Обрыв струны композитных изоляторов, его причины и соответствующие методы анализа

В настоящее время в линиях электропередачи используется большое количество композитных изоляторов, на долю которых приходится около 50 процентов потребления линейных изоляторов. Среди них линейные башни составляют более высокую долю. Почти все линейные опоры в сильно загрязненных районах используют композитные изоляторы. Композитный изолятор решил проблему пробоя из-за загрязнения, которая преследовала энергосистему в течение многих лет, благодаря своим превосходным характеристикам пробоя от загрязнения, но время от времени возникает проблема обрыва струны. Для однониточных башен обрыв нити композитных изоляторов часто приводит к падению линии, что создает огромную угрозу социальной безопасности. В случае многорядных опорных опор разрыв струны также окажет воздействие на опоры и другие изоляторы, что повлияет на надежность линии. Поскольку скорость срабатывания из-за прорыва из-за загрязнения в последние годы значительно снизилась, обрыв струны стал серьезной проблемой, с которой сталкиваются композитные изоляторы.

Многие причины приводят к разрыву нити композитного изолятора, и есть много различий во внешнем виде и результатах испытаний. Как только поломка произошла, очень важно точно найти причину для последующего лечения. При этом следует суммировать причины поломки, имеющие важное значение для включения изоляторов в электрическую сеть. Таким образом, в сочетании с формами обрыва струн, с которыми контактировали отдельные лица, мы поговорим о причинах обрыва струн и о том, как их анализировать и проверять. Могут быть причины поломки струн, которые не покрываются. Вы можете оставить сообщение или отправить электронное письмо для обсуждения.

1. Классификация и характеристики разрушения разорванных гирлянд композитных изоляторов.

Формы разорванной струны композитных изоляторов можно разделить на три категории: разрыв под действием внешней силы, хрупкое разрушение и гнилое разрушение. Среди них очень мало случаев разрыва внешней силы, а ломкий разрыв и гнилой разрыв являются основными типами разрыва струн.

1.1 Разрыв внешней силы

Причинами разрыва внешней силы часто являются экстремально сильный ветер, сильное обледенение тросов и прыжки с целью предотвращения обледенения.

В целом контролируемой механической прочностью частью изолятора обычно является шейка шаровой головки, то есть, когда она подвергается только растягивающему напряжению, шаровая головка часто ломается первой. Однако при комбинированном воздействии напряжения кручения, напряжения растяжения или напряжения сжатия соединительная часть между металлическим фитингом и сердечником композитного изолятора является наиболее хрупкой, поэтому положение изломачасто располагаются в месте соединения штуцера и сердечника стержня.

Сердечник изготовлен из высокопрочного стекловолокна. Когда он частично поврежден, а затем разорван под совместным действием напряжения кручения и напряжения растяжения,излом кернового стержня часто неровный, некоторые волокна имеют форму метлы, излом не имеет следов обугливания.Фигура 1.

Рис. 1. Типичный разрыв от отрыва от внешней силы

1.2 Хрупкое разрушение (стресс-коррозия)

Хрупкое разрушение является основным видом обрыва струны при раннем применении композитных изоляторов, и процесс разрушения сопровождается процессом коррозии под напряжением.Место разрыва, возможно, находится внутри концевых фитингов и рядом с соединением концевых фитингов и стержня..

Наиболее очевидной особенностью хрупкого излома является то, что большая часть излома плоская и гладкая, а сечение перпендикулярно оси стержня.Типичная морфология трещин показана на рисунке 2.

(а) Плоский перелом

(б) Трещина ступенчатая, и каждая ступенька плоская.

Рис.2 Типичная морфология хрупкого разрушения композитного изолятора

1.3 Разрушение вследствие коррозии (науглероживание сердечника)

Разрушение из-за коррозии стало в последние годы основной формой разрыва гирлянды композитного изолятора, при этом разрыв ее гирлянды сопровождается длительным процессом внутреннего разряда.Трещина обычно находится рядом с высоковольтным концом композитного изолятора..

