Prekinjen niz kompozitnih izolatorjev, njegovi vzroki in ustrezne analizne metode
Trenutno se v daljnovodih električnega omrežja uporablja veliko število kompozitnih izolatorjev, ki predstavljajo približno 50 odstotkov porabe omrežnih izolatorjev. Med njimi imajo večji delež linearni stolpi. Skoraj vsi linearni stolpi na močno onesnaženih območjih uporabljajo kompozitne izolatorje. Kompozitni izolator je s svojim odličnim delovanjem proti onesnaževanju rešil problem preskoka onesnaževanja, ki že vrsto let pesti električno omrežje, vendar se občasno pojavi problem pretrganja strune. Pri stolpih z enojno vrvico, ko se niz kompozitnih izolatorjev zlomi, pogosto povzroči padec črte, kar predstavlja veliko grožnjo socialni varnosti. Pri večserijskih stebrih bo, ko se vrvica zlomi, udaril tudi na stolpe in druge izolatorje, kar bo vplivalo na zanesljivost linije. Ker se je stopnja izklopa zaradi preboja onesnaževanja v zadnjih letih močno zmanjšala, je zlom strune postal pomemben problem, s katerim se soočajo kompozitni izolatorji.
Številni vzroki vodijo do pretrganja kompozitne izolacijske strune, veliko je razlik v videzu in rezultatih testov. Ko pride do zloma, je zelo pomembno natančno ugotoviti vzrok za nadaljnje zdravljenje. Hkrati je treba povzeti vzroke za okvare, ki imajo pomemben pomen za priključitev izolatorjev v električno omrežje. Zato bomo skupaj z oblikami pretrganih strun, s katerimi so se posamezniki obrnili, spregovorili o vzrokih za pretrgane strune ter kako jih analizirati in preveriti. Morda obstajajo razlogi za pretrgane strune, ki niso zajeti. Vabimo vas, da pustite sporočilo ali pošljete e-pošto za razpravo.
1. Razvrstitev in značilnosti loma prelomljenih kompozitnih izolatorskih strun
Zlomljene strune kompozitnih izolatorjev lahko razdelimo v tri kategorije: trganje z zunanjo silo, krhko lomljenje in gnilo lomljenje. Med njimi je zelo malo primerov trganja z zunanjo silo, krhko lomljenje in gnilo lomljenje pa sta glavni vrsti zlomljenih strun.
1.1 Zunanja sila trganja
Vzroki za raztrganje zunanje sile so pogosto izredno močni vetrovi, močno zaledenitev vrv in skoki proti ledu.
Kot celota je del izolatorja, ki je nadzorovan z mehansko trdnostjo, na splošno vrat kroglične glave, to pomeni, da ko je izpostavljen samo natezni napetosti, se kroglična glava pogosto prva zlomi. Ko pa je izpostavljen kombiniranemu delovanju torzijske napetosti, natezne napetosti ali tlačne napetosti, je povezovalni del med kovinskim okovjem in jedrom kompozitnega izolatorja najbolj krhek, zato je položaj zlomapogosto se nahaja na veznem delu okovja in jedrne palice.
Jedro palice je izdelano iz steklenih vlaken visoke trdnosti. Ko je delno poškodovan in nato raztrgan pod kombiniranim delovanjem torzijske in natezne napetosti,zlom jedrne palice je pogosto neenakomeren, nekatera vlakna so v obliki metle, zlom pa brez karbonizacijskih sledi.Slika 1.
Slika 1 Tipičen zlom raztrganja zunanje sile
1.2 Krhki zlom (napetostna korozija)
Krhki lom je glavna vrsta zloma strune pri zgodnji uporabi kompozitnih izolatorjev, proces loma pa spremlja proces korozije pod napetostjo.Lokacija preloma je morda v notranjosti končnega okovja in v bližini povezave končnega okovja in jedrnega droga.
Najbolj očitna značilnost krhkega zloma je, da je večina zloma ravna in gladka, prerez pa je pravokoten na os jedrne palice.Tipična morfologija zloma je prikazana na sliki 2.
(a) Ploščati zlom
(b) Zlom je stopničast in vsak korak je raven.
