二次回路中异种金属接触部位的电化学腐蚀分析

刘敏，李卫，郁景礼，刘友明

(1.湖南省电力公司超高压管理局，湖南长沙 410004;2.广东电网公司佛山供电局，广东佛山 528000)

电力设备材料的选择在电力建设中是非常关键的一个环节，一般来说，一次设备的材料选择备受重视，而二次回路材料的使用相对不那么受到重视，尤其是二次回路的连接器件，往往会被忽视。变电站现场运行中就有因为断路器机构中连接二次线和直流接触器中触点的连接器件生锈，引起回路故障，造成断路器不正确动作而影响电网正确运行的事故。在一次雷雨天气中，湖南某220 kV变电站110 kV线路因瞬时故障跳闸，但断路器 (LW46－126)重合失败。

1 故障查找及处理

检修人员处理事故中发现，保护装置动作报告显示装置已经正确发出保护动作命令，出口时间35 ms，也正确发出重合闸出口命令，出口时间3 500 ms。而在此同时，监控后台有控制回路断线信号。在断路器机构内的合闸回路中 (见图1)，断路器在分位时，辅助触点DL为合位。可以测得点5，7，9，99无电位，用万用表通路档测点5，7，9，99为通路状态;点11，15和点2均为负电位 (－110V)，即合闸回路中K3的常闭触点为断开状态。现场断路器弹簧在储能状态，储能微动开关闭锁回路中的CK触点为断开状态 (见图1)，测得点1为正110V，点41和点2为负电位－110V，由此判断故障存在于直流接触器K3中。拉开控制电源，合闸回路中K3的常闭触点仍为断开状态，即直流接触器K3一直在吸合状态未返回，由此可以判断K3已经损坏。

图1 断路器机构二次回路部分原理图

经过仔细检查发现，直流接触器K3接线柱已经有锈蚀现象，更换K3后，故障现象消失。对换下的K3进行解体检查，解体换下的直流接触器K3，发现其接线柱上锈蚀非常严重，铁锈已经深入接触器内部，致使接触器机械部分卡死，不能正确返回。K3为CZY1－10/44型直流接触器，接线柱螺钉及压片采用的是镀锌铁材质，本身质量存在问题，导致接线柱螺钉易腐蚀。

2 锈蚀原因分析

金属除了在大气中可能产生化学腐蚀外，电化学腐蚀是断路器机构内部分元件锈蚀的主要原因。在多雨季节，水蒸汽从机构箱底部难以完全密封的电缆孔进入，机构箱内将非常潮湿，严重时将在箱体内侧凝结大量水珠，整个机构箱内元器件处在极其潮湿的工作环境，从拆下的直流接触器上可以看到，接有二次线的接线柱都有不同程度的腐蚀现象。

2.1 电化学腐蚀原理

一般来说，电化学腐蚀主要指形成原电池反应的腐蚀。依电池中电极大小分为宏观电池与微观电池。

宏观电池腐蚀主要是电偶腐蚀。电偶腐蚀是由于腐蚀电位不同，造成同一介质中异种金属接触处的局部腐蚀〔3〕。这2种金属构成宏电池，产生电偶电流，电位较低的金属 (阳极)失去电子，发生氧化还原反应，如式 (1)中反应;电位较高的金属 (阴极)反应速度减小，电化学腐蚀实质是短路的电偶电池作用的结果。电偶腐蚀中阴极是受到阳极保护的，阴阳极面积比增大，会使阳极腐蚀加重，2种金属的电位差越大，腐蚀也越严重。

在发生电偶腐蚀的同时，铁与铜及杂质形成的微观电池也是铁腐蚀的原因之一。微观电池以铁为例说明，铁在潮湿环境中，其表面覆盖一层电解质薄膜时，由铁和杂质中的不活泼电极Cu，C等形成微区腐蚀电池。

该微型电池中铁失去电子，发生氧化反应，是原电池的阳极，如式 (1)中过程。

铜或碳为阴极，最常见的是氧气还原成OH－离子或H2O的反应 (耗氧腐蚀)。

中性或碱性溶液中:

在弱酸性、酸性环境中:

Fe2+逐步和与空气中的水分子和氧分子反应生成铁锈 Fe2O3·x2H2O〔4〕:

2.2 腐蚀模型分析

当二次回路中无电流通过时，如断路器在合位位置，无跳闸命令，接入图1回路的点99和点11无外加电压。铁材质的接线螺丝、垫片和铜导线之间形成了异种金属接触，构成了一对电偶电极(见图2)。铁与铜在潮湿的空气中发生电偶腐蚀。铁为比较活泼的金属，作为阳极，发生氧化反应，从而逐步腐蚀变成铁锈。同时，微区电化学腐蚀电池也加速铁的腐蚀。

图2 CZY1系列直流接触器触电剖面示意图

3 结论和建议

通过检查发现，在几个变电站内都发现了断路器机构内接线柱螺钉及压片等有异种金属接触的部分都存在不同程度的锈蚀现象，建议从设计阶段就开始考虑设备在极端环境下二次回路中的锈蚀问题，尽量采用铜材质的元器件以减少异种金属接触的情况，从而保证断路器回路完整性。

而在已运行变电站，采取如下措施:

1)运行人员巡视中加强端子箱及断路器机构内部的检查，及时掌握设备运行工况。确保端子箱及断路器机构内加热驱潮装置正常运行，做好防潮措施，防止外部雨水渗入或潮气进入。

2)对此类型的断路器进行彻底清查，结合停电检修，更换已锈蚀元器件，螺钉及压片改用全铜质或其他耐腐蚀导电材料。

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