การวิเคราะห์การแตกของชุดยึดในตัวแยกแรงดันสูงภายนอกที่สถานีไฟฟ้า

สถานะการทำงานและความเชื่อถือได้ของอุปกรณ์ภายในสถานีไฟฟ้ามีผลโดยตรงต่อความปลอดภัยและความเสถียรของระบบไฟฟ้า การส่วนใหญ่ของอุปกรณ์ในสถานีไฟฟ้าประกอบด้วยชิ้นส่วนโลหะที่ทำจากวัสดุต่างๆ เช่น ทองแดงบริสุทธิ์ เหล็กกล้าคาร์บอน และเหล็กกล้าไร้สนิม ระหว่างการใช้งานระยะยาว ประสิทธิภาพของวัสดุเหล่านี้มักจะลดลง ส่งผลให้อุปกรณ์เกิดความผิดพลาดและสร้างความเสี่ยงต่อการดำเนินงานอย่างปลอดภัยและเสถียรของสถานีไฟฟ้า

ตัวตัดวงจรแรงดันสูงกลางแจ้งเป็นตัวอย่างที่สำคัญ การทำงานที่เหมาะสมของอุปกรณ์นี้มีความจำเป็นไม่เพียงแค่สำหรับความเชื่อถือได้ ความปลอดภัย และความเสถียรของการจ่ายไฟฟ้าในสถานีไฟฟ้าเท่านั้น หากแต่ยังเพราะความล้มเหลวของอุปกรณ์นี้อาจนำไปสู่การล่มสลายของระบบไฟฟ้าทั้งหมด ดังนั้น การวิเคราะห์สาเหตุพื้นฐานของความผิดพลาดที่พบบ่อยในอุปกรณ์ของสถานีไฟฟ้าและเสนอมาตรการป้องกันที่เฉพาะเจาะจงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

1. บทนำเกี่ยวกับตัวตัดวงจรแรงดันสูงกลางแจ้ง

ตัวตัดวงจรแรงดันสูงกลางแจ้งที่สถานีไฟฟ้า 330 kV แห่งหนึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ซีรีส์ GW4 รุ่นเก่าที่ผลิตโดยโรงงานสวิตช์เกียร์แรงดันสูงในอดีต มีโครงสร้างคอลัมน์คู่แนวนอนสมมาตรซ้ายขวา และประกอบด้วยฐาน ขาตั้ง ฉนวน และชุดนำกระแสหลัก ชุดนำกระแสหลักประกอบด้วยตัวเชื่อมยืด คลิปปลายสาย แท่งนำกระแส ตัวติดต่อ ตัวติดต่อแบบนิ้ว สปริง และฝาป้องกันฝน

ในเดือนกันยายน 2017 ระหว่างการบำรุงรักษาตามปกติ ผู้ปฏิบัติงานพบว่าบางตัวตัดวงจรกลางแจ้งมีการแตกของขาตั้งในระดับต่างๆ พร้อมกับการกัดกร่อนอย่างรุนแรง ซึ่งเป็นอันตรายอย่างมากในการดำเนินงานด้วยมือ ดังนั้นจึงได้ทำการตรวจสอบรูปทรงของรอยแตกทางมาโครสโคปิค นอกจากนี้ยังได้ทำการวิเคราะห์โลหะศาสตร์ระดับไมโครสโคปิคกับสารปนเปื้อนที่เก็บมาจากทั้งด้านคลิปและด้านปลายสายของขาตั้ง และได้ใช้สเปกโตรมิเตอร์วิเคราะห์องค์ประกอบเคมีของขาตั้ง แท่งนำกระแส และสารปนเปื้อนที่เกี่ยวข้องอย่างครอบคลุม

