Analisis Pecahnya Sokongan dalam Penyambut Tegangan Tinggi Luaran di Substasi

Status operasi dan kebolehpercayaan peralatan di dalam substansi langsung mempengaruhi keselamatan dan kestabilan grid elektrik. Kebanyakan peralatan substansi terdiri daripada komponen logam yang diperbuat daripada pelbagai bahan seperti tembaga murni, besi karbon, dan keluli tahan karat. Semasa operasi jangka panjang, penurunan prestasi bahan logam ini sering menyebabkan kegagalan peralatan, membawa risiko yang signifikan kepada operasi selamat dan stabil substansi.

Pemutus arus luaran tegangan tinggi adalah contoh utama. Fungsi yang betul sangat penting—tidak hanya untuk kebolehpercayaan, keselamatan, dan kestabilan bekalan kuasa substansi, tetapi juga kerana kegagalannya boleh memicu runtuhnya seluruh grid elektrik. Oleh itu, sangat penting untuk menganalisis aktif punca-punca kegagalan biasa peralatan di substansi dan mencadangkan langkah-langkah perlindungan yang ditargetkan.

1. Pengenalan Pemutus Arus Luaran Tegangan Tinggi

Pemutus arus luaran tegangan tinggi di sebuah substansi 330 kV tertentu adalah produk siri GW4 model awal yang dikeluarkan oleh bekas kilang pemutus arus tegangan tinggi. Mereka mempunyai struktur dua tiang mengufuk dengan simetri kiri-kanan dan terdiri daripada tapak, sokongan, insulator, dan perakitan konduktif utama. Perakitan konduktif utama termasuk penghubung fleksibel, gubahan terminal, rod konduktif, kontak, jari kontak, spring, dan pelindung hujan.

Pada September 2017, semasa pemeliharaan rutin, operator menemui bahawa beberapa pemutus arus luaran ini menunjukkan tahap retak yang berbeza pada sokongannya, disertai dengan korosi yang serius. Ini membawa ancaman keselamatan yang serius semasa operasi manual. Oleh itu, pemeriksaan makroskopik terhadap morfologi retak telah dilakukan. Selain itu, analisis metalografi mikroskopik telah dijalankan pada kontaminan yang dikumpulkan dari kedua-dua sisi gubahan dan terminal sokongan. Lebih-lebih lagi, spektrometer digunakan untuk menganalisis secara menyeluruh komposisi kimia sokongan, rod konduktif, dan kontaminan berkaitan.

2. Keputusan Pemeriksaan Retak Sokongan

2.1 Morfologi Makroskopik

Lapisan permukaan sokongan pemutus arus telah terkelupas, menunjukkan korosi yang serius. Produk korosi yang ketara dikesan antara sokongan dan rod konduktif. Retak menunjukkan ciri-ciri pecah rapuh, dengan corak "herringbone" yang nampak pada permukaan retak. Zon asal dan penyebaran retak kelihatan hitam atau gelap abu-abu.

Pengukuran pembengkokan menunjukkan deformasi 3.0 mm pada sisi plat terminal dan 2.0 mm pada sisi gubahan, mengesahkan distorsi struktur yang signifikan pada sokongan.

2.2 Morfologi Mikroskopik

Analisis metalografi mikroskopik menunjukkan ketebalan lapisan kontaminan 1.1–3.3 mm pada sisi gubahan dan 3.2–3.5 mm pada sisi plat terminal sokongan.

2.3 Analisis Spektrum

Analisis spektrometrik sokongan, rod konduktif, dan kontaminan menghasilkan dapatan utama berikut (lihat Jadual 1):

• Sokongan mengandungi 94.3% aluminium, menunjukkan ia diperbuat daripada aloi aluminium tuang.

• Rod konduktif mengandungi 92.7% tembaga, bersama elemen jejak, mengesahkan ia sebagai tiub aloi tembaga.

• Kontaminan juga mengandungi 94.3% aluminium.

Dalam keadaan atmosfera lembap, aluminium (dari sokongan) dan tembaga (dari rod konduktif) membentuk pasangan galvanik, memicu reaksi korosi elektrokimia (galvanik). Proses ini menghasilkan produk korosi kaya ion aluminium—yang dikenali sebagai kontaminan utama yang menyebabkan penurunan bahan dan akhirnya retak.

3. Analisis Sebab dan Langkah Perlindungan

3.1 Analisis Sebab Pecahnya Braket Sokongan

Secara umum, kegagalan bahan logam dapat dikaitkan dengan dua kategori faktor:

• Faktor dalaman: berkaitan dengan kualiti bahan dan proses pembuatan;

• Faktor luaran: berkaitan dengan keadaan perkhidmatan seperti beban mekanikal, masa, suhu, dan media persekitaran.

3.1.1 Analisis Faktor Dalaman

Dalam projek rangkaian tenaga, komponen logam biasanya menjalani pemeriksaan kualiti yang ketat—termasuk komposisi bahan dan jangka hayat yang dijangka—sebelum dikerahkan. Pengalaman lapangan menunjukkan bahawa pemutus arus tegangan tinggi luaran beroperasi dalam persekitaran yang keras, dan kebolehpercayaannya sebahagian besar ditentukan oleh keadaan perkhidmatan luaran daripada cacat bahan yang ada. Oleh itu, pecah yang diperhatikan pada braket sokongan pemutus arus ini bukan disebabkan oleh kualiti bahan yang buruk tetapi terutamanya disebabkan oleh paparan persekitaran.

