Bir Tesisdeki Açık Hava Yüksek Gerilim Kesici Anahtarlardaki Destek Konsolunun Çatlaklanmasının Analizi

Alt subistasyonlarındaki ekipmanların işletme durumu ve güvenilirliği, elektrik şebekesinin güvenliği ve istikrarına doğrudan etki eder. Çoğu alt subistasyon ekipmanı, saf bakır, karbon çeliği ve paslanmaz çelik gibi çeşitli malzemelerden yapılan metal bileşenlerden oluşur. Uzun süreli işletim sırasında, bu metal malzemelerin performans azalması genellikle ekipman arızalarına yol açar ve alt subistasyonların güvenli ve istikrarlı işletimine önemli riskler ortaya koyar.

Açık hava yüksek gerilim kesicileri bu konuda bir örnek teşkil eder. Bu cihazların düzgün çalışması, alt subistasyon enerji sağlamanın güvenilirliği, güvenliği ve istikrarı açısından kritik öneme sahiptir, ayrıca arızalarının tüm elektrik şebekesinin çökmesine neden olabileceği için de önemlidir. Bu nedenle, alt subistasyonlarda yaygın görülen ekipman arızalarının kök nedenlerini analiz etmek ve hedefe yönelik koruma önlemleri önermek büyük önem taşımaktadır.

1. Açık Hava Yüksek Gerilim Kesicilerine Giriş

Belli bir 330 kV alt subistasyondaki açık hava yüksek gerilim kesicileri, eski bir yüksek gerilim anahtarlama fabrikası tarafından üretilmiş GW4 serisi erken model ürünlerdir. Bu kesiciler, sol sağ simetriye sahip iki sütunlu yatay yapıdadır ve taban, destek parçaları, yalıtıcılar ve ana iletken montajdan oluşur. Ana iletken montaj, esnek bağlantıları, uç takımları, iletken çubukları, temas noktalarını, temas parmaklarını, yayları ve yağmur koruyucularını içerir.

Eylül 2017'de rutin bakım sırasında, operatörler bazı bu açık hava kesicilerinde destek parçalarında çeşitli derecelerde çatlak oluştuğunu ve bu çatlakların ciddi bir oksidasyonla eşlik ettiğini keşfettiler. Bu, manuel işletim sırasında ciddi bir güvenlik tehlikesi oluşturdu. Bu nedenle, çatlak morfolojisine makroskopik incelemeler yapıldı. Ayrıca, destek parçalarının tarama tarafı ve uç tarafından toplanan kontaminantlara mikroskopik metalografik analiz uygulandı. Daha fazlasıyla, spektrometre kullanılarak destek parçaları, iletken çubukları ve ilişkili kontaminantların kimyasal bileşimleri kapsamlı bir şekilde analiz edildi.

2. Destek Parçası Çatlaklarının İnceleme Sonuçları

2.1 Makroskopik Morfoloji

Kesici destek parçalarının yüzey kaplaması soyulmuş ve ciddi oksidasyon belirtileri gözlemlenmiştir. Parça ile iletken çubuğu arasında açık oksidasyon ürünleri gözlemlendi. Çatlaklar, kırılmaların hassas kırılma özellikleri gösterdiği, kırık yüzeylerde "hamsi kemer" ("sünger") desenlerinin görüldüğü, çatlak başlangıç ve yayılma bölgelerinin siyah veya koyu gri göründüğü şeklindeydi.

Yanal ölçüm sonuçları, uç levha tarafında 3.0 mm ve tarama tarafında 2.0 mm'lik bir deformasyon olduğunu gösterdi, bu da parçanın önemli yapısal distorsiyonunu onayladı.

2.2 Mikroskopik Morfoloji

Mikroskopik metalgrafik analiz, destek parçasının tarama tarafında 1.1–3.3 mm ve uç levha tarafında 3.2–3.5 mm kalınlığında kontaminant tabakalarının olduğunu ortaya koydu.