Основными внешними признаками гнилого излома являются значительное обугливание (почернение) кернового стержня, при этом излом неравномерный, с явным волочением проволоки.Типичная форма трещины показана на рисунке 3.

Рисунок 3 Типичная морфология хрупкого разрушения композитного изолятора

2. Причины и процесс развития разрыва струн

Среди трех типов разрыва струн вероятность разрыва внешней силы чрезвычайно мала, а процесс прост и легко анализируется в экстремальных погодных условиях. Поэтому в данной статье представлены только причины, процесс развития и методы анализа хрупкого и гнилого разрушения.

2.1 Хрупкое разрушение

Хрупкое разрушение, как правило, сопровождается процессом коррозии под напряжением. Изолятор несет вес провода и находится под напряжением. Когда основной стержень по какой-либо причине попадает в кислотную жидкость, кислотная жидкость вызывает коррозию основного стержня. Некислотостойкий сердечник, использовавшийся в первых композитных изоляторах, находится под напряжением. Под совместным действием коррозии в стержне сердечника постепенно появляются трещины, которые постепенно расширяются до тех пор, пока оставшийся стержень сердечника не может выдержать растягивающее усилие и не сломается.

Из вышеизложенного видно, что существует два основных условия для хрупкого разрушения: нарушение герметичности и отсутствие кислотостойкости основного стержня.Кроме того, образование трещин значительно ускоряет возникновение хрупкого разрушения. По фактическим случаям процесс развития хрупкого разрушения имеет следующие две категории:

(1) Нарушение герметичности - стержень сердечника влажный - образуется внутренний разряд - образуется кислотное вещество - коррозия под напряжением - стержень сердечника подвергается хрупкому разрушению;

(2) Производственные дефекты, оставленные на конце (клиновидная конструкция) - нарушение герметичности - попадание кислотных веществ в атмосферу - коррозия под напряжением - хрупкое разрушение сердечника.

Клиновая конструкция должна вбивать клин в конец стержня сердечника, что легко оставляет крошечные трещины в стержне сердечника. Когда уплотнение нормальное, расширение крошечных трещин происходит очень медленно. Как только герметизация выйдет из строя, вышеупомянутые трещины станут отправной точкой коррозии под напряжением. Конкретный тип клиновой конструкции можно найти в другой моей статье.Структура изолятора линии электропередачи-1 (подвесной изолятор дискового типа из фарфора/стекла, подвесной композитный изолятор стержневого типа).

(а) Внутренняя клиновидная структура

(b) Внутренний клин приводится в действие, чтобы расщепить основной стержень.

Рис. 4 Внутренняя структура клина и повреждение сердечника

Различают три типа выхода из строя пломбы:

(1)Выход из строя торцевого уплотнения:Герметик треснул или его конец был поврежден во время установки, что привело к выходу уплотнения из строя.

(2)Нарушение герметичности из-за повреждения оболочки:

A. Материал оболочки некачественный, оболочка подвергается коррозии из-за внешнего разряда; на поверхности композитного изолятора в дождливую погоду возникнет коронный разряд, а конец легко обожжется высокотемпературной дугой при ударе молнии. В вышеперечисленных случаях его легко расколоть, в результате чего стержень сердечника намокнет.

B. Неправильная конфигурация выравнивающего кольца вызовет сильный коронный разряд и эрозию оболочки; если компенсационное кольцо установлено неправильно или параметры выбраны неправильно, на высоковольтном конце произойдет сильный коронный разряд, а долгосрочный эффект повредит оболочку и вызовет отсыревание стержня сердечника.

(3) Возникла проблема на стыке стержня оболочки и сердечника., а влага поступает в сердечник путем диффузии.

