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DOI: 10.1361/154770206X117469 变压器支架故障分析

导言

据报告,6个变压器托架在使用期间失效。托架失效导致一组三台杆装变压器掉落地面。 图1显示了一个典型的安装三个杆式变压器,由两排三个支架支撑到连接到杆上的框架上。

据报告,托架由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂组成。 假定托架与变压器的最初安装有关。因此,故障被确定是在服务超过30年后发生的。

结果与讨论

支架的视觉评价包括用光学和扫描电子显微镜进行宏观和微观检查。通过傅立叶TRA对材料进行了分析评价红外光谱(FTIR)和热重分析(TGA)。

提供了六个断裂支架的残留物。支架的外表面显示出相似的特征,如图2和3所示,包括见证标记、变色、机械变形、炭化和二次开裂以及裂纹网络。变压器故障时,电弧放电可能会导致炭化。对托槽断口的检查显示了相似的特征和断口形态,如图4所示,并选择一个代表性的支架进一步评估。

支架用光学体视镜对断口进行了切片检查。图5所示的断裂表面显示了变压器侧的多个裂纹源和相对平滑的形态。在支架壁厚的顶部和底部有明显的制动痕迹。对邻近断裂的外表面的检查显示了强烈的裂纹形成程度(图6)。

用扫描电子显微镜对断口进行了进一步的检查,该扫描电子显微镜允许在高倍镜和大场深度下进行评价。检查前,骨折面部被清洗,随后金溅射涂层。回顾了支架变压器侧支撑多个起源的断口。这些起源通过循环机制扩展并产生在图7中观察到的条纹。大约几毫米进入支架的断口,断口形貌发生了变化。后面的表面表现出光滑的形态,没有微积的证据。光滑的形貌是脆性断裂的典型特征;然而,它也可能是两个断裂表面运动的结果彼此对抗。

在衰减全反射(ATR)模式下,用微FTIR对支架进行了分析。 对支架的芯材和表面材料进行了比较分析,得到了如图8所示的光谱。两者都是光谱表明吸收带与ABS树脂一致。然而,支架表面材料表现出与有机酸功能一致的额外吸收,如富马酸acid。已知有机酸的功能是在聚合物材料的降解和分解时形成的。FTIR分析表明,相对于核心材料,支架的外部表面处于退化状态。

使用热重分析仪对堆芯材料进行分析,在动态加热时,初始重量损失为97.8%,中心温度约为442℃氮气吹扫。这种减肥事件与ABS树脂的分解有关。在转化为空气净化,样品继续失去1.2%,因为燃烧的碳质焦炭,已形成爱德。不燃残留量为1.0%,典型的未填充树脂。对表面材料的分析结果表明,在动态硝基中加热时,失重率为7.8通过250℃进行gen清洗。这种失重与挥发物的进化有关,如吸收的水和其他低分子量的化合物。样本继续体验初级八个损失80.7%,中心在419℃,并与聚合物的分解有关。由于焦炭和不燃残渣含量的燃烧,样品的失重率为10.2占1.3%。托架的核心和表面材料上得到的热图的比较(图9)进一步说明了材料在零件表面的退化状态。

结论

分析结果表明,在失效变压器支架上观察到的断裂特征通过动态疲劳等渐进破坏机制表明裂纹扩展。动态疲劳一般是通过施加应力来发生的,在循环条件下,应力在材料的屈服点以下长时间。在这种情况下,这种情况可能包括来自变压器运行或风的振动。一旦裂纹通过零件厚度的一个相当大的截面,变压器的重量就足以过失托架并导致故障。由于每一对支架,每台变压器,表现出相似的特征和断口形貌,很可能开裂在相对同时以大致相同的速度前进。因此,这三对括号在同一时期内即将失效。

裂缝起源于外部支架侧面的表面暴露在变压器中,通常在多个地点。红外光谱和热重分析表明支架的表面材料处于高度降解状态。随着这种退化进一步发展到零件壁,裂纹开始形成,作为疲劳的开始点。支架表面材料的退化可能是由风化作用造成的以及热和紫外光长期暴露。

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图1.一种典型的安装三极安装变压器

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图2.具有代表性的断裂支架的顶部部分

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图3. 图2中所示的断裂支架的底部部分

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图4. 支架断口如图2所示。

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图5. 图中断口(金涂层)的显微照片,显示多个裂纹起源,光滑的形貌和阻滞痕迹

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图6. 与断裂相邻的外部支架表面的显微照片显示出很强的裂纹形成程度。

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图7.断口的电子图像证实了支架变压器侧的多个起源。

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图8. 支架芯材与表面材料的傅里叶变换红外光谱(FTIR)光谱比较

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图9.在支架的核心和表面材料上获得的热重分析(TGA)热图的比较叠加


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