3.1.2 Analisis Faktor Luaran

Substesen 330 kV terletak di kawasan barat laut dengan iklim semiarid sederhana—ditandai dengan udara kering, cahaya matahari yang melimpah, dan variasi suhu harian dan tahunan yang besar. Musim sejuk panjang dan sejuk dengan sedikit hujan, manakala musim panas singkat tetapi panas.

Braket sokongan aluminium paduan pemutus arus telah terdedah secara berterusan kepada persekitaran atmosfera yang keras ini, terkena angin kencang, siklus termal, penumpukan ais, dan hujan sesekali—keadaan yang sangat menggalakkan pecah akibat korosi tekanan (SCC).

SCC merujuk kepada pecah rapuh komponen logam yang ditekan dalam persekitaran korosif. Kejadian SCC memerlukan dua syarat penting: tekanan tarik dan medium korosif tertentu.

Dalam kes ini:

• Tekanan tarik wujud ke bawah di kedua-dua sisi garis pusat bawah braket dan ke atas di tengah, menyebabkan pengedaran tekanan yang tidak sekata.

• Muatan yang tidak sekata ini mengakibatkan regangan plastik dan slip disklokasi pada logam, mempercepatkan permulaan, penyebaran, dan pecah akhir SCC.

Braket dibuat daripada paduan aluminium cor. Dalam kehadiran kelembapan dan partikel debu udara yang membentuk kontaminan larut, korosi galvanik dan celah mudah berlaku—terutamanya di jurang sisi gantungan, di mana air atau ais boleh menumpuk.

Efek sinergistik tekanan tarik dan serangan korosif akhirnya menyebabkan pecah.

Secara makroskopik, permukaan pecah SCC biasanya menunjukkan asal dan zon penyebaran retak berwarna hitam atau kelabu-hitam akibat korosi, dengan kawasan pecah rapuh tiba-tiba menunjukkan corak radial atau tanduk ("herringbone")—sama persis dengan morfologi pecah yang diperhatikan pada braket pemutus arus. Ini mengesahkan kuat bahawa mekanisme kegagalan adalah pecah akibat korosi tekanan.

3.2 Langkah Perlindungan Terhadap Pecah Braket

Sebagai jenis peralatan yang paling banyak di substesen, pemutus arus luaran menghadapi risiko yang signifikan apabila beroperasi dalam jangka masa panjang dalam persekitaran yang terdedah—terutamanya dengan peningkatan pelaksanaan substesen tanpa pengawasan, yang memerlukan kebolehpercayaan yang lebih tinggi. Empat strategi perlindungan berikut dicadangkan:

3.2.1 Pasang Enklosur Perlindungan

Kerana pemutus arus luaran terdedah langsung kepada keadaan atmosfera—dan terutamanya rentan dalam iklim ekstrem (contohnya, sejuk alpine, panas tinggi, salinitas pantai, atau zon penumpukan ais)—pengemasan tameng isolasi atau enklosur perlindungan boleh mencipta mikro-persekitaran yang terkawal, mengurangkan korosi secara signifikan.

3.2.2 Tingkatkan Pemeriksaan Rutin

Mengingat bahawa pengedaran tekanan yang tidak sekata bersama dengan keadaan persekitaran yang keras memicu SCC, operator mesti meningkatkan pemeriksaan visual dan mekanikal komponen-komponen penting—terutamanya sokongan dasar dan struktur gantungan—untuk mendeteksi tanda-tanda awal deformasi, korosi, atau pecah dan mencegah kerusakan sekunder atau insiden keselamatan.

3.2.3 Kuatkan Pemantauan Korosi

Pemantauan keadaan peralatan substesen bukan hanya cara yang efisien untuk meningkatkan keberkesanan penyelenggaraan tetapi juga batu asas pengurusan aset seluruh siklus hidup. Teknologi deteksi korosi canggih dan pemantauan masa nyata harus digunakan secara aktif untuk penilaian berkala dan bertujuan pemutus arus luaran dan lampiran mereka.

3.2.4 Gunakan Pelapis Anti-Korosi Berprestasi Tinggi

Penggunaan pelapis anti-korosi berkualiti tinggi adalah salah satu cara yang paling berkesan untuk menghalang korosi pada peralatan substesen. Pada braket sokongan pemutus arus, pelapis dengan ketahanan yang luar biasa terhadap penetrasi oksigen, kelembapan, dan kontaminan ionik dapat mengasingkan permukaan logam dari agen korosif. Pelapis ini memberikan perlindungan fizikal yang kukuh, membentuk garis pertahanan pertama yang dapat diandalkan terhadap degradasi persekitaran.

4. Kesimpulan

Berdasarkan ujian dan analisis komprehensif braket sokongan, rod konduktif, dan kontaminan dari pemutus arus tegangan tinggi luaran substesen 330 kV, kesimpulan berikut ditarik:

(1) Sebab utama pecah braket sokongan adalah pecah akibat korosi tekanan (SCC). Tekanan tarik yang tidak sekata di pangkal braket, bersama dengan korosi celah di jurang sisi gantungan dalam keadaan iklim yang berfluktuasi, mempercepatkan degradasi bahan dan akhirnya menyebabkan pecah.

(2) Langkah-langkah perlindungan yang disarankan termasuk pemasangan enklosur isolasi, penggunaan pelapis anti-korosi berkinerja tinggi, peningkatan pemeriksaan rutin, dan pelaksanaan pemantauan korosi sistematis. Untuk lokasi tertentu, strategi mitigasi korosi spesifik lokasi yang komprehensif harus dikembangkan untuk memastikan operasi peralatan stasiun tenaga listrik yang aman, stabil, dan andal.