一起110 kV主变有载开关轻瓦斯告警故障分析

程 翔， 赵 骞， 张 洁， 方振邦

(1.安徽新力电业科技咨询有限责任公司， 安徽 合肥 230601;2.国网安徽省电力有限公司电力科学研究院， 安徽 合肥 230601)

0 前言

目前，各种类型变压器在维护电网稳定运行中发挥着日益重要的作用[1]，变压器本体轻瓦斯是主变非电量保护的重要组成部分，是内部故障的主要保护。轻瓦斯告警故障发生频繁[2,3]，其原因也是多种多样的，如主变中性点绝缘故障[4]、氢气含量严重超标[5]、外界气温骤降导致变压器油枕缺油，气体进入瓦斯继电器[6]、强迫油循环冷却方式的潜油泵入口有渗漏以及呼吸器堵塞引起的空气漏入[7]、气体继电器浮球浮力与磁铁吸力配合不当[8]等。瓦斯告警故障如果不及时解决，就会带来一系列恶性安全事故和经济损失，因而需要研究者们对其故障原因进行深入的研究工作。

某110 kV变电站2号主变有载开关轻瓦斯发出告警信号，该台主变有载开关为贵州长征真空型有载开关，型号为ZVMIII400-72.5B-10193W，出厂日期为2014年4月1日，2018年10月18日完成该台有载开关整改工作。本次轻瓦斯告警为主变调档后发生，整改后有载开关一共调档60次。轻瓦斯告警后立即停止调档，对气体瓦斯及油样进行油色谱试验，结果显示气体中乙炔浓度为0.11 μl/l，未达到乙炔告警值。

1 宏观检查与分析

1.1 现场检查情况

针对该110 kV变电站2号主变有载开关轻瓦斯发出告警信号，现场进行吊芯检查，吊芯后检查发现其转化开关k1、k2安装正确，继续对有载开关检查时发现其A相转化开关k2右侧静触头镀银层呈松脱状，整体上呈偏白色，无金属光泽色泽，静触头镀银层轻触后脱落，漏出铜质底材，但与其他正常触头存在较大色差，整体拆开后发现其动触头及另一侧静触头未见异常。现场采用镀层分析仪对该缺陷静触头表面镀银层厚度进行检测，测得表面镀层为银层，厚度为10 μm，主触头及其他部件检查未见异常。

1.2 实验室检查情况

对于开关类的主要金属部件如触头等，依据标准的相关规定[9]，材质应为牌号不低于T2的纯铜，接触部位应镀银，镀银质量应符合设计要求；对于金属镀层(镀银)的相关要求，标准规定，镀银层应为银白色，呈无光泽或半光泽，不应为高光亮镀层，镀层应结晶细致、平滑、均匀、连续；表面无裂纹、起泡、脱落、缺边、掉角、毛刺、针孔、色斑、腐蚀锈斑和划伤、碰伤等缺陷。镀银层厚度、硬度、附着性等应满足设计要求，不宜采用钎焊银片的方式替代镀银。

对该有载开关A相转化开关k2分解后进行宏观检查，见下图1所示，从图中可以看出，A相转化开关k2的动触头整体良好，未见明显异常；将左右侧(左侧静触头编号为k2-1，右侧静触头编号为k2-2)两个静触头分别拆卸下观察，见图2所示，k2-1与k2-2触头的整体外观色泽存在有较大的差别，k2-1触头表面呈银白色，半光泽状态，与动触头接触部位存在微小的凹陷与划痕(这是由于动静触头多次分合造成的机械损伤)，镀层整体表现良好，镀层其他部位结晶细致、平滑、均匀、连续，表面无裂纹、起泡、脱落、缺边、掉角、毛刺、针孔、色斑、腐蚀锈斑和划伤、碰伤等缺陷存在；k2-2触头表面呈亮白色，无光泽状态，与动触头接触部位也存在存在凹陷与划痕，同时接触部位表面镀银层出现脱落，裸露出内部铜质基体，周边镀银层呈松脱状，镀层整体色泽亮白，表面有脱落、起泡状，镀银层与铜质基体呈脱离态，无结合现象，轻触后可剥落银层。