Slika 2 Tipična morfologija zloma krhkega zloma kompozitnega izolatorja
1.3 Zlom zaradi korozije (karbonizacija jedra)
Zlom zaradi korozije je v zadnjih letih postal glavna oblika pretrganja strune kompozitnih izolatorjev, njeno lomljenje strune pa spremlja dolgotrajen notranji proces praznjenja.Zlom se običajno nahaja blizu visokonapetostnega konca kompozitnega izolatorja.
Glavne značilnosti videza gnilega preloma so znatna karbonizacija (počrnitev) jedrne palice, hkrati pa je zlom neenakomeren in očitno vlečenje žice.Tipična oblika zloma je prikazana na sliki 3.
Slika 3 Tipična morfologija loma krhkega zloma kompozitnega izolatorja
2. Vzroki in razvojni proces pretrganih strun
Med tremi vrstami zlomljenih strun je verjetnost pretrganja zunanje sile izjemno majhna, postopek pa je enostaven in ga je enostavno analizirati v ekstremnih vremenskih razmerah. Zato ta prispevek predstavlja le vzroke, razvojne procese in metode analize krhkega loma in gnilega zloma.
2.1 Krhki zlom
Krhki lom običajno spremlja proces korozije pod napetostjo. Izolator nosi težo žice in je pod napetostjo. Ko jedrna palica iz nekega razloga vstopi v kislo tekočino, bo kisla tekočina korodirala jedro. Jedrna palica, ki ni odporna na kisline, uporabljena v zgodnjih kompozitnih izolatorjih, je pod napetostjo. Pod skupnim delovanjem korozije se v jedrni palici postopoma pojavljajo razpoke in razpoke se postopoma širijo, dokler preostala jedrna palica ne prenese natezne sile in se zlomi.
Iz zgornjega je razvidno, da obstajata dva glavna pogoja za krhek zlom: okvara tesnila in jedrna palica je jedrna palica, ki ni odporna na kisline.Poleg tega nastajanje razpok močno pospeši nastanek krhkega loma. Glede na dejanske primere ima proces razvoja krhkega loma naslednji dve kategoriji:
(1) Napaka tesnjenja - jedro palice je vlažno - nastane notranji razelektritev - nastaja kislinska snov - korozija pod napetostjo - jedro palice se krhko zlomi;
(2) Proizvodne napake, ki ostanejo na koncu (klinasta struktura) - okvara tesnila - vdor kislih snovi v ozračje - korozija zaradi napetosti - krhek zlom jedrne palice.
Klinasta struktura mora zabiti klin v konec jedrne palice, ki zlahka pusti drobne razpoke v jedrni palici. Ko je tesnjenje normalno, je širjenje drobnih razpok zelo počasno. Ko tesnjenje ne uspe, bodo zgornje razpoke postale izhodišče stresne korozije. Specifično vrsto klinaste strukture najdete v mojem drugem člankuStruktura izolatorja daljnovoda-1 (visitveni izolator tipa porcelana/steklenega diska, kompozitni izolator s paličnim obesom).
(a) Notranja klinasta struktura
(b) Notranji klin se poganja, da razcepi jedro palice.
Slika 4 Notranja klinasta struktura in poškodba jedrnega droga
Obstajajo tri vrste okvar tesnil:
(1)Okvara končnega tesnila:Tesnilna masa je razpokana ali pa je konec med namestitvijo poškodovan, zaradi česar tesnilo ne uspe.
(2)Okvara tesnila zaradi okvare plašča:
A. Material ovoja je slab, plašč pa je korodiran zaradi zunanjega izpusta; v deževnem vremenu bo na površini kompozitnega izolatorja prišlo do koronskega razelektritve, konec pa se zlahka opeče zaradi visokotemperaturnega loka, ko ga udari strela. V zgornjih primerih se zlahka razpoči, zaradi česar se jedrna palica zmoči.
B. Nepravilna konfiguracija izravnalnega obroča bo povzročila močno koronsko razelektritev in erodirala ovoj; če je izravnalni obroč nepravilno nameščen ali parametri niso pravilno izbrani, bo visokonapetostni konec povzročil hudo koronsko razelektritev, dolgotrajni učinek pa bo poškodoval ovoj in povzročil, da je jedro vlažno.