2.2 Разрушение из-за коррозии

В настоящее время в большинстве эксплуатируемых композитных изоляторов используются кислотостойкие сердечники, поэтому вероятность хрупкого разрушения значительно снижена, а гнилое разрушение стало основной формой разрыва колонны изоляторов. Распад часто сопровождается длительным разрядом внутри стержня сердечника, а генерируемая энергия постепенно вызывает изменение структуры стержня сердечника. С одной стороны смола, которая обволакивает и фиксирует стекловолокно, разлагается, и структура стекловолокна становится мягкой. С другой стороны, стекловолокно карбонизировано, и его механические свойства замечательны. Спускайтесь до тех пор, пока основной стержень не выдержит нагрузки и не сломается.

В этом процессе внутренние дефекты развиваются вдоль радиального направления стержня сердечника, а также развиваются в осевом направлении, и в стержне сердечника создается канал внутреннего разряда, а напряженность электрического поля на конце чрезвычайно велика, вызывая оболочка проникает изнутри наружу. Типичная фотография показана на рисунке 5.

(а) Расширение дефекта внутри стержня сердечника

(b) Пробивка оболочки стержня

Рисунок 5. Расширение дефекта внутри стержня, сломанного из-за коррозии.

По происхождению внутреннего разряда стержня сердечника распад можно разделить на следующие две категории:

Происхождение внутреннего разряда этого типа перелома заключается в нарушении торцевого уплотнения и повреждении оболочки, а причины те же, что и при предыдущем хрупком разрушении.Видно, что даже если используется кислотоупорный стержень, то до тех пор, пока уплотнение не сработает, струна все равно порвется!

2) наличие внутренних дефектов в стержне сердечника – проникновение воды – выделение внутри стержня – образование кислотных веществ – эрозия оболочки – повышенный внутренний разряд – обугливание стержня сердечника;

Внутренние дефекты стержня сердечника, как правило, вызваны плохой границей раздела стержня сердечника с оболочкой, например, плохим соединением, отверстиями для воздуха, оставшимися на границе раздела, и т. д. Плохое соединение приведет к отслоению и образованию внутренних воздушных зазоров. Существуют следующие ключевые процессы для таких сломанных строк:Поверхность оболочки цела, но внутрь стержня сердечника попадает влага.

3. Метод анализа разорванной струны

Обрыв струны, вызванный разрывом внешней силы, легко получить из метеорологической информации, поэтому здесь обсуждается только анализ хрупкого разрушения и гнилого разрушения. В случае разрыва струны сначала определите, является ли она хрупкой или гнилой, в соответствии с формой и положением излома, а затем выберите соответствующий элемент испытания для проверки в соответствии с возможными причинами, упомянутыми выше.

3.1 Хрупкое разрушение

Если расценивается как хрупкое разрушение, в соответствии с вышеизложенным, оно может быть вызвано нарушением герметичности в сочетании с некислотоустойчивым сердечником или остаточными производственными дефектами на конце, а также нарушением герметичности в сочетании с отсутствием герметичности. кислотостойкий сердечник.

(1) Нарушение герметичности плюс некислотостойкий сердечник

Проверка неисправности торцевого уплотнения:Эту же партию изделий подвергают проверке на герметичность, вскрытию сломанной арматуры изолятора, выявлению внутренних элементов ржавчины.

Испытание на герметичность заключается в приложении 70 процентов номинальной механической нагрузки к композитному изолятору в течение 96 часов, а затем на 20 минут обертывании конца пенетрантом. Проверьте, проникает ли краситель в конец, и глубину проникновения путем визуального осмотра и анатомии. Торцевые уплотнения считались приемлемыми до тех пор, пока глубина проникновения не достигала основного стержня.

Рисунок 6. Испытание торцевого уплотнения – анатомическая проверка глубины проникновения после инкапсуляции пенетранта.

