Bruten sträng av kompositisolatorer, dess orsaker och motsvarande analysmetoder
För närvarande används ett stort antal sammansatta isolatorer i kraftnätsöverföringsledningar, vilka står för cirka 50 procent av ledningsisolatorförbrukningen. Bland dem står linjära torn för en högre andel. Nästan alla linjära torn i starkt förorenade områden använder kompositisolatorer. Den sammansatta isolatorn har löst det föroreningsöverslagsproblem som har plågat elnätet i många år med dess utmärkta prestanda mot föroreningar, men problemet med strängbrott uppstår då och då. För ensträngade strängtorn, när en sträng av kompositisolatorer går sönder, orsakar det ofta att linan faller, vilket kommer att innebära ett stort hot mot den sociala säkerheten. För flerseriestolptorn, när strängen går sönder, kommer den också att ge stötar till tornen och andra isolatorer, vilket påverkar linjens tillförlitlighet. Eftersom utlösningshastigheten på grund av föroreningsöverslag har minskat kraftigt under de senaste åren, har strängbrott blivit ett viktigt problem för kompositisolatorer.
Många orsaker leder till en trasig kompositisolatorsträng, och det finns många skillnader i utseende och testresultat. När brottet inträffar är det mycket viktigt att noggrant hitta orsaken till efterföljande behandling. Samtidigt bör orsakerna till brottet sammanfattas som har viktig betydelse för att isolatorer ska anslutas i elnätet. Därför, i kombination med de former av brutna strängar som har kontaktats av individer, kommer vi att prata om orsakerna till brutna strängar och hur man analyserar och verifierar dem. Det kan finnas orsaker till trasiga strängar som inte täcks. Du är välkommen att lämna ett meddelande eller skicka ett mail för att diskutera.
1. Klassificering och brottegenskaper för trasiga kompositisolatorsträngar
De brutna strängformerna av kompositisolatorer kan delas in i tre kategorier: yttre kraftsrivning, spröd brytning och ruttet brytning. Bland dem finns det mycket få fall av yttre kraftsrivning, och spröda brott och ruttna brott är huvudtyperna av trasiga strängar.
1.1 Extern rivkraft
Orsakerna till att yttre kraft rivs sönder är ofta extremt starka vindar, kraftig isbildning av linjer och avisningshopp.
Som helhet är den mekaniska hållfasthetskontrollerade delen av isolatorn i allmänhet kulhuvudets hals, det vill säga när den endast utsätts för dragpåkänning är kulhuvudet ofta det första som går sönder. Men när den utsätts för den kombinerade verkan av vridpåkänning, dragpåkänning eller tryckspänning, är kopplingsdelen mellan metallbeslaget och kärnstången på kompositisolatorn den ömtåligaste, så brottpositionen ärofta placerad vid kopplingsdelen av beslaget och kärnstången.
Kärnstaven är gjord av höghållfast glasfiber. När den är delvis skadad och sedan riven under den kombinerade verkan av vridspänning och dragspänning,kärnstångens brott är ofta ojämnt, vissa fibrer är kvastformade och brottet har inga förkolningsspår.Figur 1.
Figur 1 Typisk brott av yttre kraftsrivning
1.2 Spröd fraktur (spänningskorrosion)
Spröd brott är den huvudsakliga typen av strängbrott vid tidig applicering av kompositisolatorer, och brottprocessen åtföljs av spänningskorrosionsprocess.Brottets placering är möjligen i ändbeslagens inre och nära anslutningen av ändbeslagen och kärnstången.
Det mest uppenbara kännetecknet för sprödbrottet är att det mesta av sprickan är platt och slät, och sektionen är vinkelrät mot kärnstångens axel.Den typiska frakturmorfologin visas i figur 2.
(a) Platt fraktur
(b) Frakturen är stegvis och varje steg är platt.
