330 kV變電站隔離開關觸頭腐蝕失效分析

蔣 菲，呂巖婷，孫賀斌

(1.國網甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅電力科學研究院技術中心有限公司，甘肅 蘭州 730070)

0 引言

在電網中使用的高壓開關設備中，高壓隔離開關數量達到了高壓斷路器的近4倍，其主要功能是保證高壓電器及裝置在檢修工作時的安全，起隔離電壓的作用，不能用于切斷、投入負荷電流和開斷短路電流，僅可用于不產生強大電弧的某些切換操作。在實際應用中，隔離開關的不良狀態(包括觸頭燒蝕、接觸松動、表面腐蝕等)會使其工作狀況發生明顯惡化，隨著接觸電阻的增大，接觸區域的溫度也會逐漸升高，引起接觸面的快速氧化，導致局部區域出現熔焊或者松動引起電弧的情況，嚴重時可能使電氣設備發生損毀或停電等故障[1-3]。

1 概述

2020-03-05 ，某供電公司進行隔離開關停電檢修時發現隔離開關動觸頭腐蝕嚴重。該隔離開關為新東北電氣高壓開關有限公司生產，為雙柱垂直開啟式隔離開關，出廠日期為2004 年5 月，投運日期為2005 年12 月，額定電流2 500 A。

2 隔離開關檢驗

2.1 宏觀檢查

該隔離開關觸頭分為兩部分，中間部分為銅覆銀，兩側為鋁合金，兩部分由三顆螺栓進行連接，觸頭鋁合金部分腐蝕嚴重，已經出現了剝落腐蝕特征，腐蝕產物呈片層狀，灰白色，部分腐蝕產物已從基體脫落。

2.2 材質分析

對觸頭鋁合金部位表面剝落層打磨去除后進行光譜材質成分分析，分析結果見表1。

從樣品光譜分析結果看，該觸頭屬于2XXX系鋁合金，含銅、鎂量較高；因使用單位無法提供觸頭鋁合金部位相關材料牌號信息，僅能從光譜分析結果大致判定，其中觸頭不符合Q/GDW 11717—2017《電網設備金屬技術監督導則》中“9.2.5 條 導電臂、接線板、靜觸頭橫擔鋁板不應采用2 系和7 系鋁合金，應采用5 系或6 系鋁合金”相關要求。

表1 光譜材質成分分析(質量分數) %

2.3 掃描電鏡微觀形貌及能譜分析

截取觸頭鋁合金部分表面剝落層進行電鏡形貌觀察及能譜分析，發現剝落層表面呈塊狀分布，并且存在較嚴重的放電現象。選取表面微區進行能譜分析，發現剝落層的主要化學成分為氧化鋁，氧化鋁不具備導電性，因此造成電荷在樣品表面聚集產生放電。從觸頭剝落層微區能譜分析來看，觸頭不同區域微區成分存在差別，但均以金屬氧化物為主。

在觸頭鋁合金內部截取試樣磨拋后進行掃描電鏡微觀形貌觀察及能譜分析，可以看見試樣表面存在較暗的基底區域與較亮的區域，對樣品進行面掃能譜分析后得到樣品各元素面分布圖。從面分布圖中可以看出Mg 元素、O 元素與Cu 元素呈不均勻分布，對應于圖像上明亮的部分；而Al 元素亦呈不均勻分布，對應于圖像上較暗的部分，由此可知觸頭鋁合金內部Mg 元素、O 元素與Cu 元素形成了中間化合物，以二次相的形式在晶界析出了。這些二次相易與Al 基體組成腐蝕電偶而形成活性腐蝕通道。當腐蝕沿著平行于合金表面的晶界發展時，腐蝕產物聚集于晶界，由于其體積大于所消耗的原晶界體積，從而對鋁合金表層晶粒產生楔形外推力，使表層晶粒與合金內層剝離，發生剝落腐蝕[4-5]。

3 結論

觸頭材質中含有較多的銅元素，銅對鋁來說是強陰極性元素，可以對鋁合金的耐蝕性產生很大的影響，當銅在晶界形成二次相，與Al 基體組成腐蝕電偶而形成活性腐蝕通道，在大潮濕環境及空氣中二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等形成的酸性物質的作用下，產生嚴重的晶間腐蝕，導致觸頭鋁合金部分發生了嚴重的腐蝕剝落。

4 意見及建議

為了防止此類事件的再次發生，保障電網安全及供電可靠性，建議采取如下措施：

(1) 加強對同類設備部件的監督檢查，及時發現和消除部件缺陷。

(2) 加強對新購置同類設備部件及備品備件的驗收檢查，防止使用化學成分不符合相關標準要求的部件。