Нарушение герметичности конца часто является примером. Проверка герметичности одной и той же партии продукции может не выявить проблему. Однако, если в конце происходит нарушение герметичности, для полного протекания процесса коррозии под напряжением потребуется некоторое время. Поэтому внутри концевых фитингов часто возникает коррозия. Таким образом, анатомия сломанного конца изолятора и обнаружение компонентов ржавчины являются наиболее прямыми и эффективными средствами.

Проверка нарушения герметичности из-за плохого материала оболочки: Провести тесты на трекинг и электрическую коррозионную стойкость материалов оболочки зонта на одной и той же партии изделий.

Испытание на стойкость материала покрытия зонта к прослеживанию и электрической коррозии заключается в разрезании зева изолятора на плоский образец определенной толщины и проведении испытания методом постоянного следящего напряжения. Испытательное напряжение составляет 4,5 кВ переменного тока, и образец выдерживает 6 часов без коррозии. Испытание считается пройденным, если глубина не превышает 2,5 мм.

Рис. 7. Образцы, подвергнутые испытанию на трекинг и электрическую коррозионную стойкость.

Проверка нарушения герметичности оболочки, вызванного неправильной установкой выравнивающего кольца:Проверьте, установлено ли выравнивающее кольцо наоборот, правильно ли установлено положение установки, и выполните расчет проверки электрического поля на схеме конфигурации выравнивающего кольца.

Проверка нарушения герметичности, вызванного плохой границей между стержнем и оболочкой:Провести испытание на проницаемость стержня сердечника, испытание на диффузию воды в оболочку стержня сердечника, испытание на повышение температуры пояса выдерживаемого напряжения промышленной частоты, испытание на резкое повышение температуры для той же партии изоляторов Волновое испытание, вскрытие.

Проверка стойкости стержня к кислоте:Провести испытание сердечника на кислотостойкость сломанных изоляторов или изделий одной партии.

Испытание сердечника на кислотостойкость состоит в том, чтобы снять часть оболочки изолятора, чтобы обнажить стержень сердечника, а затем обернуть его азотной кислотой с концентрацией 1 моль / л после измельчения и одновременно приложить определенное напряжение в течение 96 часов. . Значение натяжения является произведением площади сердечника на 300 МПа, например, 96 часов. После того, как сердечник не поврежден и на поверхности нет значительной трещины, считается, что сердечник требуется для кислотостойкости. (Также известен как кислотостойкий сердечник)

Для получения более подробной информации о методах и критериях вышеуказанных испытаний см. «GB/T 19519-2014 Определение, методы испытаний и критерии приемлемости для изоляторов воздушных линий с номинальным напряжением выше 1000 В для систем переменного тока с подвесными и растянутыми Композитные изоляторы».

(1) Остатки производственных дефектов на конце плюс нарушение герметичности плюс некислотостойкий сердечник

Проверка нарушения герметичности и некислотостойкости стержня выполняется так же, как указано выше. Производственные дефекты концов могут быть проверены испытанием на механическое повреждение той же партии изделий под нагрузкой, но производственные дефекты концов часто являются единичными случаями, и трудно точно отследить источник посредством испытания. Этому может помочь конечная структура и положение перелома. Если конец имеет клиновидную структуру, а трещина находится внутри концевого фитинга и находится близко к концу забиваемого клина, это означает, что существует большая вероятность производственных дефектов внутри.

3.2 Разрушение из-за коррозии

Если это считается хрупким разрушением, в соответствии с вышеизложенным, оно может быть вызвано внутренним долговременным разрядом, вызванным повреждением уплотнения, или может быть вызвано внутренними дефектами в стержне сердечника, который разрушает оболочку изнутри. наружу, вызывая внутренний долговременный разряд, вызывающий обрыв струны.

(1) Повреждение уплотнения плюс внутренняя длительная разрядка

Метод проверки разрушения торцевого уплотнения и оболочки такой же, как и в предыдущем разделе 3.1.