图1 有载开关A相转化开关k2分解后的宏观照片

图2 静触头k2-1、k2-2的宏观照片

2 试验分析

2.1 化学成分分析

使用手持式光谱仪对动触头、k2-1静触头、k2-2静触头的基体材质和表层镀银层进行化学成分分析，结果显示基体材质均为99.95%的Cu，符合T2铜的成分含量要求，镀层均为银，材质符合相关标准的规定。

2.2 镀银层厚度检测

使用型号为XDL-230的X荧光镀层测厚仪对k2-1静触头和k2-2静触头表面镀银层厚度进行检测，每个部位检测三点，环境温度为24 ℃，湿度为57%，检测数据结果见表1所示。

表1 镀银层厚度检测值 单位：μm

从表1中可以看出，k2-1、k2-2静触头两侧表面未接触部位镀银层厚度较均匀，同时接触部位镀银层厚度均较低，这是由于动静触头多次开合造成镀层磨损而使得厚度减薄；k2-2静触头A、B侧镀层厚度几乎不存在，这是由于其镀层脱离。

2.3 镀银层表面结合强度检测

采用划痕法[10]对k2-1静触头和k2-2静触头(与动触头接触部位)表面镀银层结合强度进行检测，试验方法为：采用硬质钢划刀，在试样表面相距约2 mm划两根平行线，在划两根平行线时，以足够的压力一次刻线即穿过覆盖层切割到基体金属。结果显示，k2-1静触头上两划线之间的任一部分覆盖层均未从基体金属上剥落，这表明k2-1静触头覆盖层通过此试验，其表面结合强度合格；k2-2静触头上两划线之间的一部分覆盖层从基体金属上剥落，切口处镀层有外翻现象，这表明k2-2静触头覆盖层结合强度较低，不合格。

2.4 镀银层结合面微观分析

采用线切割分别切割k2-1和k2-2静触头中间一段，镶样后经砂纸进行磨制处理，抛光之后在Carl Zeiss的Axio Observer倒置式金相显微镜下分别以100倍和500倍条件下观察其镀层与基体结合面。显微照片见下图3、图4所示。

100×500×图3 静触头k2-1镀层结合面的显微照片

100×500×图4 静触头k2-2镀层结合面的显微照片

从图3中可以看出k2-1静触头镀层与基体结合良好，结合面未见间隙存在，镀层测量厚度(手工测厚，存在一定的误差)与使用X荧光镀层测厚仪测试结果相近。从图4中可以看出k2-2静触头镀层测量厚度(手工测厚，存在一定的误差)与使用X荧光镀层测厚仪测试结果相近，但镀层与基体结合较差，间隙较大，部分区域的镀层与基体呈分离状。

3 结果分析

一般主变轻瓦斯发生告警后，首先通过油色谱分析，来检测气样、油样乙炔等含量是否存在有大幅增长或超标现象，并在停电后进一步通过绝缘电阻、绕组连同套管介损及电容量测试等方式逐一进行诊断试验[11]。此次轻瓦斯故障发生后，分析出气体中乙炔浓度为0.11 μl/l，未达到乙炔告警值。通过有载开关A相转化开关k2分解后宏观检查及对k2-1、k2-2静触头镀层进行检测与分析后，基体材质和镀层材质正常，但k2-2静触头镀层存在脱落现象，镀层与基体金属间存在缝隙，结合性差，镀层表面结合强度不合格。在开关多次动作下，动静触头摩擦而致其镀层厚度减薄，甚至发生镀层脱落现象。

4 结论与建议

此次有载开关轻瓦斯的告警故障是由于k2-2静触头镀层脱落所导致的，镀层与基体材质间的结合强度不合格是因为其在制造过程中电镀工艺控制不合理。建议让厂家检查其电镀工艺流程，除油、酸洗、镀银等工艺控制是否符合相关标准要求，有条件情况下提供该产品表面镀层相关方面的检测报告。同时应增加抽样送检项目，全面保障电网安全运行。