一起腐蚀导致隔离开关触头烧蚀事件的分析

齐振宇，周 刚，殷 军

（1.国网浙江省电力有限公司嘉善供电公司，浙江 嘉善 314100；2.国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司，浙江 嘉兴 314000）

随着坚强智能电网的发展，金属材料在电网中的应用也越来越多。由于一些变电站位于沿海地区，容易受到沿海湿润空气的影响，设备出现腐蚀现象。由此暴露出越来越多的设备及构支架腐蚀问题，特别是在高湿高温、高盐分的气候条件下，变电站电气设备的腐蚀尤为明显。金属材料的腐蚀容易造成电气设备机械性能的下降、构支架的承载能力降低，进而影响电网的安全稳定运行。轻者造成一次设备（如断路器、隔离开关机构）表面锈蚀，重者形成“凝露”引起放电现象，更甚者造成短路故障的发生。所以，及时改善设备自身抵御潮气的条件，对预防和减少电气事故的发生、提高设备运行可靠性具有重要的意义。本文通过一起隔离开关三相连杆腐蚀导致开关触头烧蚀的实例，探讨了加强隔离开关运行维护的技术措施，以期提高运行可靠性。

1 沿海地区潮气对各类设备的危害

潮气容易腐蚀变电设备，变电站内常见的易腐蚀设备有户内高压开关柜、隔离开关机构箱及断路器、检修电源箱及户外端子箱。

1.1 对GIS设备机构箱的危害

部分GⅠS 设备的隔离开关机构箱箱体的密封盖朝上，随着运行年限的增加，其密封胶带已经老化产生裂纹，雨水随着密封胶带的裂缝处侵入机构箱，造成机构箱内壁的锈蚀，箱体内的潮气也会侵蚀内部元器件。

1.2 对断路器、隔离开关的危害

室外潮气进入断路器、隔离开关等重要设备机构箱内部，易于导致机构箱机械部位和内壁锈蚀；潮气入侵对机构箱内二次元器件同样容易产生锈蚀。

1.3 对检修电源箱的危害

户外端子箱、检修电源箱箱体与箱门的密封通过胶布来密封的，随着运行年限的增加，其密封胶带已经老化产生裂纹，使得箱门出现缝隙，湿气进入。

2 事件概况

220 kV 某甲变 220 kV GⅠS 设备型号为 ZF16-252，由山东泰开高压开关有限公司生产，投运日期2010年3月。

2018年220 kV某乙变同厂家同型号设备也曾出现过由于隔离开关合闸不到位，导致相电流为零的情况，原因为厂内装配工艺不到位造成的动触头插入深度不足。

2021 年 3 月 31 日 9:05，220 kV 某甲线、某乙线第一套保护装置异常，断路器保护装置故障告警，其中某甲线C相电流为0 A（A相284 A，B相283 A），某乙线C相电流增大至614A（A相337A，B相334A）。发生异常情况时现场设备处于正常运行状态，现场无检修工作，该隔离开关为3月25日检修后复役。

开展SF6分解物检测，某甲线隔离开关C相气室SO2浓度为105.7 μL/L。

打开手孔盖发现C 相动触头有烧蚀现象，触头表面熔瘤明显。

3 检查与处理经过

2021 年4 月8—9 日，在生产该装置的工厂内对异常隔离开关进行了解体检查，解体发现存在合闸不到位的情况。合闸不到位的原因为三相传动连杆腐蚀卡滞，导致电机动力难以克服由此产生的传动阻力。检查情况如下。

3.1 文件资料检查

检查了产品图纸，未见实物与图纸不相符的情况；检查了产品装配工艺卡，外观检测、尺寸检测、力矩测量、电阻测量等项目结果均合格；检查了产品出厂试验记录，外观检测、尺寸检测、电阻测量、操作试验、气密试验、微水试验、耐压试验等项目均合格。

3.2 传动系统检查

对传动齿轮、轴承等内部传动环节进行了检查，外观良好无异常、动作平顺无异常。

3.3 拐臂材质分析

隔离开关连杆拐臂靠近轴销存在严重的层状剥落腐蚀，轴销锈蚀严重。拐臂、触头与轴销之间为铜套连接，由于拐臂、接头材质为铝合金，铜套为铜合金，铜和铝活泼性相差较大，当连接处有水分浸入或周围的空气潮湿时，极易形成电化学腐蚀。

对隔离开关拐臂材质进行光谱检测，并与7075铝合金标准成分进行对比，如表1 所示，结果表明该拐臂材质为7075合金，与图纸一致。

表1 隔离开关传动拐臂成分 %

对外部传动拐臂进行检查，接头与拐臂锈蚀严重，运动阻力较大。

隔离开关拐臂金相组织有连续链状分布的黑色相，为MgZn2相，如图1 所示。7 系铝合金在T6（峰时效）态下虽能使合金强化达到最大值，但这种热处理方式温度往往比较低或时效时间短，导致晶界晶内电势差较高；同时在晶界析出的连续链状分布MgZn2相为阳极相，在腐蚀介质中容易成为阳极腐蚀通道，加速晶间腐蚀。

图1 金相组织

隔离开关拐臂腐蚀表面形貌如图2 所示，其表面全部为疏松多孔的氧化物。对这些氧化物进行能谱分析，结果如图3和表2所示。可以发现表面成分主要为氧化铝，且含有一定含量的氯元素。

