500 kV斷路器分閘異常原因分析

胡發(fā)平，劉榮海，楊明昆

（云南電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院，云南 昆明 650217）

0 前言

高壓斷路器是遠距離輸電線路中一種常見的控制和保護裝置，在線路正常運行時起到切斷和閉合線路電流的作用，系統(tǒng)發(fā)生短路、過載等故障時可以快速斷開電路，起到保護電路的作用。斷路器的正常運行對維持電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定均具有重要意義，一旦斷路器分合閘發(fā)生卡澀、拒動等故障，容易造成大面積停電甚至失穩(wěn)等[1-4]。

2022年3月26 日，云南某供電局運行人員按照調(diào)度令操作遙控斷開500 kV某線斷路器，后臺檢查發(fā)現(xiàn)B相仍有240 A的電流，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)B相斷路器在合閘位置，斷路器機構(gòu)儲能電機一直打壓，壓力未到正常值。

1 事故原因分析

1.1 現(xiàn)場檢查結(jié)果

斷路器現(xiàn)場檢查結(jié)果如圖1所示。A相電磁鐵頂桿三個電磁鐵均正常復位，斷路器B相合閘電磁鐵和C相分閘電磁鐵2均為復位，如圖中紅色箭頭所示。

圖1 斷路器B相(a)和C相(b)現(xiàn)場照片

將斷路器拆開后發(fā)現(xiàn)斷路器三相的頂桿均發(fā)生不同程度的銹蝕，同時與多數(shù)頂桿緊鄰的頂桿套也發(fā)生了銹蝕，如圖2所示。其中頂桿兩端較細部分（細部）基本都很光亮無腐蝕痕跡。頂桿中間較粗部分（粗部），有兩個表面顏色偏黃，無肉眼可見銹蝕，其余均有明顯腐蝕，將頂桿按照同一方向擺放（根據(jù)頂桿兩端細部的長短），可以看出圖片中頂桿下部腐蝕較為嚴重，上部還保留一部分未腐蝕區(qū)域，對應到分合閘運行現(xiàn)場，分合閘安裝時頭部斜向下，因此，銹蝕嚴重部位靠近分合閘頭部，即在下方。圖2中還給出了三個典型的頂桿套內(nèi)部的照片，可以看到明顯的黃色銹蝕產(chǎn)物。

圖2 頂桿及典型頂桿套內(nèi)部銹蝕照片

1.2 微觀組織分析

利用掃描電鏡對粗部表面偏黃未見明顯銹蝕的試樣（1#樣和2#樣）和表面銹蝕的試樣（3#和6#樣）分別做形貌觀察和能譜分析，其中對1#樣和3#樣表面做了分析，隨后利用線切割將2#和6#樣沿粗部徑向切割后觀察斷面。

圖3為1#表面的掃面電鏡分析結(jié)果。放大倍數(shù)較低時可以看出耐腐蝕性較好的1#試樣表面有泛白的區(qū)域和偏黑色的區(qū)域（圖3(a)），放大后，泛白區(qū)域表面有裂紋翹起（圖3(b)），偏黑的區(qū)域表面較為光滑，有類似裂紋的白色網(wǎng)格線（圖3(c)）。能譜結(jié)果顯示（表1），表面主要成分為氧、鉻、鐵、鋅等，其中鉻含量在3%~5%左右。值得注意的是，圖譜3和4中鉻含量顯著偏低，均不到1%，鋅含量相對較高，從圖中可以看出，圖譜3和4點位于翹起的裂紋下面，因此鉻主要位于最表面翹起的涂層中，往里為鍍鋅層。據(jù)此推測，1#樣表面進行了兩道鍍層工藝，先是鍍鋅，隨后再在表面鍍一層很薄的鉻層，鉻鍍層較脆，容易產(chǎn)生裂紋。

表1 圖3中標記的點的能譜結(jié)果（wt.%）

圖3 不銹蝕的1#不同放大倍數(shù)下的SEM圖片

沿粗部切開后2#和6#的橫截如圖4所示，可以看出粗部和細部并非一體，而是分別加開工后組裝到一起的。

圖4 2#和6#樣沿粗部切開后的橫截面圖片

圖5為2#樣橫截面掃描電鏡照片，圖5(a)為粗部和細部分界處，圖5(b)為粗部外邊緣，圖中圖譜1-4處做了能譜面掃描，圖譜5-8處做了能譜點掃描，結(jié)果如表2所示。根據(jù)表2可知，細部的主要成分（圖譜2、4）為碳、鉻、錳、鐵、鎳，這是不銹鋼的主要成分，正因為如此，頂桿細部未發(fā)生腐蝕。粗部的主要成分（圖譜1、3、6）為碳、鐵以及少量的錳，為碳鋼。在粗部外邊緣處可以清晰地看到一層鍍層，主要成分（圖譜5、7、8）為鋅和鐵，在鍍層中未檢測出鉻，可能是因為鉻層非常薄且在最外側(cè)，或者因為鉻層較脆，在切割、打磨過程中易脫落。