2.3 Spektrometrik Analiz

Destek parçası, iletken çubuk ve kontaminantların spektrometrik analizi aşağıdaki ana bulguları verdi (Tablo 1'e bakınız):

• Destek parçası %94,3 alüminyum içeriyordu, bu da parçanın dökme alüminyum alaşımı yapıldığı anlamına geliyordu.

• İletken çubuk %92,7 bakır ve iz elementleri içeriyordu, bu da çubuğun bakır alaşımı boru olduğu anlamına geliyordu.

• Kontaminantlar da %94,3 alüminyum içeriyordu.

Nemli atmosfer koşullarında, parçadan gelen alüminyum ve iletken çubuktan gelen bakır, elektrokimyasal (galvanik) oksidasyon reaksiyonunu tetikleyen bir galvanik çift oluşturur. Bu süreç, materyal bozulmasına ve sonunda çatlak oluşmasına neden olan ana kontaminant olarak tanımlanan alüminyum iyonu zengin oksidasyon ürünleri üretir.

3. Sebep Analizi ve Koruyucu Önlemler

3.1 Destek Koltuğu Çatlama Sebeplerinin Analizi

Genel olarak, metallerin başarısız olmasının iki kategoriye ayrılan faktörlerine bağlanabilir:

• İç faktörler: malzeme kalitesi ve üretim süreçleri ile ilgili;

• Dış faktörler: mekanik yük, zaman, sıcaklık ve çevresel ortam gibi hizmet koşulları ile ilgili.

3.1.1 İç Faktör Analizi

Güç ağında, metal parçalar genellikle dağıtım öncesinde hassas kalite kontrollerinden geçirilir—malzeme bileşimi ve beklenen hizmet ömrü dahil. Alan deneyimleri, açık havadaki yüksek gerilimli ayırıcıların sert çevre koşullarında çalıştığını ve güvenilirliğinin çoğunlukla dış hizmet koşullarına bağlı olduğunu göstermektedir. Bu nedenle, bu ayırıcının destek koltuğunda gözlenen çatlama, zayıf malzeme kalitesinden değil, daha çok çevresel maruziyete bağlıdır.

3.1.2 Dış Faktör Analizi

330 kV trafo istasyonu, tipik bir ılıman yarı kurak iklimi olan kuzeybatı bölgesinde yer almaktadır—kuru hava, bol güneş, büyük günlük ve yıllık sıcaklık değişkenlikleri ile karakterize edilmektedir. Kışlar uzun ve soğuk, az yağışlı, yazlar ise kısa ama sıcak geçmektedir.

Ayracın alüminyum alaşımlı destek koltuğu, bu ciddi atmosferik çevreye sürekli maruz kalmış, güçlü rüzgarlara, termal döngülere, buz birikimine ve ara sıra yağmurlara tabi olmuştur—bu durum, gerilme korozyon çatlamasına (SCC) oldukça elverişlidir.

SCC, gerilme altındaki bir metalin kırılmasını, korosif bir ortamda ifade eder. Oluşumu için iki temel şart gereklidir: çekme gerilmesi ve belirli bir korozif ortam.

Bu durumda:

• Koltuğun alt merkez çizgisinin her iki tarafında aşağı doğru, merkezde yukarı doğru çekme gerilmesi var, bu da eşit olmayan gerilme dağılımı oluşturur.

• Bu eşitsiz yükleme, metalle plastiği deformasyon ve dislokasyon kaymasını hızlandırarak SCC'nin başlamasını, yayılmasını ve sonunda kırılmasına neden olur.

Koltuk, döküm alüminyum alaşımdan yapılmıştır. Nem ve havada süzgeçten geçen toz parçacıkları çözünür kirleticiler oluşturduğunda, galvanik ve boşluk korozyonları kolayca oluşur—özellikle tıkma kenar boşluğu, su veya buz birikimine sahip olduğu yerde.

Çekme gerilmesi ve korozif atakın sinerjik etkisi sonunda çatlama yol açmıştır.