(3) Težava je na vmesniku palice z jedrom plašča, in vlaga vstopi v jedro palice z difuzijo.
2.2 Zlom zaradi korozije
Trenutno večina delujočih kompozitnih izolatorjev uporablja jedrne palice, odporne na kisline, zato se je verjetnost krhkega zloma močno zmanjšala, gnil zlom pa je postal glavna oblika pretrganja izolacijske strune. Razpad pogosto spremlja dolgotrajno praznjenje v notranjosti jedrne palice, ustvarjena energija pa postopoma povzroči spremembo strukture jedrne palice. Po eni strani se smola, ki ovija in fiksira steklena vlakna, razpade in struktura steklenih vlaken postane mehka. Po drugi strani so steklena vlakna karbonizirana, mehanske lastnosti pa so izjemne. Spuščajte se, dokler jedrna palica ne prenese obremenitve in se zlomi.
Pri tem procesu se notranje napake razvijejo vzdolž radialne smeri jedrne palice in se razvijejo tudi v aksialni smeri, v jedrni palici pa nastane notranji izpustni kanal, jakost električnega polja na koncu pa je izjemno velika, kar povzroči plašč, da prodre od znotraj navzven. Tipična fotografija je prikazana na sliki 5.
(a) Razširitev napake znotraj jedrne palice
(b) udarec ovoja jedra
Slika 5 Razširitev defekta znotraj jedrne palice, zlomljene zaradi korozije
Glede na izvor notranjega praznjenja jedrne palice lahko razpad razdelimo v naslednji dve kategoriji:
(1) Napaka tesnjenja - jedro palice je vlažno - nastaja notranji izpust - nastaja kisla snov - korozija pod napetostjo - jedro palice se krhko zlomi;
Izvor notranjega izpusta pri tovrstnem zlomu je okvara končnega tesnila in poškodba ovoja, razlogi pa so enaki kot pri prejšnjem krhkem zlomu.Vidi se, da tudi pri uporabi kislinsko odporne jedrne palice, dokler tesnilo ne uspe, bo struna še vedno pretrgana!
(2) Obstajajo notranje napake v jedrni palici — prodor vode — v notranjosti nastaja izpust — nastajajo kisle snovi — plašč je erodiran — povečan notranji izpust — karbonizacija jedrne palice;
Notranje okvare jedrne palice na splošno povzroča slab vmesnik med jedrom in plaščem, kot so slaba vezava, zračne luknje, ki ostanejo na vmesniku, itd. Slabo lepljenje bo povzročilo ločevanje in nastanek notranjih zračnih rež. Obstajajo naslednji ključni procesi za takšne zlomljene nize:Površina ovoja je nedotaknjena, vendar vlaga vstopi v jedro palice.
3. Metoda analize lomljenega niza
Zlomljeno struno, ki jo povzroči pretrganje zunanje sile, je enostavno pridobiti iz meteoroloških informacij, zato je tukaj obravnavana samo analiza krhkega in gnilega zloma. Ko pride do pretrganja strune, najprej ugotovite, ali je zlomljena struna krhka ali gnila glede na obliko zloma in položaj zloma, nato pa izberite ustrezen testni element za preverjanje glede na možne razloge, navedene zgoraj.
3.1 Krhki zlom
Če se v skladu z zgoraj omenjeno oceni, da gre za krhek zlom, je to lahko posledica okvare tesnila in jedrne palice, ki ni odporna na kisline, ali pa je lahko posledica preostale proizvodne napake na koncu plus okvara tesnjenja in ne- kislinsko odporna jedrna palica.
(1) Okvara tesnila in jedrna palica, ki ni odporna na kisline
Preverjanje okvare končnega tesnila:Ista serija izdelkov je podvržena testu tesnosti, seciranju polomljenih izolacijskih okovjev in odkrivanju notranjih komponent rje.
Preskus tesnjenja je, da se na kompozitni izolator nanese 70 odstotkov nazivne mehanske obremenitve za 96 ur, nato pa konec ovijemo s penetrantom za 20 minut. Z vizualnim pregledom in anatomijo preverite, ali barvilo prodre v konec in globino prodiranja. Končna tesnila so se štela za sprejemljiva, dokler globina prodiranja ni dosegla jedrne palice.