Если обнаружится, что на стержне сердечника есть отверстие, это будет ключом к решению, вызвано ли отверстие внешней причиной, которая приводит к выходу из строя уплотнения оболочки, или вызвано внутренним дефектом и перфорацией. Мы можем начать с разницы в составе внутренней и внешней части отверстия. Как правило, сторона с более высокой долей науглероженных компонентов имеет более высокую вероятность начала времени разряда раньше, и отверстие с большей вероятностью начнется с этой стороны.

(2) Дефекты внутри сердечника

В последние годы были случаи внутренних дефектов стержня сердечника, в основном вызванных плохим интерфейсом стержня сердечника и оболочки.Проверка неисправного интерфейса:Провести испытание на проницаемость стержня сердечника, испытание на диффузию воды в оболочку стержня сердечника, испытание на повышение температуры пояса выдерживаемого напряжения промышленной частоты, испытание на резкое повышение температуры для той же партии изоляторов, волновое испытание, вскрытие.

Испытание стержня на проницаемость заключается в том, чтобы разрезать стержень сердечника на образец длиной 10 мм, направление резки перпендикулярно стержню сердечника, отполировать оба конца наждачной бумагой и поместить его в красный или фиолетовый раствор метилена. Проникает верхний конец, и измеряется время проникновения раствора внутрь кернового стержня до вершины.

Рисунок 8 Испытание на проницаемость

Испытание стержня на диффузию воды с оболочкой состоит в том, чтобы разрезать стержень сердечника на образец длиной 30 мм, направление резки перпендикулярно стержню сердечника, отшлифовать оба конца наждачной бумагой, прокипятить в растворе NaCl с концентрацией 0,1%. на 100 ч, а затем подайте переменное напряжение 12 кВ на 1 мин, измерьте ток утечки.

Рисунок 9. Участок испытания на диффузию воды.

Испытание на повышение температуры пояса с выдерживаемым напряжением промышленной частоты заключается в подаче самого высокого рабочего напряжения на изолятор в течение 30 минут и использовании инфракрасного излучения для измерения повышения температуры изолятора.

Для испытания крутой волной изолятор кипятился в течение 42 часов, и 25 раз прикладывалось импульсное напряжение с крутизной 1000 кВ/us-1500кВ/мкс.

Вскрытие заключается в удалении оболочки ножом или внешней силой и наблюдении за состоянием поверхности стержня сердечника после отделения оболочки.

Рисунок 10 Образец после вскрытия

Для получения более подробной информации о вышеупомянутых испытаниях см. «Определение GB/T 19519-2014, методы испытаний и критерии приемлемости для изоляторов воздушных линий с номинальным напряжением выше 1000 В для систем переменного тока с подвесными и растяжимыми композитными изоляторами».

После того, как проблема с уплотнением будет исключена, если какой-либо из вышеперечисленных тестов будет значительно отклонен от нормы, можно сделать вывод, что у изолятора, вероятно, есть проблемы с интерфейсом.Значимыми аномальными особенностями каждого испытания были:

Испытание на проницаемость кернового стержня: испытательный участок кернового стержня пропитывается метиленовым раствором в течение 15 минут.

стержень с сердечником с испытанием на диффузию воды в оболочке: ток утечки стержня с сердечником превышает 1 мА;

Испытание на повышение температуры пояса с выдерживаемым напряжением промышленной частоты: во время лабораторного моделирования повышение температуры стержня сердечника является значительным, и повышение температуры постепенно увеличивается с увеличением времени герметизации; если это лишь незначительное повышение температуры, возможно, оболочка влажная, но внутри сердечника проблем нет.

Испытание крутой волной: внутренний пробой сердечника;

Вскрытие: обнаружена большая площадь поверхности сердечника.

Что касается решения проблем сопряжения композитных изоляторов, дополнительную информацию можно найти в другой моей статье:Проблемы интерфейса композитного изолятора и их обнаружение.