2. ผลการตรวจสอบการแตกของขาตั้ง

2.1 รูปทรงมาโครสโคปิค

ชั้นเคลือบบนขาตั้งของตัวตัดวงจรได้หลุดออกและแสดงการกัดกร่อนอย่างรุนแรง พบวัสดุกัดกร่อนอย่างชัดเจนระหว่างขาตั้งและแท่งนำกระแส รอยแตกแสดงลักษณะของการแตกแบบเปราะ โดยมีรูปแบบ "herringbone" ปรากฏบนผิวแตก จุดเริ่มต้นและเขตการขยายของรอยแตกมีสีดำหรือสีเทาเข้ม

การวัดการเบนแสดงการเปลี่ยนรูป 3.0 มม. ที่ด้านแผงปลายสายและ 2.0 มม. ที่ด้านคลิป ยืนยันการบิดเบี้ยวโครงสร้างของขาตั้งอย่างมาก

2.2 รูปทรงไมโครสโคปิค

การวิเคราะห์โลหะศาสตร์ระดับไมโครสโคปิคเผยความหนาของชั้นสารปนเปื้อน 1.1–3.3 มม. ที่ด้านคลิปและ 3.2–3.5 มม. ที่ด้านแผงปลายสายของขาตั้ง

2.3 การวิเคราะห์สเปกโตรมิเตอร์

การวิเคราะห์สเปกโตรมิเตอร์ของขาตั้ง แท่งนำกระแส และสารปนเปื้อนได้ผลสำคัญดังนี้ (ดูตาราง 1):

• ขาตั้งมีอลูมิเนียม 94.3% แสดงว่าทำจากอัลลอยด์อลูมิเนียมหล่อ

• แท่งนำกระแสมีทองแดง 92.7% พร้อมธาตุอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย ยืนยันว่าเป็นท่ออัลลอยด์ทองแดง

• สารปนเปื้อนมีอลูมิเนียม 94.3%

ภายใต้สภาพอากาศชื้น อลูมิเนียม (จากขาตั้ง) และทองแดง (จากแท่งนำกระแส) สร้างคู่กาลวาไนซ์ กระตุ้นปฏิกิริยาการกัดกร่อนทางไฟฟ้าเคมี กระบวนการนี้สร้างผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนที่มีไอออนอลูมิเนียมเป็นส่วนใหญ่—ซึ่งถูกระบุว่าเป็นสารปนเปื้อนหลักที่ทำให้วัสดุเสื่อมสภาพและแตกในที่สุด

3. การวิเคราะห์สาเหตุและการป้องกัน

3.1 การวิเคราะห์สาเหตุของการแตกของชุดยึด

โดยทั่วไปแล้วการล้มเหลวของวัสดุโลหะสามารถถูกแบ่งออกเป็นสองประเภทของปัจจัย:

• ปัจจัยภายใน: เกี่ยวข้องกับคุณภาพของวัสดุและกระบวนการผลิต;

• ปัจจัยภายนอก: เกี่ยวข้องกับสภาพการใช้งานเช่น การโหลดทางกล ระยะเวลา อุณหภูมิ และสื่อแวดล้อม

3.1.1 การวิเคราะห์ปัจจัยภายใน

ในการดำเนินโครงการระบบไฟฟ้า การตรวจสอบคุณภาพอย่างเข้มงวดของส่วนประกอบโลหะ—รวมถึงองค์ประกอบของวัสดุและอายุการใช้งานที่คาดหวัง—ก่อนนำไปใช้งาน ประสบการณ์ในสนามแสดงให้เห็นว่าสวิตช์แยกแรงดันสูงภายนอกทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง และความน่าเชื่อถือของพวกเขามักจะถูกควบคุมโดยสภาพการใช้งานภายนอกมากกว่าวัสดุที่มีข้อบกพร่องภายใน ดังนั้น การแตกของชุดยึดสวิตช์แยกนี้ไม่ได้เกิดจากคุณภาพวัสดุที่ไม่ดี แต่เป็นผลมาจากสภาพแวดล้อม

