一起腐蝕導致隔離開關觸頭燒蝕事件的分析

齊振宇，周 剛，殷 軍

（1.國網浙江省電力有限公司嘉善供電公司，浙江 嘉善 314100；2.國網浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000）

隨著堅強智能電網的發展，金屬材料在電網中的應用也越來越多。由于一些變電站位于沿海地區，容易受到沿海濕潤空氣的影響，設備出現腐蝕現象。由此暴露出越來越多的設備及構支架腐蝕問題，特別是在高濕高溫、高鹽分的氣候條件下，變電站電氣設備的腐蝕尤為明顯。金屬材料的腐蝕容易造成電氣設備機械性能的下降、構支架的承載能力降低，進而影響電網的安全穩定運行。輕者造成一次設備（如斷路器、隔離開關機構）表面銹蝕，重者形成“凝露”引起放電現象，更甚者造成短路故障的發生。所以，及時改善設備自身抵御潮氣的條件，對預防和減少電氣事故的發生、提高設備運行可靠性具有重要的意義。本文通過一起隔離開關三相連桿腐蝕導致開關觸頭燒蝕的實例，探討了加強隔離開關運行維護的技術措施，以期提高運行可靠性。

1 沿海地區潮氣對各類設備的危害

潮氣容易腐蝕變電設備，變電站內常見的易腐蝕設備有戶內高壓開關柜、隔離開關機構箱及斷路器、檢修電源箱及戶外端子箱。

1.1 對GIS設備機構箱的危害

部分GⅠS 設備的隔離開關機構箱箱體的密封蓋朝上，隨著運行年限的增加，其密封膠帶已經老化產生裂紋，雨水隨著密封膠帶的裂縫處侵入機構箱，造成機構箱內壁的銹蝕，箱體內的潮氣也會侵蝕內部元器件。

1.2 對斷路器、隔離開關的危害

室外潮氣進入斷路器、隔離開關等重要設備機構箱內部，易于導致機構箱機械部位和內壁銹蝕；潮氣入侵對機構箱內二次元器件同樣容易產生銹蝕。

1.3 對檢修電源箱的危害

戶外端子箱、檢修電源箱箱體與箱門的密封通過膠布來密封的，隨著運行年限的增加，其密封膠帶已經老化產生裂紋，使得箱門出現縫隙，濕氣進入。

2 事件概況

220 kV 某甲變 220 kV GⅠS 設備型號為 ZF16-252，由山東泰開高壓開關有限公司生產，投運日期2010年3月。

2018年220 kV某乙變同廠家同型號設備也曾出現過由于隔離開關合閘不到位，導致相電流為零的情況，原因為廠內裝配工藝不到位造成的動觸頭插入深度不足。

2021 年 3 月 31 日 9:05，220 kV 某甲線、某乙線第一套保護裝置異常，斷路器保護裝置故障告警，其中某甲線C相電流為0 A（A相284 A，B相283 A），某乙線C相電流增大至614A（A相337A，B相334A）。發生異常情況時現場設備處于正常運行狀態，現場無檢修工作，該隔離開關為3月25日檢修后復役。

開展SF6分解物檢測，某甲線隔離開關C相氣室SO2濃度為105.7 μL/L。

打開手孔蓋發現C 相動觸頭有燒蝕現象，觸頭表面熔瘤明顯。

3 檢查與處理經過

2021 年4 月8—9 日，在生產該裝置的工廠內對異常隔離開關進行了解體檢查，解體發現存在合閘不到位的情況。合閘不到位的原因為三相傳動連桿腐蝕卡滯，導致電機動力難以克服由此產生的傳動阻力。檢查情況如下。

3.1 文件資料檢查

檢查了產品圖紙，未見實物與圖紙不相符的情況；檢查了產品裝配工藝卡，外觀檢測、尺寸檢測、力矩測量、電阻測量等項目結果均合格；檢查了產品出廠試驗記錄，外觀檢測、尺寸檢測、電阻測量、操作試驗、氣密試驗、微水試驗、耐壓試驗等項目均合格。

3.2 傳動系統檢查

對傳動齒輪、軸承等內部傳動環節進行了檢查，外觀良好無異常、動作平順無異常。

3.3 拐臂材質分析

隔離開關連桿拐臂靠近軸銷存在嚴重的層狀剝落腐蝕，軸銷銹蝕嚴重。拐臂、觸頭與軸銷之間為銅套連接，由于拐臂、接頭材質為鋁合金，銅套為銅合金，銅和鋁活潑性相差較大，當連接處有水分浸入或周圍的空氣潮濕時，極易形成電化學腐蝕。

對隔離開關拐臂材質進行光譜檢測，并與7075鋁合金標準成分進行對比，如表1 所示，結果表明該拐臂材質為7075合金，與圖紙一致。

表1 隔離開關傳動拐臂成分 %

對外部傳動拐臂進行檢查，接頭與拐臂銹蝕嚴重，運動阻力較大。

隔離開關拐臂金相組織有連續鏈狀分布的黑色相，為MgZn2相，如圖1 所示。7 系鋁合金在T6（峰時效）態下雖能使合金強化達到最大值，但這種熱處理方式溫度往往比較低或時效時間短，導致晶界晶內電勢差較高；同時在晶界析出的連續鏈狀分布MgZn2相為陽極相，在腐蝕介質中容易成為陽極腐蝕通道，加速晶間腐蝕。

圖1 金相組織

隔離開關拐臂腐蝕表面形貌如圖2 所示，其表面全部為疏松多孔的氧化物。對這些氧化物進行能譜分析，結果如圖3和表2所示。可以發現表面成分主要為氧化鋁，且含有一定含量的氯元素。

