Pārtraukumu atbalstkrāvjos ārējos augspiesu atsekoņos pie pārvadātāja analīze

Pārvežņu iekārtu darbības stāvoklis un uzticamība tieši ietekmē elektrotīkla drošumu un stabilitāti. Lielāko daļu pārvežņu iekārt veido metāla komponenti, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem, piemēram, dzelzs miedzga, grafitstāvstāls un nerūstamas staļstāls. Ilgtermiņa darbības laikā šo metālu materiālu rādītspējas samazināšanās bieži noved pie iekārtu kļūdām, kas rada nozīmīgu risku pārvežņu drošai un stabili darbībai.

Ārpusē esošie augstsprieguma atslēgas ir viens no galvenajiem piemēriem. Tās pareiza darbība ir ļoti svarīga ne tikai pārvežņu elektrosniedzēja uzticamībai, drošībai un stabilitātei, bet arī tās kļūda var potenciāli izraisīt vesela elektrotīkla sabrukumu. Tāpēc ir ļoti nozīmīgi aktīvi analizēt parastās iekārtu kļūdas pārvežņos un piedāvāt vērstas aizsardzības pasākumus.

1. Ievads par ārpusē esošajiem augstsprieguma atslēgām

Konkrētā 330 kV pārvežņā esošie ārpusē esošie augstsprieguma atslēgas ir agrākas modeļa GW4 serijas produkti, ko ražoja iepriekšējā augstsprieguma slēdzes rūpnīca. Tās ir ar divkolonnas horizontālu struktūru, simetriskas pa kreisi un pa labi, un sastāv no pamata, atbalsta stiprinājumiem, izolātoriem un galveno vadību kompleksu. Galvenais vadību komplekss ietver elastīgus savienojumus, kontaktslēpes, vadību šķēršņus, kontaktus, kontaktu pirkstus, spraugas un lietus aizsargus.

2017. gada septembrī, veicot regulāro apkalpošanu, operatori konstatēja, ka dažas no šīm ārpusē esošajām atslēgām parādīja dažādas intensitātes trūces savos atbalsta stiprinājumos, kā arī smagu koroziju. Tas radīja nopietnu drošības risku manuālā darbībā. Tāpēc tika veikta makroskopiska izpēte trūcu morfologijai. Turklāt mikroskopiskā metalogrāfiskā analīze tika veikta uz kopām, kas tika apkopotas gan no kontaktslēpes, gan no galveno vadību puses. Papildus tika izmantots spektrometrs, lai visaptveroši analizētu atbalsta stiprinājumu, vadību šķēršņu un saistīto kontaminantu khīmisko sastāvu.

2. Atbalsta stiprinājumu trūku izpētes rezultāti

2.1 Makroskopiskā morfoloģija

Atslēgu atbalsta stiprinājumu virsma zaudēja savu apklājumu, atklājot smagu koroziju. Starp stiprinājumu un vadību tika novēroti acīmredzami korozijas produkti. Trūcas parādīja skaidras sprauga fraktures pazīmes, ar "zivju miežu" modeli redzamu frakciju virsmās. Trūcu izcelsmes un izplatīšanās zonas bija melnas vai tumšgrauas krāsas.

Lokācijas mērījumi parādīja deformāciju 3,0 mm no galveno vadību puses un 2,0 mm no kontaktslēpes puses, apliecinoši par stiprinājuma nozīmīgu strukturālo deformāciju.

2.2 Mikroskopiskā morfoloģija

Mikroskopiskā metalogrāfiskā analīze atklāja kontaminantu slāņu biezumu 1,1–3,3 mm no kontaktslēpes puses un 3,2–3,5 mm no galveno vadību puses atbalsta stiprinājuma.

2.3 Spektrālā analīze

Spektrometrisks atbalsta stiprinājuma, vadību šķēršņu un kontaminantu analīze deva šādus galvenos secinājumus (sk. Tabulu 1):

• Atbalsta stiprinājums saturēja 94,3% aluminiju, kas liecina par to, ka tas ir izgatavots no lita aluminija alliāža.

• Vadību šķēršņi saturēja 92,7% miedzi, kā arī mazos elementus, kas apliecina, ka tas ir miedzas alliāža caurulis.

• Kontaminanti saturēja 94,3% aluminiju.

Šķidrumainā atmosfērā aluminis (no stiprinājuma) un miedza (no vadību šķēršņiem) veido galvanisku dārzu, kas aktivizē elektrokimisko (galvanisko) korozijas reakciju. Šis process veido aluminija jonu bagātus korozijas produktus, kas tika identificēti kā galvenais kontaminants, kas rada materiālu degradāciju un galu galā trūcas.

3. Cēloņu analīze un aizsardzības pasākumi

3.1 Atbalsta krājuma spraugu cēloņu analīze

Parasti metāla materiālu bojājumu var atvest uz diviem faktoru kategorijām:

• Iekšējie faktori: saistīti ar materiāla kvalitāti un ražošanas procesiem;

• Ārējie faktori: saistīti ar darbības apstākļiem, piemēram, mehāniskā slodze, laiks, temperatūra un vides mediji.

