程 翔， 趙 騫， 張 潔， 方振邦

(1.安徽新力電業(yè)科技咨詢有限責(zé)任公司， 安徽 合肥 230601;2.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院， 安徽 合肥 230601)

0 前言

目前，各種類型變壓器在維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮著日益重要的作用[1]，變壓器本體輕瓦斯是主變非電量保護(hù)的重要組成部分，是內(nèi)部故障的主要保護(hù)。輕瓦斯告警故障發(fā)生頻繁[2,3]，其原因也是多種多樣的，如主變中性點(diǎn)絕緣故障[4]、氫氣含量嚴(yán)重超標(biāo)[5]、外界氣溫驟降導(dǎo)致變壓器油枕缺油，氣體進(jìn)入瓦斯繼電器[6]、強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻方式的潛油泵入口有滲漏以及呼吸器堵塞引起的空氣漏入[7]、氣體繼電器浮球浮力與磁鐵吸力配合不當(dāng)[8]等。瓦斯告警故障如果不及時(shí)解決，就會(huì)帶來(lái)一系列惡性安全事故和經(jīng)濟(jì)損失，因而需要研究者們對(duì)其故障原因進(jìn)行深入的研究工作。

某110 kV變電站2號(hào)主變有載開關(guān)輕瓦斯發(fā)出告警信號(hào)，該臺(tái)主變有載開關(guān)為貴州長(zhǎng)征真空型有載開關(guān)，型號(hào)為ZVMIII400-72.5B-10193W，出廠日期為2014年4月1日，2018年10月18日完成該臺(tái)有載開關(guān)整改工作。本次輕瓦斯告警為主變調(diào)檔后發(fā)生，整改后有載開關(guān)一共調(diào)檔60次。輕瓦斯告警后立即停止調(diào)檔，對(duì)氣體瓦斯及油樣進(jìn)行油色譜試驗(yàn)，結(jié)果顯示氣體中乙炔濃度為0.11 μl/l，未達(dá)到乙炔告警值。

1 宏觀檢查與分析

1.1 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

針對(duì)該110 kV變電站2號(hào)主變有載開關(guān)輕瓦斯發(fā)出告警信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊芯檢查，吊芯后檢查發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)化開關(guān)k1、k2安裝正確，繼續(xù)對(duì)有載開關(guān)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)其A相轉(zhuǎn)化開關(guān)k2右側(cè)靜觸頭鍍銀層呈松脫狀，整體上呈偏白色，無(wú)金屬光澤色澤，靜觸頭鍍銀層輕觸后脫落，漏出銅質(zhì)底材，但與其他正常觸頭存在較大色差，整體拆開后發(fā)現(xiàn)其動(dòng)觸頭及另一側(cè)靜觸頭未見異?！，F(xiàn)場(chǎng)采用鍍層分析儀對(duì)該缺陷靜觸頭表面鍍銀層厚度進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)得表面鍍層為銀層，厚度為10 μm，主觸頭及其他部件檢查未見異常。

1.2 實(shí)驗(yàn)室檢查情況

對(duì)于開關(guān)類的主要金屬部件如觸頭等，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定[9]，材質(zhì)應(yīng)為牌號(hào)不低于T2的純銅，接觸部位應(yīng)鍍銀，鍍銀質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；對(duì)于金屬鍍層(鍍銀)的相關(guān)要求，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鍍銀層應(yīng)為銀白色，呈無(wú)光澤或半光澤，不應(yīng)為高光亮鍍層，鍍層應(yīng)結(jié)晶細(xì)致、平滑、均勻、連續(xù)；表面無(wú)裂紋、起泡、脫落、缺邊、掉角、毛刺、針孔、色斑、腐蝕銹斑和劃傷、碰傷等缺陷。鍍銀層厚度、硬度、附著性等應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，不宜采用釬焊銀片的方式替代鍍銀。

對(duì)該有載開關(guān)A相轉(zhuǎn)化開關(guān)k2分解后進(jìn)行宏觀檢查，見下圖1所示，從圖中可以看出，A相轉(zhuǎn)化開關(guān)k2的動(dòng)觸頭整體良好，未見明顯異常；將左右側(cè)(左側(cè)靜觸頭編號(hào)為k2-1，右側(cè)靜觸頭編號(hào)為k2-2)兩個(gè)靜觸頭分別拆卸下觀察，見圖2所示，k2-1與k2-2觸頭的整體外觀色澤存在有較大的差別，k2-1觸頭表面呈銀白色，半光澤狀態(tài)，與動(dòng)觸頭接觸部位存在微小的凹陷與劃痕(這是由于動(dòng)靜觸頭多次分合造成的機(jī)械損傷)，鍍層整體表現(xiàn)良好，鍍層其他部位結(jié)晶細(xì)致、平滑、均勻、連續(xù)，表面無(wú)裂紋、起泡、脫落、缺邊、掉角、毛刺、針孔、色斑、腐蝕銹斑和劃傷、碰傷等缺陷存在；k2-2觸頭表面呈亮白色，無(wú)光澤狀態(tài)，與動(dòng)觸頭接觸部位也存在存在凹陷與劃痕，同時(shí)接觸部位表面鍍銀層出現(xiàn)脫落，裸露出內(nèi)部銅質(zhì)基體，周邊鍍銀層呈松脫狀，鍍層整體色澤亮白，表面有脫落、起泡狀，鍍銀層與銅質(zhì)基體呈脫離態(tài)，無(wú)結(jié)合現(xiàn)象，輕觸后可剝落銀層。