圖2 腐蝕表面形貌

圖3 腐蝕表面微區成分分析

表2 能譜結果 %

3.4 導體燒蝕情況檢查

打開隔離開關本體進行檢查，外殼完好無燒蝕痕跡，動觸頭導電桿、靜觸座的屏蔽罩及觸指存在燒蝕情況，燒蝕部位為動觸頭導電桿端部與靜觸座觸指兩者接觸部位。

要求長度為465±1mm，燒蝕后測量最短處462mm，最長處466.5 mm，局部燒蝕深度最嚴重為3 mm，位于正下方位置，其余部位燒蝕情況較為均勻。靜觸座的燒蝕情況類似，正下方位置觸指及均壓罩燒蝕較為嚴重，其余部位僅觸指燒蝕且燒蝕較為均勻。

動觸頭端部倒角為5 mm，而局部燒蝕深度最嚴重也僅為3 mm，說明燒蝕發生時動觸頭及靜觸座處于剛接觸的狀態，在兩者接觸的圓環狀表面電流通過并造成均勻的過熱燒熔情況，熔化的金屬在重力作用下向下運動，對正下方的動觸頭導電桿，靜觸座觸指及均勻罩造成了相對嚴重的燒蝕。

3.5 回路電阻測量

對同型號狀態正常的隔離開關開展動觸頭不同插入深度下的回路電阻進行測量，結果如表3所示，剛接觸時回路電阻為18.5 μΩ，合閘到位時回路電阻為16.7 μΩ，兩者無顯著差異，說明動觸頭插入深度不足導致的接觸不良狀態無法通過回路電阻測試發現。

表3 不同插入深度下的回路電阻

4 原因分析

4.1 三相連桿腐蝕原因分析

異常隔離開關的三相連桿出現了較為嚴重的腐蝕情況，連桿的拐臂、接頭采用了較易發生腐蝕的7系鋁合金，而根據Q/GDW12016.1—2019《電網設備金屬材料選用導則第1部分：通用要求》4.8條規定“戶外環境下不應選用2 系和未經防腐處理的7 系鋁合金”。而某乙變位于沿海山地地區，大氣鹽霧腐蝕嚴重，運行環節惡劣，引起腐蝕的具體原因有以下2點：

材質和工藝的問題。7 系鋁合金耐蝕性差，且廠家為獲得高強度而采用的熱處理工藝為T6（峰時效）態。這種工藝一方面使合金元素擴撒不完全，晶界晶內電勢差較高；另一方面于晶界析出的連續鏈狀分布MgZn2相在腐蝕介質Cl元素影響下容易成為陽極腐蝕通道，加速晶間腐蝕，最終導致拐臂的抗剝落腐蝕和抗應力腐蝕性能最差。

拐臂、接頭材質與銅套之間存在電化學腐蝕。拐臂、接頭材質為鋁合金，銅套為銅合金，銅和鋁活潑性相差較大，當連接處有水分浸入或周圍的空氣潮濕時，極易形成電化學腐蝕。

據了解廠家大約在2012年之前批次拐臂、接頭材質采用了鋼鍍鋅，2012 年為7 系鋁合金，2012 年以后為鋼熱鍍鋅。

4.2 隔離開關合閘不到位原因分析

由于三相傳動連桿腐蝕卡滯，導致機構產生的位移被部件形變及公差間隙所吸收，在輔助開關發出合閘到位信號后，實際上C 相動觸頭并未合閘到位，出現接觸不良的情況。而在此工況下回路電阻變化不明顯，因此無法在檢修工作時通過回路電阻測試發現此異常。

在400 A 運行電流的作用下，接觸不良的部位出現發熱情況，而發熱導致觸頭表面形成氧化層，同時觸指彈簧在高溫條件下回火鎖氏體組織破壞，彈力下降，導致動觸頭與靜觸座間的壓緊力下降，這些現象又會反過來增大接觸電阻，使得發熱情況進一步劣化，最終經過6 天時間的發展出現C 相斷路的情況。

據了解廠家大約在2015年進行了設計改進，動觸頭導電桿長度增加了4 mm，正常插入深度也就增加了4 mm，在保證開距不變的情況下增加了設計裕度，即使遇到輕微的合閘不到位情況也能保證接觸動觸頭導電桿與靜觸座觸指的接觸面積，防止出現發熱情況。

5 防范及改進措施

開展溫升試驗，分析驗證導體插入深度的裕度，作為后續工作開展的依據。

對采用不同長度動觸頭導電桿的隔離開關裝用情況進行統計，制定針對性的運維檢修方案。

對某公司產品連桿采用的鋼鍍鋅、7系鋁合金、鋼熱鍍鋅等材質的腐蝕情況和防腐蝕能力進行進一步評估，對防腐蝕能力不足的進行更換。

編制隔離開關的分合閘定位點排查方案，采用回路電阻橫向比對、紅外測溫、X 射線檢查等手段進一步確認隔離、接地開關分合閘到位情況。

研究隔離開關分合閘指示裝置的優化改進方案，應能夠準確反映設備分合閘到位狀態。

6 結束語

對于氣候濕潤地區的變電站，由于空氣濕度的影響，易于導致變電站部分設備發生比較嚴重的腐蝕，進而危害電網安全穩定運行。本文分析了隔離開關燒蝕的形成原理和機理，通過某變電站中一起隔離開關異常事件，分析得到導致設備燒蝕的原因。此次隔離開關異常事件可以為今后隔離開關的運行評估和檢修策略提供經驗。