Fig.2 Typisk sprickmorfologi för spröd fraktur hos kompositisolator
1.3 Fraktur på grund av korrosion (kärnstavsförkolning)
Brott på grund av korrosion har blivit den huvudsakliga formen av brytning av kompositisolatorsträngar under de senaste åren, och dess strängbrott åtföljs av en långvarig intern urladdningsprocess.Sprickan är vanligtvis belägen nära högspänningsänden av kompositisolatorn.
Huvuddragen för det ruttna brottet är betydande förkolning (svärtning) av kärnstången, och samtidigt är brottet ojämnt och det finns uppenbar tråddragning.Den typiska brottformen visas i figur 3.
Figur 3 Typisk sprickmorfologi för spröd fraktur hos kompositisolator
2. Orsaker och utvecklingsprocess för trasiga strängar
Bland de tre typerna av brutna strängar är sannolikheten för att yttre kraft slits av extremt liten, och processen är enkel och lätt att analysera med extrema väderförhållanden. Därför introducerar detta dokument endast orsakerna, utvecklingsprocessen och analysmetoderna för spröda frakturer och ruttna frakturer.
2.1 Spröd fraktur
Det spröda brottet åtföljs i allmänhet av spänningskorrosionsprocessen. Isolatorn bär vikten av tråden och är under spänning. När kärnstaven av någon anledning kommer in i den sura vätskan kommer den sura vätskan att fräta på kärnstaven. Den icke syrabeständiga kärnstången som användes i de tidiga kompositisolatorerna är under spänning. Under den kombinerade verkan av korrosion uppstår sprickor gradvis i kärnstången, och sprickorna expanderar gradvis tills den återstående kärnstången inte kan bära dragkraften och går sönder.
Det kan ses av ovanstående att det finns två huvudförhållanden för spröd fraktur: tätningsbrott och kärnstången är en icke syrabeständig kärnstångDessutom påskyndar genereringen av sprickor avsevärt förekomsten av spröd fraktur. Enligt faktiska fall har utvecklingsprocessen för spröd fraktur följande två kategorier:
(1) Tätningsfel - kärnstången är fuktig - den inre urladdningen genereras - den sura substansen produceras - spänningskorrosion - kärnstången har spröd fraktur;
(2) Tillverkningsdefekter kvar i änden (kilstruktur) - tätningsbrott - inträngning av sura ämnen i atmosfären - spänningskorrosion - spröd brott på kärnstången.
Kilstrukturen behöver driva in en kil i änden av kärnstången, vilket är lätt att lämna små sprickor i kärnstången. När tätningen är normal är expansionen av de små sprickorna mycket långsam. När tätningen misslyckas kommer ovanstående sprickor att bli startpunkten för spänningskorrosion. Den specifika typen av kilstruktur finns i min andra artikelTransmissionsledningsisolatorstruktur-1 (upphängningsisolator av porslin/glasskiva, kompositisolator av stångtyp).
(a) Inre kilstruktur
(b) Den inre kilen drivs för att dela kärnstången.
Figur 4 Inre kilstruktur och skada på kärnstången
Det finns tre typer av tätningsfel:
(1)Slutförseglingsfel:Tätningsmedlet är sprucket eller änden skadas under installationen, vilket gör att tätningen går sönder.
(2)Tätningsfel på grund av mantelfel:
A. Mantelmaterialet är dåligt, och fodralet är korroderat av yttre urladdning; det kommer att finnas koronaurladdning på ytan av kompositisolatorn i regnigt väder, och änden bränns lätt av högtemperaturbåge när den träffas av blixten. I ovanstående fall är det lätt att spricka, vilket gör att kärnstången blir blöt.
B. Felaktig konfiguration av utjämningsringen kommer att orsaka allvarliga koronaurladdningar och erodera höljet; om utjämningsringen är felaktigt installerad eller om parametrarna inte väljs korrekt, kommer högspänningsänden att producera allvarliga koronaurladdningar, och den långsiktiga effekten kommer att skada manteln och göra att kärnstången blir fuktig.