Makroskopik olarak, SCC kırık yüzeyleri genellikle korozyon nedeniyle siyah veya gri-siyah çatlama köken ve yayılma bölgeleri gösterir, ani kırık alanlar radial desenler veya balık kemiği ("herringbone") işaretleri sergiler—bu, ayracın destek koltuğunun gözlenen kırık morfolojisiyle tam olarak uyuşmaktadır. Bu, başarısızlığın sebebinin gerilme korozyon çatlaması olduğunu güçlü bir şekilde doğrular.

3.2 Destek Koltuğu Çatlama Karşısında Koruyucu Önlemler

Açık havadaki ayrıcılar, özellikle izleyici olmayan trafo istasyonlarının artan dağıtımıyla, maruz kalma koşullarında uzun süre işletildiğinde önemli risklere maruz kalırlar—bu, daha yüksek güvenilirliği gerektirmektedir. Aşağıdaki dört koruyucu strateji önerilmektedir:

3.2.1 Koruma Kapları Kurun

Açık havadaki ayrıcılar doğrudan atmosferik koşullara maruz kalır—özellikle aşırı iklimlerde (örneğin, dağ soğuğu, yüksek sıcaklık, kıyısal tuzluluk veya donma bölgeleri)—izolasyon kalkanları veya koruma kapları kurmak, kontrol edilen mikro bir ortam yaratarak korozyonu önemli ölçüde azaltabilir.

3.2.2 Düzenli İncelemeleri Güçlendirin

Eşitsiz gerilme dağılımı ve sert çevresel koşulların SCC'yi tetiklediği düşünüldüğünde, operatörlerin kritik parçaların görsel ve mekanik incelemelerini yoğunlaştırmaları gerekir—özellikle taban destekleri ve sıkıştırma yapıları—deformasyon, korozyon veya çatlama ilk belirtilerini tespit ederek ikincil hasarlardan veya güvenlik olaylarından korunmalıdır.

3.2.3 Korozyon İzlemesini Güçlendirin

Trafo istasyonu ekipmanının durum izlemesi, bakım etkinliğini artırmak için etkili bir yöntemdir, aynı zamanda tüm yaşam döngüsü varlık yönetiminin temel taşıdır. Gelişmiş korozyon tespiti ve gerçek zamanlı izleme teknolojileri, açık havadaki ayrıcıların ve ek parçalarının periyodik, hedefli değerlendirmesi için aktif olarak dağıtılmalıdır.

3.2.4 Yüksek Performanslı Anti-Korozyon Kaplama Uygulayın

Yüksek kaliteli anti-korozyon kaplama uygulamak, trafo istasyonu ekipmanında korozyonu inhibe etmenin en etkili yollarından biridir. Ayracı destek koltuklarında, oksijen, nem ve iyonik kirleticilere karşı mükemmel geçirgenlik direnci olan kaplamalar, metalle korozif maddeler arasında etkili bir fiziksel bariyer sağlayabilir. Bu kaplamalar, çevresel bozulmaya karşı güvenilir bir ilk savunma hattı oluşturur.

4. Sonuç

330 kV trafo istasyonunun açık havadaki yüksek gerilimli ayrıcısının destek koltuğu, iletken çubuk ve kirleticiler üzerinde kapsamlı testler ve analizler yapıldıktan sonra aşağıdaki sonuçlar çıkarılmıştır:

(1) Destek koltuğunda çatlamanın asıl sebebi, gerilme korozyon çatlamasıdır (SCC). Koltuğun tabanındaki eşitsiz çekme gerilmesi, klimatik koşullar altında tıkma kenar boşluğundaki boşluk korozyonu ile birleşerek, materyal degradasyonunu hızlandırdı ve sonunda kırılmaya neden oldu.

(2) Önerilen koruma önlemleri arasında izolasyon kaplarının kurulumu, yüksek performanslı korozyon önleyici kaplama uygulaması, rutin incelemelerin artırılması ve sistematik korozyon izleme uygulanması yer alır. Belirli siteler için, alttaki ekipmanların güvenli, istikrarlı ve güvenilir şekilde çalışmasını sağlamak için kapsamlı bir siteye özgü korozyon azaltma stratejisi geliştirilmelidir.