Анализа на пукнувањето на опорната конзола во надворешните високонапонски прекинувачи во трансформаторна станција

Оперативната состојба и надежност на опремата во подстанциите директно влијаат на безопасноста и стабилноста на електропротоколот. Повеќето опрема за подстанции се состои од метални компоненти направени од различни материјали како чиста бакар, карбонска челик и нержавејачка челик. Во текот на долговремената работа, деградацијата на перформансите на овие метални материјали често доведува до падови на опремата, што го поставува значителен ризик за сигурната и стабилната работа на подстанциите.

Пример за тоа се одворените високонапонски прекинувачи. Нивната правилна функционалност е критична - не само за надежноста, безопасноста и стабилноста на електропротоколот во подстанциите, туку и затоа што нивниот пад може потенцијално да предизвика колапс на цел електропротокол. Затоа, е од големо значење активно да се анализираат основните причини за зачестените падови на опремата во подстанциите и да се предложат целосмерени мерки за заштита.

1. Вовед во одворените високонапонски прекинувачи

Одворените високонапонски прекинувачи во една одредена 330 кВ подстанција се рано-моделски производи серии GW4 произведени од бивна фабрика за високонапонски прекинувачи. Тие имаат двостволна хоризонтална структура со лево-десна симетрија и се состојат од основа, опорни рамки, изолатори и главна проводна асамблира. Главната проводна асамблира вклучува гибки врски, клампи, проводни стапкови, контактни точки, контактни прстени, спрингери и јадрови за заштита од дожд.

Во септември 2017 година, токму во текот на рутинско одржување, операторите открија дека некои од овие одворени прекинувачи покажуваат различни степени на пукнување на нивните опорни рамки, придружено со тешка корозија. Ова поставуваше сериозен безбедносен ризик при рачко управување. Затоа, беше извршена макроскопска испитување на формата на пукнувањето. Додека, микроскопска металографска анализа беше извршена на контаминанти собрани од страната на клампите и терминалите на опорните рамки. Повеќе од тоа, спектрометар беше користен за комплетна анализа на хемискиот состав на опорните рамки, проводните стапкови и поврзаните контаминанти.

2. Резултати од испитувањето на пукнувањето на опорните рамки

2.1 Макроскопска морфологија

Покривачката на површината на опорните рамки на прекинувачите беше одгледана, откривајќи тешка корозија. Беше забележан очигледен корозисен продукт помеѓу рамката и проводниот стапок. Пукнувањата показуваа карактеристики на хрупко фрактурирање, со видливи „херингбон“ (V-образни) обрасци на површината на фрактурата. Податочната зона и зоната на проширување на пукнувањето изгледаа црни или темно сиви.

Мерењата на деформацијата покажаа деформација од 3,0 мм на страната на терминалната плочка и 2,0 мм на страната на клампите, потврдувајќи значителна структурна деформација на рамката.

2.2 Микроскопска морфологија

Микроскопската металографска анализа открила дебелина на слојот на контаминанти од 1,1–3,3 мм на страната на клампите и 3,2–3,5 мм на страната на терминалната плочка на опорната рамка.

2.3 Спектрална анализа

Спектрометриската анализа на опорната рамка, проводниот стапок и контаминантите донесе следните клучни наоѓала (видете Табела 1):

• Опорната рамка содржи 94,3% алуминиум, што укажува дека е направена од легира на лејен алуминиум.

• Проводниот стапок содржи 92,7% бакар, заедно со трасе елементи, што потврдува дека е цев од бакарна легира.

• Контаминантите исто така содржаа 94,3% алуминиум.

Во влажни атмосферни услови, алуминиумот (од рамката) и бакарот (од проводниот стапок) формираат галваничка двојка, што активира електрохемиски (галванички) реакции на корозија. Овој процес генерира корозисни производи богати на алуминиумски јони - идентификувани како главен контаминант кој предизвикува деградација на материјалот и конечното пукнување.

3. Анализа на причините и заштитни мерки

3.1 Анализа на причините за пукнување на поддржкачката рама

Обично, неуспехот на металните материјали може да се припише на две категории фактори:

• Внатрешни фактори: поврзани со квалитетот на материјалот и производствените процеси;

• Екстерни фактори: поврзани со условите на служба како механички наглас, време, температура и околина.

3.1.1 Анализа на внатрешните фактори

В електричките мрежни проекти, металните компоненти обично минуваат строги контроли на квалитетот - вклучувајќи состав на материјалот и очекуван период на служба - пред нивната употреба. Практичките искуства покажуваат дека надворешните високонапонски прекинувачи работат во тешки услови, и нивната релевантност е претседно одредена од екстерните услови на служба, а не од внатрешни дефекти на материјалот. Затоа, пукнувањето на поддржкачката рама на овој прекинувач не е поради лош квалитет на материјалот, туку е главно под влијание на околинските услови.

