2.3 Palakasin ang Corrosion Monitoring

Ang condition monitoring ng substation equipment ay hindi lamang isang efficient na paraan upang mapabuti ang effectiveness ng maintenance kundi pati na rin ang cornerstone ng full lifecycle asset management. Dapat aktibong ilagay ang advanced corrosion detection at real-time monitoring technologies para sa periodic, targeted assessment ng mga outdoor disconnectors at kanilang attachments.

3.2.4 Ilapat ang High-Performance Anti-Corrosion Coatings

Ang pag-apply ng high-quality anti-corrosion coatings ay isa sa pinakaepektibong paraan upang mapigilan ang corrosion sa substation equipment. Sa mga suporta na bracket ng disconnector, ang mga coatings na may excellent resistance sa permeation ng oxygen, moisture, at ionic contaminants ay maaaring mabisa na i-isolate ang metal surface mula sa corrosive agents. Ang mga coatings na ito ay nagbibigay ng robust physical barrier protection, na nagtatatag ng reliable first line of defense laban sa environmental degradation.

4. Kasunod

Batay sa comprehensive testing at analysis ng suporta na bracket, conductive rod, at contaminants mula sa 330 kV substation’s outdoor high-voltage disconnector, ang sumusunod ang mga natuklasan:

(1) Ang pangunahing dahilan ng pagkakabigok ng suporta na bracket ay stress corrosion cracking (SCC). Ang hindi pantay na tensile stress sa base ng bracket, kasama ang crevice corrosion sa gap sa gilid ng clamp sa ilalim ng fluctuating climatic conditions, ay nagpabilis ng material degradation at huling nag-udyok sa pagkakabigok.

(2) Ang mga inirerekomendang hakbang ng pagprotekta ay kinabibilangan ng pag-install ng mga isolation enclosures, pag-apply ng mataas na anyong anti-corrosion coatings, pagpapalakas ng routine inspections, at pag-implementa ng sistemikong corrosion monitoring. Para sa mga partikular na lugar, dapat na ma-develop ang isang komprehensibong site-specific corrosion mitigation strategy upang masiguro ang ligtas, matatag, at maasahang operasyon ng mga kagamitan sa substation.