图2 腐蚀表面形貌

图3 腐蚀表面微区成分分析

表2 能谱结果 %

3.4 导体烧蚀情况检查

打开隔离开关本体进行检查，外壳完好无烧蚀痕迹，动触头导电杆、静触座的屏蔽罩及触指存在烧蚀情况，烧蚀部位为动触头导电杆端部与静触座触指两者接触部位。

要求长度为465±1mm，烧蚀后测量最短处462mm，最长处466.5 mm，局部烧蚀深度最严重为3 mm，位于正下方位置，其余部位烧蚀情况较为均匀。静触座的烧蚀情况类似，正下方位置触指及均压罩烧蚀较为严重，其余部位仅触指烧蚀且烧蚀较为均匀。

动触头端部倒角为5 mm，而局部烧蚀深度最严重也仅为3 mm，说明烧蚀发生时动触头及静触座处于刚接触的状态，在两者接触的圆环状表面电流通过并造成均匀的过热烧熔情况，熔化的金属在重力作用下向下运动，对正下方的动触头导电杆，静触座触指及均匀罩造成了相对严重的烧蚀。

3.5 回路电阻测量

对同型号状态正常的隔离开关开展动触头不同插入深度下的回路电阻进行测量，结果如表3所示，刚接触时回路电阻为18.5 μΩ，合闸到位时回路电阻为16.7 μΩ，两者无显著差异，说明动触头插入深度不足导致的接触不良状态无法通过回路电阻测试发现。

表3 不同插入深度下的回路电阻

4 原因分析

4.1 三相连杆腐蚀原因分析

异常隔离开关的三相连杆出现了较为严重的腐蚀情况，连杆的拐臂、接头采用了较易发生腐蚀的7系铝合金，而根据Q/GDW12016.1—2019《电网设备金属材料选用导则第1部分：通用要求》4.8条规定“户外环境下不应选用2 系和未经防腐处理的7 系铝合金”。而某乙变位于沿海山地地区，大气盐雾腐蚀严重，运行环节恶劣，引起腐蚀的具体原因有以下2点：

材质和工艺的问题。7 系铝合金耐蚀性差，且厂家为获得高强度而采用的热处理工艺为T6（峰时效）态。这种工艺一方面使合金元素扩撒不完全，晶界晶内电势差较高；另一方面于晶界析出的连续链状分布MgZn2相在腐蚀介质Cl元素影响下容易成为阳极腐蚀通道，加速晶间腐蚀，最终导致拐臂的抗剥落腐蚀和抗应力腐蚀性能最差。

拐臂、接头材质与铜套之间存在电化学腐蚀。拐臂、接头材质为铝合金，铜套为铜合金，铜和铝活泼性相差较大，当连接处有水分浸入或周围的空气潮湿时，极易形成电化学腐蚀。

据了解厂家大约在2012年之前批次拐臂、接头材质采用了钢镀锌，2012 年为7 系铝合金，2012 年以后为钢热镀锌。

4.2 隔离开关合闸不到位原因分析

由于三相传动连杆腐蚀卡滞，导致机构产生的位移被部件形变及公差间隙所吸收，在辅助开关发出合闸到位信号后，实际上C 相动触头并未合闸到位，出现接触不良的情况。而在此工况下回路电阻变化不明显，因此无法在检修工作时通过回路电阻测试发现此异常。

在400 A 运行电流的作用下，接触不良的部位出现发热情况，而发热导致触头表面形成氧化层，同时触指弹簧在高温条件下回火锁氏体组织破坏，弹力下降，导致动触头与静触座间的压紧力下降，这些现象又会反过来增大接触电阻，使得发热情况进一步劣化，最终经过6 天时间的发展出现C 相断路的情况。

据了解厂家大约在2015年进行了设计改进，动触头导电杆长度增加了4 mm，正常插入深度也就增加了4 mm，在保证开距不变的情况下增加了设计裕度，即使遇到轻微的合闸不到位情况也能保证接触动触头导电杆与静触座触指的接触面积，防止出现发热情况。

5 防范及改进措施

开展温升试验，分析验证导体插入深度的裕度，作为后续工作开展的依据。

对采用不同长度动触头导电杆的隔离开关装用情况进行统计，制定针对性的运维检修方案。

对某公司产品连杆采用的钢镀锌、7系铝合金、钢热镀锌等材质的腐蚀情况和防腐蚀能力进行进一步评估，对防腐蚀能力不足的进行更换。

编制隔离开关的分合闸定位点排查方案，采用回路电阻横向比对、红外测温、X 射线检查等手段进一步确认隔离、接地开关分合闸到位情况。

研究隔离开关分合闸指示装置的优化改进方案，应能够准确反映设备分合闸到位状态。

6 结束语

对于气候湿润地区的变电站，由于空气湿度的影响，易于导致变电站部分设备发生比较严重的腐蚀，进而危害电网安全稳定运行。本文分析了隔离开关烧蚀的形成原理和机理，通过某变电站中一起隔离开关异常事件，分析得到导致设备烧蚀的原因。此次隔离开关异常事件可以为今后隔离开关的运行评估和检修策略提供经验。