3.1.2 Анализа на екстерните фактори

Подстанцијата на 330 кВ се наоѓа во северозападен регион со типичен темперирани полусушина климат - карактеризиран со сух воздух, изобилна сончева светлина и големи дневни и годишни варијации на температурата. Зимата се долги и холодни со минимална падавина, додека летата се кратки но топли.

Алуминиевата сплавна поддржкачка рама на прекинувачот била континуирано изложена на овој тешки атмосферски услов, подложена на јаки ветрови, термални циклувања, намалување на лед и случайни падавини - услови кои многу поттикнуваат коррозија на напрегнати метали (SCC).

SCC се однесува на хрупкото чупење на напрегнат метален компонент во корозивна околина. Неговата појава бара два основни услови: напрегнат напон и специфична корозивна средина.

В овој случај:

• Напрегнати напони постојат надолу на двете страни на долната средна линија на рамата и нагоре во центарот, што резултира во неравномерна дистрибуција на напонот.

• Ова неравномерно оптоварување индуцира пластична деформација и склозување на металот, која забрзува појавата, развирањето и конечното чупење на SCC.

Рамата е направена од лејен алуминиев сплав. Во присуство на влага и прашински честички кои формираат растворливи загадувања, лесно се јавува галваничка и фисурна коррозија - особено во јазолот на клампата, каде што може да се накопчи вода или лед.

Синергетскиот ефект на напрегнатиот напон и корозивната напада на крајот доведе до пукнување.

Макроскопски, површините на чупење на SCC обично покажуваат црни или сивочрни источници на пукнување и зони на распаѓање поради корозија, со внезапни хрупки области со радијални модели или "V" облици - точно соодветствувајќи на набљудуваната морфологија на чупење на рамата на прекинувачот. Оваа силно потврдува дека механизмот на неуспех беше корозија на напрегнати метали.

3.2 Защитни мерки против пукнување на рамата

Како најбројчана опрема во подстанциите, надворешните прекинувачи се соочуваат со значителни ризици при долготрајна работа во изложени услови - особено со зголемената употреба на непостојано подстанции, кои бараат повисок степен на релевантност. Се предлажаат следните четири защитни стратегии:

3.2.1 Инсталирајте заштитни капсули

Бидејќи надворешните прекинувачи се директно изложени на атмосферски услови - особено лабави во екстремни климати (нпр. планински мраз, висока температура, обални соли или области со намалување на лед) - инсталацијата на изолационни ѕидови или заштитни капсули може да создаде контролиран микроклимат, значително намалувајќи корозијата.

3.2.2 Подобрување на рутинските инспекции

Затоа што неравномерната дистрибуција на напонот заедно со тешки услови на околина иницирале SCC, операторите треба да интензифицираат визуелни и механички инспекции на критични компоненти - особено основни поддржкачки структури и клампинг структури - за да детектираат ранни знаци на деформација, корозија или пукнување и да предотвратат вторични штети или безбедносни инциденти.

3.2.3 Подобрување на мониторингот на корозијата

Кондициониот мониторинг на опремата во подстанциите не само е ефикасен начин за подобрување на ефективноста на одржуването, туку и е основа на управувањето со активи во целокупен жизнен циклус. Треба активно да се применуваат напредни технологии за детекција на корозија и реално време мониторинг за периодична, целосна оценка на надворешните прекинувачи и нивните придружни делови.

3.2.4 Примена на високо перформансни антикорозивни покривања

Примената на висококвалитетни антикорозивни покривања е еден од најефикасните начини за спречување на корозијата на опремата во подстанциите. На поддржкачките рами на прекинувачите, покривањата со одлична отпорност на проникнување на кислород, влага и ионски загадувања можат ефективно да изолираат металната површина од корозивни агенти. Таквите покривања обезбедуваат јачна физичка барьерска заштита, стварајќи надежна прва линија на одбрана против екологичната деградација.

4. Заклучок

На база на комплексни тестови и анализа на поддржкачката рама, проводливата рака и загадувањата од надворешниот високонапонски прекинувач во подстанцијата на 330 кВ, се прават следните заклучоци:

(1) Главната причина за пукнувањето на поддржкачката рама е корозија на напрегнати метали (SCC). Неравномерен напрегнат напон на основата на рамата, заедно со фисурна корозија во јазолот на клампата под флуктуирачки климатски услови, забрза деградацијата на материјалот и конечното чупење.

(2) Препорачаните заштитни мерки вклучуваат инсталирање на изолациони капсули, применување на високоперформантни антикорозни покриви, подобрување на редовните инспекции и систематско мониторирање на корозијата. За одредени локации, треба да се разработи целостна стратегија за намалување на корозијата специфичка за локацијата, за да се осигура безбедно, стабилно и надежно функционирање на опремата во претоварната станција.