Slika 6 Preskus končnega tesnila - anatomski pregled globine penetracije po inkapsulaciji penetranta
Pogosto je primer napake pri tesnjenju konca. Preizkus tesnjenja iste serije izdelkov morda ne bo mogel odkriti težave. Če pa na koncu pride do okvare tesnjenja, bo trajalo nekaj časa, da se bo proces korozije pod napetostjo v celoti pojavil. Zato se v notranjosti končnih armatur pogosto pojavlja korozija. Zato sta anatomija zlomljenega konca izolatorja in odkrivanje komponent rje najbolj neposredna in učinkovita sredstva.
Preverjanje okvare tesnjenja zaradi slabega materiala plašča: Izvedite preskuse sledenja in električne odpornosti proti koroziji materialov za dežnike na isti seriji izdelkov.
Odpornost materiala pokrova dežnika na sledenje in preizkus električne korozije je, da se izolatorska lopa razreže na raven vzorec določene debeline in izvede preskus z metodo konstantne sledilne napetosti. Preskusna napetost je AC 4,5 kV, vzorec pa lahko zdrži 6 ur brez korozije. Šteje se, da je preskus opravljen, če globina ne presega 2,5 mm.
Slika 7 Vzorci, podvrženi preskusom sledenja in električne odpornosti proti koroziji
Preverjanje okvare tesnila plašča zaradi nepravilne namestitve ocenjevalnega obroča:Preverite, ali je razvrščevalni obroč nameščen obrnjeno, ali je položaj namestitve pravilen, in izvedite izračun preverjanja električnega polja na konfiguracijski shemi razvrstitvenega obroča.
Preverjanje okvare tesnila zaradi slabega vmesnika med palico in plaščem:Izvedite preskus prepustnosti jedra palice, preskus difuzije vode v plašču jedra palice, preskus dviga temperature pasu z vzdržljivo napetostjo na frekvenco moči, test strmega dviga temperature za isto serijo izolatorjev. Valovni test, obdukcija.
Validacija odpornosti jedra na kislino:Izvedite preskus kislinske odpornosti jedrne palice za zlomljene izolatorje ali izdelke iste serije.
Preskus kislinske odpornosti jedrne palice je, da odlepite del ovoja izolatorja, da izpostavite jedrno palico, nato pa ga po brušenju ovijte z 1 mol/L dušikove kisline in hkrati uporabite določeno napetost 96 ur. . Vrednost napetosti je produkt površine jedrne palice in 300MPa, na primer 96h. Ko jedrna palica ni poškodovana in na površini ni znatne razpoke, se šteje, da je jedrna palica potrebna za odpornost na kislino. (znan tudi kot kislinsko odporna jedrna palica)
Za podrobnejše informacije o metodah in merilih zgornjih preskusov glejte "GB/T 19519-2014 Definicija, preskusne metode in merila sprejemljivosti za izolatorje nadzemnih vodov z nazivno napetostjo nad 1000 V za AC sisteme z visečimi in nateznimi Kompozitni izolatorji".
(1) Preostale proizvodne napake na koncu plus okvara tesnila in jedrna palica, ki ni odporna na kisline
Preverjanje okvare tesnila in jedrne palice, ki ni odporna na kislino, je enako kot zgoraj. Končne proizvodne napake je mogoče preveriti s preskusom obremenitve z mehanskimi poškodbami iste serije izdelkov, vendar so končne proizvodne napake pogosto osamljeni primeri in je s testom težko natančno izslediti vir. Pomagata mu lahko končna struktura in položaj zloma. Če ima konec klinasto strukturo in se zlom nahaja v notranjosti končnega okovja in je blizu konca zagozdenega klina, to pomeni, da je v notranjosti večja možnost izdelave napak.
3.2 Zlom zaradi korozije
Če ocenimo, da gre za krhek zlom, je lahko v skladu z zgoraj navedenim posledica notranjega dolgotrajnega izpusta, ki je posledica poškodbe tesnila, ali pa je posledica notranjih okvar jedrne palice, ki erodira skozi ovoj z notranje strani. na zunanjost, kar povzroči notranje dolgotrajno praznjenje, ki povzroči zlom strune.