(3) Det finns ett problem vid gränssnittet mellan manteln och kärnanoch fukt kommer in i kärnstången genom diffusion.
2.2 Brott på grund av korrosion
För närvarande använder de flesta av de sammansatta isolatorerna i drift syrabeständiga kärnstavar, så sannolikheten för spröd brott har minskat kraftigt, och ruttna brott har blivit den huvudsakliga formen av brytning av isolatorsträngar. Förfallet åtföljs ofta av långvarig urladdning inuti kärnstaven, och den energi som genereras leder gradvis till att kärnstavens struktur förändras. Å ena sidan sönderfaller hartset som lindar in och fixerar glasfibern, och glasfiberstrukturen blir mjuk. Å andra sidan är glasfibern förkolnad, och de mekaniska egenskaperna är anmärkningsvärda. Gå ner tills kärnstången inte tål belastningen och går sönder.
I denna process utvecklas de inre defekterna längs kärnstångens radiella riktning och utvecklas även i axiell riktning, och en inre urladdningskanal genereras i kärnstången, och den elektriska fältstyrkan i änden är extremt stor, vilket orsakar manteln att penetrera från insidan till utsidan. Ett typiskt foto visas i figur 5.
(a) Defekt expansion inuti kärnstången
(b) Stång för kärnstångshylsa
Figur 5 Defekt expansion inuti kärnstången bruten på grund av korrosion
Beroende på ursprunget till kärnstångens inre urladdning kan förfallet delas in i följande två kategorier:
(1)Tätningsfel - kärnstången är fuktig - den inre urladdningen genereras - den sura substansen produceras - spänningskorrosion - kärnstången har spröd fraktur;
Ursprunget till den inre urladdningen av denna typ av fraktur är fel på ändtätningen och skadan på manteln, och orsakerna är desamma som den tidigare spröda frakturen.Det kan ses att även om den syrafasta kärnstången används, så länge förseglingen går sönder kommer snöret ändå att vara brutet!
(2) Det finns inre defekter i kärnstången - vattengenomträngning - utsläpp genereras inuti - sura ämnen genereras - höljet eroderas - ökad inre urladdning - förkolning av kärnstången;
De inre defekterna hos kärnstången orsakas i allmänhet av det dåliga gränssnittet mellan kärna och hölje, såsom dålig bindning, lufthål kvar vid gränssnittet, etc. Den dåliga bindningen kommer att leda till avbindning och generering av inre luftgap. Det finns följande nyckelprocesser för sådana brutna strängar:Skidans yta är intakt, men fukt kommer in i kärnstången.
3. Analysmetod för bruten sträng
Den brutna strängen som orsakas av yttre kraftsrivning är lätt att få ledtrådar från meteorologisk information, så här diskuteras endast analysen av spröd spricka och ruttet spricka. När en bruten sträng uppstår, avgör först om den brutna strängen är spröd eller ruttet enligt brottformen och brottpositionen, och välj sedan motsvarande testobjekt för verifiering enligt de möjliga orsakerna som nämns ovan.
3.1 Spröd fraktur
Om det bedöms vara sprödbrott, enligt ovan, kan det orsakas av tätningsbrott plus icke syrafast kärnstång, eller så kan det vara orsakat av kvarvarande tillverkningsfel i änden plus tätningsfel plus icke- syrafast kärnstång.
(1)Tätningsfel plus icke syrabeständig kärnstång
Verifiering av ändtätningsfel:Samma produktparti utsätts för ett täthetstest, dissektion av trasiga isolatorbeslag och detektering av inre rostkomponenter.
Tätningstestet är att applicera 70 procent av den nominella mekaniska belastningen på kompositisolatorn i 96 timmar, och sedan linda in änden med en penetrant i 20 minuter. Kontrollera om färgämnet tränger in i änden och penetrationsdjupet genom visuell inspektion och anatomi. Ändtätningar ansågs acceptabla så länge inträngningsdjupet inte nådde kärnstången.