3.1.2 การวิเคราะห์ปัจจัยภายนอก

สถานีไฟฟ้าแรงดัน 330 kV ตั้งอยู่ในภูมิภาคตะวันตกเฉียงเหนือที่มีภูมิอากาศกึ่งแห้งแล้งแบบอุ่น—มีอากาศแห้ง มีแสงแดดมาก และมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิระหว่างวันและระหว่างปีสูง ฤดูหนาวยาวและหนาวเย็น มีฝนน้อย ในขณะที่ฤดูร้อนสั้นแต่ร้อน

ชุดยึดอลูมิเนียมของสวิตช์แยกได้ถูกสัมผัสอย่างต่อเนื่องกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงนี้ ถูกกระทบโดยลมแรง การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ การสะสมน้ำแข็ง และฝนตกเป็นครั้งคราว—สภาพแวดล้อมที่เหมาะสมสำหรับการแตกจากการกัดกร่อนภายใต้แรงดึง (SCC)

SCC หมายถึงการแตกเปราะของส่วนประกอบโลหะที่อยู่ภายใต้แรงดึงในสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน การเกิดขึ้นของ SCC ต้องมีสองเงื่อนไขสำคัญ: แรงดึงและสารกัดกร่อนเฉพาะ

ในกรณีนี้:

• แรงดึงมีอยู่ทั้งด้านบนและด้านล่างของเส้นกลางฐานของชุดยึด ทำให้มีการกระจายแรงไม่สม่ำเสมอ

• การโหลดที่ไม่สม่ำเสมอทำให้เกิดการยืดหยุ่นและการเลื่อนของพื้นผิวโลหะ ทำให้การเริ่มต้น การขยายตัว และการแตกของ SCC รวดเร็วขึ้น

ชุดยึดนี้ทำจากโลหะผสมอลูมิเนียม เมื่อมีความชื้นและฝุ่นละอองในอากาศที่สร้างสารละลายที่กัดกร่อน ทำให้เกิดการกัดกร่อนทางกาลวาโนและช่องว่าง—โดยเฉพาะบริเวณช่องว่างที่มีน้ำหรือน้ำแข็งสะสม

ผลกระทบร่วมของแรงดึงและการกัดกร่อนส่งผลให้เกิดการแตก

ในมุมมองแมโคร การแตกของ SCC ทั่วไปจะแสดงให้เห็นจุดเริ่มต้นและเขตการขยายตัวของรอยแตกที่มีสีดำหรือเทาดำเนื่องจากการกัดกร่อน บริเวณที่แตกเปราะอย่างฉับพลันจะแสดงรูปแบบแนวรัศมีหรือรูปปลาแซลมอน—"รูปแบบปลาแซลมอน"—ตรงกับรูปร่างของรอยแตกของชุดยึดสวิตช์แยก ซึ่งยืนยันว่ากลไกการล้มเหลวคือการแตกจากการกัดกร่อนภายใต้แรงดึง

3.2 มาตรการป้องกันการแตกของชุดยึด

ในฐานะอุปกรณ์ที่มีจำนวนมากที่สุดในสถานีไฟฟ้า สวิตช์แยกภายนอกเผชิญกับความเสี่ยงสูงเมื่อทำงานในสภาพแวดล้อมที่เปิดเผย—โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการเพิ่มขึ้นของสถานีไฟฟ้าที่ไม่มีคนดูแล ซึ่งต้องการความน่าเชื่อถือสูง ต่อไปนี้เป็นมาตรการป้องกันสี่ประการ:

3.2.1 ติดตั้งโครงสร้างป้องกัน

เนื่องจากสวิตช์แยกภายนอกถูกสัมผัสโดยตรงกับสภาพอากาศ—และเป็นที่อ่อนไหวอย่างมากในภูมิอากาศที่รุนแรง (เช่น ภูมิอากาศหนาวในภูเขา ภูมิอากาศร้อน ภูมิอากาศชายฝั่งทะเล หรือพื้นที่ที่มีน้ำแข็ง)—การติดตั้งแผ่นกันหรือโครงสร้างป้องกันสามารถสร้างสภาพแวดล้อมขนาดเล็กที่ควบคุมได้ ลดการกัดกร่อนอย่างมาก