(1) Poškodba tesnila plus notranji dolgotrajni izpust
Metoda preverjanja okvare končnega tesnila in okvare ovoja je enaka kot v prejšnjem razdelku 3.1.
Če se ugotovi, da je na jedrnem drogu luknja, bo ključno presoditi, ali je luknja posledica zunanjega vzroka, ki vodi do okvare tesnila ovoja, ali je posledica notranje napake in perforacije. Izhajamo lahko iz razlike v sestavi med notranjo in zunanjo stranjo luknje. Na splošno ima stran z večjim deležem karboniziranih komponent večjo verjetnost, da se čas praznjenja začne prej, in bolj verjetno je, da se bo luknja začela s te strani.
(2) Okvare v notranjosti jedrne palice
V zadnjih letih so se pojavili primeri notranjih okvar na jedrni palici, predvsem zaradi slabega vmesnika med jedrom in plaščem.Preverjanje okvarjenega vmesnika:Izvedite preskus prepustnosti jedra palice, preskus difuzije vode v plašču jedra palice, preskus dviga temperature pasu z vzdržljivo napetostjo na močjo frekvence, test strmega dviga temperature za isto serijo izolacijskih valov, obdukcija.
Preskus prepustnosti jedrne palice je, da se jedro palice razreže v 10 mm dolg vzorec, smer rezanja je pravokotna na jedro palice, oba konca polirate z brusnim papirjem in ga položite v rdečo ali vijolično raztopino metilena. Zgornji konec prodre in izmeri se čas, da raztopina prodre v notranjost jedrne palice do vrha.
Slika 8 Preskus prepustnosti
Preskus vodne difuzije jedrne palice s plaščem je, da se jedro palice razreže na 30mm dolg vzorec, smer rezanja je pravokotna na jedro, oba konca obrusimo z brusnim papirjem, zavremo v 0,1-odstotni raztopini NaCl. 100 ur in nato za 1 minuto uporabite 12 kV izmenično napetost, izmerite tok uhajanja.
Slika 9 Razdelek za preskus difuzije vode
Preskus dviga temperature pasu z vzdržljivo napetostjo napetosti je uporaba najvišje delovne napetosti na izolatorju za 30 minut in uporaba infrardečega zraka za merjenje dviga temperature izolatorja.
Za test strmega valovanja smo izolator vreli 42 ur in 25-krat uporabili impulzno napetost s strmino 1000kV/us-1500kV/μs.
Obdukcija je odstranitev ovojnice z nožem ali z zunanjo silo in opazovanje površinskega stanja jedrne palice po odstranitvi ovoja.
Slika 10 Vzorec po obdukciji
Za podrobnejše informacije o zgornjih testih si oglejte "Definicija GB/T 19519-2014, metode preskusa in merila sprejemljivosti za izolatorje nadzemnih vodov z nazivno napetostjo nad 1000 V za sisteme izmeničnega toka z visečimi in nateznimi sestavljenimi izolatorji".
Ko je težava s tesnjenjem izključena, je mogoče oceniti, da ima izolator verjetno težave z vmesnikom, če je kateri koli od zgornjih testov bistveno nenormalen.Pomembne nenormalne značilnosti vsakega preskušanja so bile:
Preskus prepustnosti jedrne palice: raztopina metilena prodre v preskusni odsek jedrne palice v 15 minutah.
jedrna palica s preskusom difuzije vode v plašču: tok uhajanja jedrne palice presega 1 mA;
Preskus dviga temperature pasu z vzdržljivo napetostjo močne frekvence: med laboratorijskim simulacijskim preskusom je dvig temperature jedrne palice pomemben, dvig temperature pa se postopoma povečuje s podaljšanjem časa tlaka; če gre le za rahlo povišanje temperature, je lahko plašč vlažen, vendar v notranjosti jedrne palice ni težav.
Preskus strmega valovanja: notranja zlom jedrne palice;
Nekropsija: Veliko območje površine jedrne palice je neposredno izpostavljeno.
Glede presoje težav z vmesnikom kompozitnih izolatorjev lahko več informacij najdete v mojem drugem članku:Težave z vmesnikom kompozitnega izolatorja in njihovo odkrivanje.