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

Ang estado ng operasyon at kapani-paniwalang mga kagamitan sa loob ng mga substation ay direktang nakakaapekto sa kaligtasan at estabilidad ng grid ng kuryente. Ang karamihan sa mga kagamitan ng substation ay binubuo ng mga komponenteng metal na gawa mula sa iba't ibang materyales tulad ng tukong malinis, carbon steel, at stainless steel. Sa mahabang paggamit, ang pagbagsak ng kakayahan ng mga materyal na ito ay 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 pangunahing halimbawa. Ang kanilang tamang pagganap ay mahalaga—hindi lamang para sa kapani-paniwalan, 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 naman, may malaking kahalagahan ang aktibong pagsusuri ng mga ugat ng karaniwang pagkasira ng mga kagamitan sa substation at pagpopropona ng mga tinatakdang hakbang ng proteksyon.

1. Pagpapakilala sa Outdoor High-Voltage Disconnectors

Ang mga outdoor high-voltage disconnectors sa isang partikular na 330 kV substation ay mga dating modelo ng serye GW4 na gawa ng isang dating planta ng high-voltage switchgear. Sila ay may double-column horizontal structure na may left-right symmetry at binubuo ng base, support brackets, insulators, at main conductive assembly. Ang main conductive assembly ay kasama ang flexible connectors, terminal clamps, conductive rods, contacts, contact fingers, springs, at rain shields.

Noong Setyembre 2017, sa panahon ng regular na pag-maintain, natuklasan ng mga operator na ang ilang mga outdoor disconnector ay may iba't ibang antas ng pagkasira sa kanilang support brackets, kasama ang matinding corrosion. Ito ay nagdulot ng malaking panganib sa ligtas na manual na operasyon. Bilang resulta, isinagawa ang macroscopic examination ng morphology ng crack. Bukod dito, isinagawa rin ang microscopic metallographic analysis sa contaminants na inilipat mula sa clamp-side at terminal-side ng support brackets. Mas lalo pa, ginamit ang spectrometer upang komprehensibong analisyn ang chemical composition ng support brackets, conductive rods, at associated contaminants.

2. Resulta ng Pagsusuri ng Cracking ng Support Bracket

2.1 Macroscopic Morphology

Ang surface coating ng support brackets ng disconnector ay nawalan, na nagpakita ng matinding corrosion. Obvious na corrosion products ang napansin sa pagitan ng bracket at conductive rod. Ang mga crack ay nagpakita ng characteristics ng brittle fracture, na may chevron ("herringbone") patterns na makikita sa fracture surfaces. Ang origin at propagation zones ng crack ay black o dark gray.

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 significant structural distortion ng bracket.

2.2 Microscopic Morphology

Ang microscopic metallographic analysis ay nagpakita ng contaminant layer thicknesses 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 mga sumusunod na pangunahing natuklasan (tingnan ang Table 1):

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

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

• Ang contaminants ay naglalaman din ng 94.3% aluminum.

Sa mapagaspang na atmospheric conditions, ang aluminum (mula sa bracket) at copper (mula sa conductive rod) ay nagbabago ng galvanic couple, na nag-trigger ng electrochemical (galvanic) corrosion reaction. Ang proseso na ito ay nagbubuo ng aluminum-ion-rich corrosion products—na itinala bilang pangunahing contaminant na nagdudulot ng degradation ng materyal at eventual cracking.

3. Pag-aanalisa ng Dahilan at mga Pagsasagawa ng Proteksyon

3.1 Pag-aanalisa ng Mga Dahilan sa Pagkakabali ng Suportang Braket

Karaniwan, ang pagkakabigo ng materyal na metal ay maaaring ito'y isama sa dalawang kategorya ng mga dahilan:

• Mga panloob na dahilan: kaugnay ng kalidad ng materyal at proseso ng paggawa;

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

3.1.1 Pag-aanalisa ng Panloob na 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 ilunsad. Ang karanasan sa field ay nagpapakita na ang mga outdoor high-voltage disconnector ay gumagana sa mahigpit na kapaligiran, at ang kanilang reliabilidad ay pangunahing pinamumunuan ng mga kondisyon ng serbisyo sa labas kaysa sa inherent na kaputikan ng materyal. Kaya't ang pagkakabali ng suportang braket ng disconnector na ito ay hindi dahil sa mahinang kalidad ng materyal kundi pangunahing dahil sa pagkaka-expose sa kapaligiran.

3.1.2 Pag-aanalisa ng Panlabas na Dahilan

Ang 330 kV substation ay matatagpuan sa rehiyon ng hilagang-kanluran na may tipikal na temperate semi-arid na klima—na may tanging malamig na hangin, siksik na araw, at malaking pagbabago ng temperatura sa bawat araw at taon. Ang taglamig ay mahaba at malamig na may minimong pag-ulan, samantalang ang tag-init ay maikli pero mainit.

Ang suportang braket ng aluminum alloy ng disconnector ay patuloy na naka-expose sa matinding kapaligiran na ito, na pinagdurusan ng malakas na hangin, thermal cycling, pag-accumulate ng yelo, at okasyonal na pag-ulan—mga kondisyon na lubhang makakapagdala ng stress corrosion cracking (SCC).

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

Sa kasong ito:

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

• Ang hindi pantay na loading na ito ay nagpapadala ng plastic strain at dislocation slip sa metal, na nagpapabilis ng pagsimula, pagkalat, at huling pagkakabali ng SCC.

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

Ang synergistic effect ng tensile stress at corrosive attack ay huling nagresulta sa pagkakabali.

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

3.2 Mga Kontra-Medida Laban sa Pagkakabali ng Braket

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

3.2.1 Mag-install ng Protective Enclosures

Dahil ang mga outdoor disconnectors ay direktang naka-expose sa atmospheric conditions—at lalo na 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 maaaring lumikha ng controlled micro-environment, na siyang maaaring mabawasan ang corrosion.

3.2.2 Palakasin ang Routine Inspections

Dahil ang hindi pantay na distribusyon ng stress kasama ang mahigpit na kondisyon ng kapaligiran ang 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 makita ang mga early signs ng deformation, corrosion, o pagkakabali 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 ipaglaban ang advanced corrosion detection at real-time monitoring technologies para sa periodic, targeted assessment ng mga outdoor disconnectors at kanilang attachments.

3.2.4 I-apply 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 suportang braket ng disconnector, ang mga coatings na may excellent resistance sa permeation ng oxygen, moisture, at ionic contaminants ay maaaring epektibong 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. Conclusion

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

(1) Ang pangunahing dahilan ng pagkakabali ng suportang braket ay stress corrosion cracking (SCC). Ang hindi pantay na tensile stress sa base ng braket, kasama ang crevice corrosion sa clamp-side gap sa ilalim ng pagbabago ng climatic conditions, ay nagpabilis ng degradation ng materyal at huli ay nagresulta sa pagkakabali.

(2) Ang mga inirerekomendang hakbang ng pagprotekta ay kinabibilangan ng pag-install ng mga kahon ng paghihiwalay, ang pag-apply ng mataas na anyong anti-corrosion coatings, ang pagpapalakas ng regular na pagsusuri, at ang pag-implement ng sistemikong pag-monitor sa corrosion. Para sa mga partikular na lugar, dapat na mabuo ang komprehensibong estratehiya para sa pagbawas ng corrosion na tiyak para sa lugar upang matiyak ang ligtas, matatag, at maasahang operasyon ng mga kagamitan sa substation.