表2 圖5中對應區(qū)域或點的能譜結(jié)果（wt.%）

圖5 2#樣橫截面掃描電鏡照片

圖6為3#樣表面的掃描電鏡照片，觀察發(fā)現(xiàn)表面大部分區(qū)域覆蓋有氧化物，如圖6(b)所示，圖6(b)為腐蝕區(qū)域與未腐蝕區(qū)域的交界處。對圖中標記的7個點做能譜分析結(jié)果如表3所示，未腐蝕區(qū)域的圖譜1、2、3出主要元素為氧和鋅，為鍍鋅層，腐蝕剛開始的區(qū)域（圖譜4）主要元素也是氧和鋅，不過氧含量顯著提高，說明主要為氧化鋅，即剛開始腐蝕時主要為鍍層鋅的氧化，形成氧化鋅。腐蝕嚴重的區(qū)域，腐蝕產(chǎn)物明顯變厚，主要元素為氧、鐵、鋅（圖譜5、6、7），鋅的含量較圖譜1~4顯著減少，說明隨著腐蝕的加劇，表面鍍鋅層完全氧化后，內(nèi)部的鐵基體也被氧化。

表3 圖6中標記的7個點的能譜分析結(jié)果

圖6 3#樣表面腐蝕與未腐蝕區(qū)域交界出

6#樣橫截面掃描電鏡圖片如圖7所示，(a)和(b)分別為細部和粗部。圖中圖譜1~3做了能譜面掃描，圖譜4-6做了能譜點掃描，結(jié)果如表4所示。6#樣細部主要成分（圖譜1、2、3）為碳、鉻、錳、鐵、鎳，與2#樣一樣，為不銹鋼的主要成分，粗部的主要成分（圖譜6）為鐵、碳以及少量的錳，為碳鋼，與2#樣基體一致。在粗部的邊緣有一層很薄的鍍層，成分（圖譜4、5）為鋅及少量的鐵和氧，即為鍍鋅層。

表4 圖7中標記的面或點的能譜結(jié)果（wt.%）

圖7 6#橫截面掃描電鏡照片

2 結(jié)果分析

1）來樣中3~9#樣表面均有不同程度的腐蝕，且腐蝕嚴重的區(qū)域均在斷路器開關的下端，1#和2#頂桿表面基本沒有腐蝕，同時在頂桿套內(nèi)部的金屬也有明顯的腐蝕，所有頂桿的細部均未發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕。分析顯示，3#~9#頂桿粗部表面均為幾微米的鍍鋅層，內(nèi)部為碳鋼，鍍鋅層在干燥環(huán)境下具有很好的耐腐蝕性，但紅河局地區(qū)氣候潮濕，拆開斷路器后甚至可以在內(nèi)部看到水滴，水滴因重力聚集在頂桿下部，在這種環(huán)境下，頂桿下部表面鍍鋅層易與空氣中的氧或頂桿套中的鐵發(fā)生電化學腐蝕[5]，鋅鍍層腐蝕完以后，頂桿內(nèi)部的鐵基體也開始腐蝕，另外鍍鋅層較軟，在摩擦或磕碰中很容易被破壞，鍍鋅層破壞后大氣直接與鐵基體接觸，也會加速鐵基體腐蝕，最終在頂桿表面形成疏松的氧化物堆積，造成開關卡澀或堵死。

2）1#和2#樣粗部基體也是碳鋼，表面鍍層分兩層，最表面為很薄的鍍鉻層，往里是鍍鋅層，鍍鉻層在潮濕的大氣中具有很好的耐腐蝕性能[6]，同時附著力強、硬度高、耐磨性好，雖然較脆易脫落，但掃描電鏡觀察顯示，1#、2#號頂桿表面的大部分區(qū)域鉻鍍層完好，能起到很好的保護作用，只有極少區(qū)域鉻鍍層翹起，露出鍍鋅層。因此，1#、2#頂桿表面基本不銹。

3）頂桿粗部與細部是組合在一起的，細部主要成分為不銹鋼，因此，所有頂桿的細部均未見明顯腐蝕。

3 結(jié)束語

此次紅河局斷路器開關卡澀（堵死）是由頂桿表面銹蝕，疏松的腐蝕產(chǎn)物堆積引起的，銹蝕的主要原因為表面鍍鋅層在當?shù)爻睗癍h(huán)境下易形成電化學腐蝕，腐蝕速度快，同時鍍鋅層較軟，摩擦或磕碰過程中易被破壞，削弱保護效果。

建議：

對當?shù)仄溆鄶嗦菲鏖_關適時開展開合閘動作檢查、X射線檢查等，對有卡澀、動作不到位的開關進行更換；在潮濕環(huán)境下，選用表面鍍鉻或不銹鋼材質(zhì)的頂桿。