二次回路中異種金屬接觸部位的電化學(xué)腐蝕分析

劉敏，李衛(wèi)，郁景禮，劉友明

(1.湖南省電力公司超高壓管理局，湖南長沙 410004;2.廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，廣東佛山 528000)

電力設(shè)備材料的選擇在電力建設(shè)中是非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，一般來說，一次設(shè)備的材料選擇備受重視，而二次回路材料的使用相對不那么受到重視，尤其是二次回路的連接器件，往往會被忽視。變電站現(xiàn)場運(yùn)行中就有因為斷路器機(jī)構(gòu)中連接二次線和直流接觸器中觸點的連接器件生銹，引起回路故障，造成斷路器不正確動作而影響電網(wǎng)正確運(yùn)行的事故。在一次雷雨天氣中，湖南某220 kV變電站110 kV線路因瞬時故障跳閘，但斷路器 (LW46－126)重合失敗。

1 故障查找及處理

檢修人員處理事故中發(fā)現(xiàn)，保護(hù)裝置動作報告顯示裝置已經(jīng)正確發(fā)出保護(hù)動作命令，出口時間35 ms，也正確發(fā)出重合閘出口命令，出口時間3 500 ms。而在此同時，監(jiān)控后臺有控制回路斷線信號。在斷路器機(jī)構(gòu)內(nèi)的合閘回路中 (見圖1)，斷路器在分位時，輔助觸點DL為合位?？梢詼y得點5，7，9，99無電位，用萬用表通路檔測點5，7，9，99為通路狀態(tài);點11，15和點2均為負(fù)電位 (－110V)，即合閘回路中K3的常閉觸點為斷開狀態(tài)?，F(xiàn)場斷路器彈簧在儲能狀態(tài)，儲能微動開關(guān)閉鎖回路中的CK觸點為斷開狀態(tài) (見圖1)，測得點1為正110V，點41和點2為負(fù)電位－110V，由此判斷故障存在于直流接觸器K3中。拉開控制電源，合閘回路中K3的常閉觸點仍為斷開狀態(tài)，即直流接觸器K3一直在吸合狀態(tài)未返回，由此可以判斷K3已經(jīng)損壞。

圖1 斷路器機(jī)構(gòu)二次回路部分原理圖

經(jīng)過仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，直流接觸器K3接線柱已經(jīng)有銹蝕現(xiàn)象，更換K3后，故障現(xiàn)象消失。對換下的K3進(jìn)行解體檢查，解體換下的直流接觸器K3，發(fā)現(xiàn)其接線柱上銹蝕非常嚴(yán)重，鐵銹已經(jīng)深入接觸器內(nèi)部，致使接觸器機(jī)械部分卡死，不能正確返回。K3為CZY1－10/44型直流接觸器，接線柱螺釘及壓片采用的是鍍鋅鐵材質(zhì)，本身質(zhì)量存在問題，導(dǎo)致接線柱螺釘易腐蝕。

2 銹蝕原因分析

金屬除了在大氣中可能產(chǎn)生化學(xué)腐蝕外，電化學(xué)腐蝕是斷路器機(jī)構(gòu)內(nèi)部分元件銹蝕的主要原因。在多雨季節(jié)，水蒸汽從機(jī)構(gòu)箱底部難以完全密封的電纜孔進(jìn)入，機(jī)構(gòu)箱內(nèi)將非常潮濕，嚴(yán)重時將在箱體內(nèi)側(cè)凝結(jié)大量水珠，整個機(jī)構(gòu)箱內(nèi)元器件處在極其潮濕的工作環(huán)境，從拆下的直流接觸器上可以看到，接有二次線的接線柱都有不同程度的腐蝕現(xiàn)象。

2.1 電化學(xué)腐蝕原理

一般來說，電化學(xué)腐蝕主要指形成原電池反應(yīng)的腐蝕。依電池中電極大小分為宏觀電池與微觀電池。

宏觀電池腐蝕主要是電偶腐蝕。電偶腐蝕是由于腐蝕電位不同，造成同一介質(zhì)中異種金屬接觸處的局部腐蝕〔3〕。這2種金屬構(gòu)成宏電池，產(chǎn)生電偶電流，電位較低的金屬 (陽極)失去電子，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，如式 (1)中反應(yīng);電位較高的金屬 (陰極)反應(yīng)速度減小，電化學(xué)腐蝕實質(zhì)是短路的電偶電池作用的結(jié)果。電偶腐蝕中陰極是受到陽極保護(hù)的，陰陽極面積比增大，會使陽極腐蝕加重，2種金屬的電位差越大，腐蝕也越嚴(yán)重。

在發(fā)生電偶腐蝕的同時，鐵與銅及雜質(zhì)形成的微觀電池也是鐵腐蝕的原因之一。微觀電池以鐵為例說明，鐵在潮濕環(huán)境中，其表面覆蓋一層電解質(zhì)薄膜時，由鐵和雜質(zhì)中的不活潑電極Cu，C等形成微區(qū)腐蝕電池。

該微型電池中鐵失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，是原電池的陽極，如式 (1)中過程。

銅或碳為陰極，最常見的是氧氣還原成OH－離子或H2O的反應(yīng) (耗氧腐蝕)。

中性或堿性溶液中:

在弱酸性、酸性環(huán)境中:

Fe2+逐步和與空氣中的水分子和氧分子反應(yīng)生成鐵銹 Fe2O3·x2H2O〔4〕:

2.2 腐蝕模型分析

當(dāng)二次回路中無電流通過時，如斷路器在合位位置，無跳閘命令，接入圖1回路的點99和點11無外加電壓。鐵材質(zhì)的接線螺絲、墊片和銅導(dǎo)線之間形成了異種金屬接觸，構(gòu)成了一對電偶電極(見圖2)。鐵與銅在潮濕的空氣中發(fā)生電偶腐蝕。鐵為比較活潑的金屬，作為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，從而逐步腐蝕變成鐵銹。同時，微區(qū)電化學(xué)腐蝕電池也加速鐵的腐蝕。

圖2 CZY1系列直流接觸器觸電剖面示意圖

3 結(jié)論和建議

通過檢查發(fā)現(xiàn)，在幾個變電站內(nèi)都發(fā)現(xiàn)了斷路器機(jī)構(gòu)內(nèi)接線柱螺釘及壓片等有異種金屬接觸的部分都存在不同程度的銹蝕現(xiàn)象，建議從設(shè)計階段就開始考慮設(shè)備在極端環(huán)境下二次回路中的銹蝕問題，盡量采用銅材質(zhì)的元器件以減少異種金屬接觸的情況，從而保證斷路器回路完整性。

而在已運(yùn)行變電站，采取如下措施:

1)運(yùn)行人員巡視中加強(qiáng)端子箱及斷路器機(jī)構(gòu)內(nèi)部的檢查，及時掌握設(shè)備運(yùn)行工況。確保端子箱及斷路器機(jī)構(gòu)內(nèi)加熱驅(qū)潮裝置正常運(yùn)行，做好防潮措施，防止外部雨水滲入或潮氣進(jìn)入。

2)對此類型的斷路器進(jìn)行徹底清查，結(jié)合停電檢修，更換已銹蝕元器件，螺釘及壓片改用全銅質(zhì)或其他耐腐蝕導(dǎo)電材料。

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