3.1.1 Iekšējo faktoru analīze

Elektrotīkla projektos metāla komponentes parasti pārdzērso stingrus kvalitātes pārbaudes, tostarp materiāla sastāva un gaidāmajā izmantošanas laikā pirms ieviešanas. Prakse rāda, ka ārējie augstsprieguma atslēgtāji strādā smagās vides apstākļos, un to uzticamība bieži vien ir galvenokārt atkarīga no ārējiem darbības apstākļiem, nevis no paša materiāla defektiem. Tāpēc šajā atslēgtāja atbalsta krājumā novēroto spraugu cēlonis nav nabadzīgas materiāla kvalitātes, bet gan galvenokārt vides iedarbība.

3.1.2 Ārējo faktoru analīze

330 kV pārvadātājs atrodas ziemeļrietumu reģionā ar tipisku vidēju pusērkšķīgu klimatu—ar sausgaisru, bagātu sauli un lielām diennakts un gadskaitļu temperatūras maiņām. Ziemas ir ilgas un aukstas ar minimālām nokrišnēm, savukārt vasaras ir īsas, bet karstu.

Atslēgtāja alūminija alliņa atbalsta krājums ir nepārtraukti izpostīts šai smagajai atmosfērai, izjusts stiprām vējām, termiskām ciklām, ledu akumulācijai un retām nokrišnēm—apstākļiem, kas ir ļoti izdevīgi stresa korozijas spraugu (SCC) veidošanai.

SCC attiecas uz spiesta metāla komponента бриттлого разрушения в коррозионной среде. Его возникновение требует двух основных условий: растягивающего напряжения и определенной коррозионной среды.

В данном случае:

• Растягивающие напряжения существуют внизу по обе стороны центральной линии крепления и вверху по центру, что приводит к неравномерному распределению напряжений.

• Эта неоднородная нагрузка вызывает пластическую деформацию и скольжение дислокаций в металле, ускоряя начало, распространение и, в конечном итоге, разрушение из-за СКС.

Крепление изготовлено из литого алюминиевого сплава. В присутствии влаги и частиц пыли, образующих растворимые загрязнители, легко происходит гальваническая и щелевая коррозия — особенно в зазоре на стороне зажима, где может накапливаться вода или лед.

Синергетический эффект растягивающего напряжения и коррозионного воздействия в конечном итоге привел к образованию трещин.

Макроскопически поверхности разрушения при СКС обычно показывают черные или серо-черные очаги и зоны распространения трещин из-за коррозии, с внезапными хрупкими зонами разрушения, имеющими радиальные или "ёлочные" отметки — точно соответствующие наблюдаемой морфологии разрушения крепления отключателя. Это подтверждает, что механизм отказа был связан со стрессовой коррозией.

3.2 Защитные меры против трещин крепления

Как наиболее многочисленное оборудование в подстанциях, внешние отключатели сталкиваются с значительными рисками при длительной эксплуатации в открытых условиях — особенно с увеличением использования неконтролируемых подстанций, которые требуют более высокой надежности. Предлагаются следующие четыре защитные стратегии:

3.2.1 Установка защитных кожухов

Поскольку внешние отключатели непосредственно подвергаются атмосферным условиям — и особенно уязвимы в экстремальных климатических условиях (например, в горах, в условиях высоких температур, в прибрежных зонах или зонах обледенения) — установка изоляционных экранов или защитных кожухов может создать контролируемую микросреду, значительно снижающую коррозию.

3.2.2 Усиление регулярных осмотров

Учитывая, что неравномерное распределение напряжений в сочетании с суровыми условиями окружающей среды привело к СКС, операторам необходимо интенсифицировать визуальные и механические осмотры критических компонентов — особенно базовых опор и зажимных конструкций — для обнаружения ранних признаков деформации, коррозии или образования трещин и предотвращения вторичных повреждений или аварий.

3.2.3 Усиление контроля за коррозией

Мониторинг состояния оборудования подстанции не только является эффективным средством улучшения эффективности обслуживания, но и является основой управления активами на протяжении всего жизненного цикла. Должны быть активно внедрены передовые технологии обнаружения коррозии и реального времени для периодического, целевого оценивания внешних отключателей и их креплений.

3.2.4 Применение высокопроизводительных антикоррозийных покрытий

Применение высококачественных антикоррозийных покрытий является одним из самых эффективных способов предотвращения коррозии оборудования подстанций. На креплениях отключателей покрытия с отличной устойчивостью к проникновению кислорода, влаги и ионных загрязнителей могут эффективно изолировать металлическую поверхность от коррозионных агентов. Такие покрытия обеспечивают прочную физическую барьерную защиту, создавая надежную первую линию обороны против воздействия окружающей среды.

4. Заключение

На основе всестороннего тестирования и анализа крепления, проводящего стержня и загрязнителей с внешнего высоковольтного отключателя 330 кВ подстанции сделаны следующие выводы:

(1) Основной причиной образования трещин в креплении является стрессовая коррозия (СКС). Неравномерное растягивающее напряжение в основании крепления, в сочетании с щелевой коррозией в зазоре на стороне зажима при колеблющихся климатических условиях, ускорило деградацию материала и, в конечном итоге, привело к разрушению.

(2) Ieteicamās aizsardzības pasākumu iekļauj izolācijas apdariņu uzstādīšanu, augstas veiktspējas korozijas novēršanas dāvēju piemērošanu, regulāru pārbaudes pastiprināšanu un sistēmisko korozijas monitoringu. Konkrētiem objektiem jāizstrādā visaptveroša vietēja korozijas mazināšanas stratēģija, lai nodrošinātu piegādes staciju ierīču drošu, stabila un uzticību darbību.