Figur 6 Ändtätningstest - anatomisk inspektion av penetrationsdjup efter penetrerande inkapsling
Tätningsfel på änden är ofta ett exempel. Förseglingstestet för samma produktparti kanske inte kan hitta problemet. Men om det uppstår ett tätningsfel i slutet, kommer det att ta en tid innan spänningskorrosionsprocessen inträffar helt. Därför uppstår ofta korrosion inuti ändbeslagen. Därför är anatomin hos den trasiga isolatoränden och upptäckten av rostkomponenter de mest direkta och effektiva medlen.
Verifiering av tätningsfel på grund av dåligt mantelmaterial: Utför spårnings- och elektriska korrosionsbeständighetstest av paraplyhöljesmaterial på samma produktparti.
Paraplyskyddets materialbeständighet mot spårning och elektrisk korrosionstest är att skära isolatorskjulet till ett plant prov av en viss tjocklek och utföra testet med konstant spårningsspänningsmetoden. Testspänningen är AC 4,5kV, och provet tål 6h utan korrosion. Provet anses godkänt om djupet inte överstiger 2,5 mm.
Figur 7 Prover som utsatts för spårnings- och elektriska korrosionsbeständighetstest
Verifieringen av fel på manteltätningen orsakad av felaktig installation av graderingsringen:Kontrollera om graderingsringen är installerad omvänt, om installationspositionen är korrekt och utför beräkningen av det elektriska fältet på konfigurationsschemat för graderingsringen.
Verifiering av tätningsfel orsakat av dåligt gränssnitt mellan kärna och mantel:Genomför kärnstångsgenomsläpplighetstest, kärnstångshylsa vattendiffusionstest, effektfrekvens motstå spänning rem temperaturstegringstest, brant temperaturstegringstest för samma parti isolatorer Vågtest, obduktion.
Validering av kärnstångens syrabeständighet:Utför syrabeständighetstestet av kärnstången för trasiga isolatorer eller produkter från samma parti.
Syrabeständighetstestet för kärnstången är att dra av en del av manteln på isolatorn för att exponera kärnstången, och sedan linda in den med 1mol/L salpetersyra efter slipning och applicera en viss spänning i 96 timmar samtidigt . Spänningsvärdet är produkten av kärnstångens yta och 300 MPa, såsom 96h. Efter att kärnstången inte är skadad och det inte finns någon betydande spricka på ytan, anses det att kärnstången krävs för syrabeständighet. (Även känd som syrafast kärna)
För mer detaljerad information om metoderna och kriterierna för ovanstående tester, se "GB/T 19519-2014 definition, testmetoder och acceptanskriterier för luftledningsisolatorer med en nominell spänning över 1000V för AC-system med upphängd och dragkraft Kompositisolatorer".
(1) Kvarvarande tillverkningsdefekter vid änden plus tätningsfel plus icke syrabeständig kärnstång
Verifieringen av tätningsfel och icke syrabeständig kärnstång är densamma som ovan. Sluttillverkningsdefekterna kan verifieras genom det mekaniska skadebelastningstestet för samma produktparti, men sluttillverkningsdefekterna är ofta isolerade fall och det är svårt att exakt spåra källan genom testet. Det kan assisteras av ändstrukturen och frakturläget. Om änden antar en kilstruktur och brottet är beläget innanför ändbeslaget, och är nära änden av kilen som drivs, betyder det att det finns en större möjlighet att tillverka fabrikationsfel inuti.
3.2 Brott på grund av korrosion
Om det bedöms vara sprödbrott, enligt ovan, kan det orsakas av inre långtidsutsläpp orsakade av tätningsskador, eller det kan vara orsakat av inre defekter i kärnstången, som eroderar genom manteln från insidan till utsidan, vilket gör att inre långtidsurladdningar orsakar strängbrott.