3.2.2 เพิ่มการตรวจสอบประจำ

เนื่องจากแรงกดที่ไม่สม่ำเสมอร่วมกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงทำให้เกิด SCC ผู้ปฏิบัติงานต้องเพิ่มการตรวจสอบทางสายตาและทางกลของส่วนประกอบสำคัญ—โดยเฉพาะฐานรองรับและโครงสร้างคลัมป์—เพื่อตรวจจับสัญญาณแรกของความเสียหาย การกัดกร่อน หรือการแตก และป้องกันความเสียหายที่เกิดขึ้นตามมาหรือเหตุการณ์ด้านความปลอดภัย

3.2.3 เสริมการตรวจสอบการกัดกร่อน

การตรวจสอบสภาพของอุปกรณ์ในสถานีไฟฟ้าไม่เพียงแต่เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงประสิทธิภาพการบำรุงรักษา แต่ยังเป็นหัวใจหลักของการจัดการทรัพย์สินตลอดวงจรชีวิต ควรใช้เทคโนโลยีการตรวจจับการกัดกร่อนและการตรวจสอบแบบเรียลไทม์ขั้นสูงเพื่อประเมินสวิตช์แยกภายนอกและส่วนประกอบที่แนบอย่างเป็นระยะๆ และเป็นเป้าหมาย

3.2.4 ใช้สารเคลือบป้องกันการกัดกร่อนประสิทธิภาพสูง

การใช้สารเคลือบป้องกันการกัดกร่อนคุณภาพสูงเป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการยับยั้งการกัดกร่อนของอุปกรณ์ในสถานีไฟฟ้า บนชุดยึดสวิตช์แยก สารเคลือบที่มีความต้านทานการซึมผ่านของออกซิเจน ความชื้น และไอออนที่เป็นสารกัดกร่อนสามารถแยกผิวโลหะออกจากสารกัดกร่อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ สารเคลือบเหล่านี้ให้การป้องกันทางกายภาพที่แข็งแรง สร้างแนวป้องกันแรกที่เชื่อถือได้ต่อการเสื่อมสภาพจากสภาพแวดล้อม

4. สรุป

จากการทดสอบและวิเคราะห์อย่างครอบคลุมของชุดยึด แท่งนำไฟฟ้า และสารปนเปื้อนจากสวิตช์แยกแรงดันสูงภายนอกของสถานีไฟฟ้า 330 kV สรุปได้ดังนี้:

(1) สาเหตุหลักของการแตกของชุดยึดคือการแตกจากการกัดกร่อนภายใต้แรงดึง (SCC) แรงดึงที่ไม่สม่ำเสมอที่ฐานของชุดยึด ร่วมกับการกัดกร่อนในช่องว่างที่มีการสะสมน้ำหรือน้ำแข็งภายใต้สภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลง ทำให้วัสดุเสื่อมสภาพและสุดท้ายก็แตก

(2) มาตรการป้องกันที่แนะนำรวมถึงการติดตั้งห้องแยกส่วน การใช้สารเคลือบป้องกันการกัดกร่อนประสิทธิภาพสูง การเพิ่มความเข้มของการตรวจสอบประจำ และการดำเนินการตรวจสอบการกัดกร่อนอย่างเป็นระบบ สำหรับสถานที่เฉพาะควรพัฒนาแผนยุทธศาสตร์การลดการกัดกร่อนที่ครอบคลุมและเหมาะสมกับสถานที่นั้น เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์ในสถานีไฟฟ้าทำงานได้อย่างปลอดภัย มั่นคง และเชื่อถือได้