圖1 有載開關(guān)A相轉(zhuǎn)化開關(guān)k2分解后的宏觀照片

圖2 靜觸頭k2-1、k2-2的宏觀照片

2 試驗(yàn)分析

2.1 化學(xué)成分分析

使用手持式光譜儀對(duì)動(dòng)觸頭、k2-1靜觸頭、k2-2靜觸頭的基體材質(zhì)和表層鍍銀層進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果顯示基體材質(zhì)均為99.95%的Cu，符合T2銅的成分含量要求，鍍層均為銀，材質(zhì)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

2.2 鍍銀層厚度檢測(cè)

使用型號(hào)為XDL-230的X熒光鍍層測(cè)厚儀對(duì)k2-1靜觸頭和k2-2靜觸頭表面鍍銀層厚度進(jìn)行檢測(cè)，每個(gè)部位檢測(cè)三點(diǎn)，環(huán)境溫度為24 ℃，濕度為57%，檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果見表1所示。

表1 鍍銀層厚度檢測(cè)值 單位：μm

從表1中可以看出，k2-1、k2-2靜觸頭兩側(cè)表面未接觸部位鍍銀層厚度較均勻，同時(shí)接觸部位鍍銀層厚度均較低，這是由于動(dòng)靜觸頭多次開合造成鍍層磨損而使得厚度減??；k2-2靜觸頭A、B側(cè)鍍層厚度幾乎不存在，這是由于其鍍層脫離。

2.3 鍍銀層表面結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)

采用劃痕法[10]對(duì)k2-1靜觸頭和k2-2靜觸頭(與動(dòng)觸頭接觸部位)表面鍍銀層結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)方法為：采用硬質(zhì)鋼劃刀，在試樣表面相距約2 mm劃兩根平行線，在劃兩根平行線時(shí)，以足夠的壓力一次刻線即穿過(guò)覆蓋層切割到基體金屬。結(jié)果顯示，k2-1靜觸頭上兩劃線之間的任一部分覆蓋層均未從基體金屬上剝落，這表明k2-1靜觸頭覆蓋層通過(guò)此試驗(yàn)，其表面結(jié)合強(qiáng)度合格；k2-2靜觸頭上兩劃線之間的一部分覆蓋層從基體金屬上剝落，切口處鍍層有外翻現(xiàn)象，這表明k2-2靜觸頭覆蓋層結(jié)合強(qiáng)度較低，不合格。

2.4 鍍銀層結(jié)合面微觀分析

采用線切割分別切割k2-1和k2-2靜觸頭中間一段，鑲樣后經(jīng)砂紙進(jìn)行磨制處理，拋光之后在Carl Zeiss的Axio Observer倒置式金相顯微鏡下分別以100倍和500倍條件下觀察其鍍層與基體結(jié)合面。顯微照片見下圖3、圖4所示。

100×500×圖3 靜觸頭k2-1鍍層結(jié)合面的顯微照片

100×500×圖4 靜觸頭k2-2鍍層結(jié)合面的顯微照片

從圖3中可以看出k2-1靜觸頭鍍層與基體結(jié)合良好，結(jié)合面未見間隙存在，鍍層測(cè)量厚度(手工測(cè)厚，存在一定的誤差)與使用X熒光鍍層測(cè)厚儀測(cè)試結(jié)果相近。從圖4中可以看出k2-2靜觸頭鍍層測(cè)量厚度(手工測(cè)厚，存在一定的誤差)與使用X熒光鍍層測(cè)厚儀測(cè)試結(jié)果相近，但鍍層與基體結(jié)合較差，間隙較大，部分區(qū)域的鍍層與基體呈分離狀。

3 結(jié)果分析

一般主變輕瓦斯發(fā)生告警后，首先通過(guò)油色譜分析，來(lái)檢測(cè)氣樣、油樣乙炔等含量是否存在有大幅增長(zhǎng)或超標(biāo)現(xiàn)象，并在停電后進(jìn)一步通過(guò)絕緣電阻、繞組連同套管介損及電容量測(cè)試等方式逐一進(jìn)行診斷試驗(yàn)[11]。此次輕瓦斯故障發(fā)生后，分析出氣體中乙炔濃度為0.11 μl/l，未達(dá)到乙炔告警值。通過(guò)有載開關(guān)A相轉(zhuǎn)化開關(guān)k2分解后宏觀檢查及對(duì)k2-1、k2-2靜觸頭鍍層進(jìn)行檢測(cè)與分析后，基體材質(zhì)和鍍層材質(zhì)正常，但k2-2靜觸頭鍍層存在脫落現(xiàn)象，鍍層與基體金屬間存在縫隙，結(jié)合性差，鍍層表面結(jié)合強(qiáng)度不合格。在開關(guān)多次動(dòng)作下，動(dòng)靜觸頭摩擦而致其鍍層厚度減薄，甚至發(fā)生鍍層脫落現(xiàn)象。

4 結(jié)論與建議

此次有載開關(guān)輕瓦斯的告警故障是由于k2-2靜觸頭鍍層脫落所導(dǎo)致的，鍍層與基體材質(zhì)間的結(jié)合強(qiáng)度不合格是因?yàn)槠湓谥圃爝^(guò)程中電鍍工藝控制不合理。建議讓廠家檢查其電鍍工藝流程，除油、酸洗、鍍銀等工藝控制是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，有條件情況下提供該產(chǎn)品表面鍍層相關(guān)方面的檢測(cè)報(bào)告。同時(shí)應(yīng)增加抽樣送檢項(xiàng)目，全面保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。