(1) Tätningsskador plus inre långtidsutsläpp
Verifieringsmetoden för ändtätningsfel och mantelbrott är densamma som föregående avsnitt 3.1.
Om det upptäcks att det finns ett hål på kärnstången kommer det att vara nyckeln att bedöma om hålet är orsakat av en yttre orsak som leder till att manteltätningen går sönder, eller orsakas av en inre defekt och perforering. Vi kan utgå från sammansättningsskillnaden mellan insidan och utsidan av hålet. I allmänhet har sidan med en högre andel förkolnade komponenter en högre sannolikhet att starta urladdningstiden tidigare, och det är mer sannolikt att hålet börjar från denna sida.
(2) Defekter inuti kärnstången
Under de senaste åren har det förekommit fall av inre defekter i kärnstången, främst orsakade av det dåliga gränssnittet mellan kärnstång och mantel.Verifiering av defekt gränssnitt:Genomför kärnstångsgenomsläpplighetstest, kärnstångshylsa vattendiffusionstest, effektfrekvens motstå spänning rem temperaturstegringstest, brant temperaturstegringstest för samma parti av isolatorer vågtest, obduktion.
Permeabilitetstestet för kärnstången är att skära kärnstången till ett 10 mm långt prov, skärriktningen är vinkelrät mot kärnstången, polera båda ändarna med sandpapper och placera den i en röd eller lila metylenlösning. Den övre änden penetrerar, och tiden för lösningen att penetrera inuti kärnstången till toppen mäts.
Figur 8 Permeabilitetstest
Vattendiffusionstestet av kärnstång med mantel är att skära kärnstången till ett 30mm långt prov, skärriktningen är vinkelrät mot kärnstången, slipa båda ändarna med sandpapper, koka i 0,1 procent koncentration av NaCl-lösning i 100h, och applicera sedan 12kV AC-spänning i 1min, mät läckströmmen.
Figur 9 Vattendiffusionstestsektion
Testet för spänningsmotståndsspänning för bältes temperaturstegring är att applicera den högsta driftsspänningen på isolatorn i 30 minuter och använda infrarött för att mäta temperaturökningen på isolatorn.
För testet med branta vågor kokades isolatorn i 42 timmar och en impulsspänning med en branthet på 1000kV/us-1500kV/μs applicerades 25 gånger.
Obduktionen är att ta bort manteln med en kniv eller yttre kraft, och observera yttillståndet på kärnstången efter att manteln har skalats av.
Figur 10 Prov efter obduktion
För mer detaljerad information om ovanstående tester, se "GB/T 19519-2014 definition, testmetoder och acceptanskriterier för luftledningsisolatorer med en nominell spänning över 1000V för AC-system med upphängda och dragbara kompositisolatorer".
Efter att tätningsproblemet är uteslutet, om något av ovanstående tester är väsentligt onormalt, kan det bedömas att isolatorn sannolikt har gränssnittsproblem.Signifikanta onormala egenskaper i varje försök var:
kärnstavens permeabilitetstest: Kärnstavens testsektion penetreras av metylenlösningen inom 15 minuter.
kärnstång med mantel vattendiffusionstest: läckströmmen för kärnstången överstiger 1mA;
Strömfrekvensmotståndsspänningstemperaturstegringstest: Under laboratoriesimuleringstestet är temperaturökningen av kärnstången signifikant, och temperaturökningen ökar gradvis med förlängningen av trycksättningstiden; om det bara är en liten temperaturhöjning kan det vara så att manteln är fuktig, men det är inga problem inuti kärnstången.
Test av branta vågor: inre nedbrytning av kärnstången;
Obduktion: Ett stort område av kärnstångens yta är direkt exponerad.
När det gäller bedömningen av problem med kompositisolatorgränssnitt, kan mer information hittas i min andra artikel:Kompositisolatorgränssnittsproblem och deras upptäckt.