电厂继电器老化原因分析及管理对策

赵立婷+孙帅

摘 要：通过对分析国内外电厂继电器老化现象及老化原因，得出继电器老化的影响因素，结合电厂实际，提出我厂继电器应开展老化管理评估及剩余寿命评估，吸取国内外经验给出老化管理办法。

关键词：继电器；老化；剩余寿命评估

1.前言

电厂继电器运行到一定年限将出现老化现象，甚至库存的继电器备品也出现老化现象，这将造成继电器可靠性下降或不可用，严重影响机组的安全稳定运行。因此，分析继电器老化的原因，找出老化管理方法是十分必要的。

2.老化因素

继电器的老化主要表现为接触电阻升高、触点接触不良及动作失灵等。主要是继电器的运行环境影响所致。这些环境因素包括湿度和温度等。根据国外的继电器老化研究成果以及现场数据的统计分析得出结论，影响非密封型继电器可靠性的环境因素主要是湿度。尤其电厂处于海洋腐蚀性大气环境中，较高的湿度使继电器触点氧化腐蚀，甚至影响到线圈的绝缘性能。

3.老化现象

继电器出现老化，表现为继电器外壳内部变为茶色、继电器外壳内部有水滴附着、继电器透明外壳颜色变黄三种现象。继电器出现不同老化现象，其原因是不同的。

1）继电器外壳内部变为茶色

由于开关负载时发生电弧放电，有机燃气（继电器的构成材料等产生的）生成的碳、接点粉末在外壳内表飞散堆积，发生变色。根据保护外壳内部发生的变色来判断维护时间的情况下，因继电器的使用条件不同，应根据使用者的经验进行判断。

2）继电器外壳内部有水滴附着

在梅雨季节或台风季节会发生这种现象。继电器用金属、塑料制作而成，塑料含有一定程度的水分。线圈线的间隙等内也含有毛细管现象形成的水分。在继电器冷却时如果给线圈通电，线圈的温度就会升高，释放出这些水分。

3）继电器透明外壳颜色变黄

这是由于开关负载时发生电弧放电，产生臭氧（三个氧原子结合后的产物，用于除臭、杀菌等），与氮元素和水发生反应，生成硝酸。一般称作硝酸反应。特别是对电弧连接时间较长的直流离合器、断路器进行开关时，不仅外壳变为黄色，还会腐蚀金属零件（铜生成颜色鲜艳的绿色硝酸铜、镀镍生成水色的硝酸镍）。对这些负载进行开关时，请在负载上连接浪涌吸收装置。在这些负载的浪涌吸收装置中，电阻器较为有效。MMX型或G7X型在接点附近设置贯通孔，可降低臭氧浓度。

4.老化机理

影响继电器触点闭合的因素（包括触点结构、质量、材料、表面状况及闭合速度等）非常复杂，根据现场资料和内、外部经验反馈，继电器主要的老化失效机理如下：

4.1氧化腐蚀

4.1.1湿度影响

配电盘电气厂房虽然配备空调等设施，但我厂全年的平均湿度仍高达50%～60%，每年1、2月份返潮期的湿度更加严重。由于湿度的原因，配电盘电气厂房空气中大量的水蒸气在继电器触点电弧的高温下会分解释放出氢和氧，氧元素的存在会促进触头金属表面膜的形成，造成触点表面融蚀、凹凸不平、电接触不良、接触面积减少、接触电阻增加及电流密度剧增等，最终导致继电器加速老化失效。另外，水蒸气附着在触点表面会形成一层水膜，并在触点表面的微孔中形成微小溶池，加强触点表面的电化学反应，从而加剧触点侵蚀。

4.1.2温度影响

继电器运行环境温度是指控制柜内继电器附近的温度。由于继电器工作时不仅线圈会发热，同时触点断开或闭合时产生的电弧也会发热，其热量与工作时间长短有关，难以测量和计算；同时，周围其他设备的发热也使控制柜内的温度上升，此时继电器运行环境温度升高并可能超出继电器适宜的工作温度范围。根据厂家建议，继电器适宜的运行温度在20～30℃之间。当周围环境温度在30℃以上升高10℃时，电子元件产品寿命会减少一半；当周围环境温度在30℃以上升高20℃时，产品寿命就会减少到原寿命的1/4。继电器运行环境温度超上限会加速触点的氧化及表面膜电阻的形成，引起接触电阻增大或触点时断时通。同时，高温使触点焊弧困难、腐蚀加剧以及容易产生粘结故障。

4.2机械磨损

继电器吸合或释放时的触点电弧会引起金属迁移和氧化，使触点表面磨损，进而引起触点接触不良或释放不开。触点磨损还会导致弹跳时间的变长，出现多次长弹跳的触点易失效。触点弹跳会使其表面晶粒疲劳、松动甚至脱落，从而加速机械磨损。

4.3 电磨损

继电器工作时产生的电弧温度可以达到金属材料的熔点，使触点金属由固态经液态转变为气态。气态金属因蒸发而扩散，液态金属因接触、碰撞、挤压而不断地四处飞溅，使触点原先的形状不断地发生改变，且厚度减薄。如果遇到恶性负载时继电器触点电弧放电时间更长，电磨损更严重。

4.4有机气体腐蚀

继电器周围介质（包括大气）中产生和释放的硫、碱等腐蚀性气体或蒸汽使触点表面产生有害气体绝缘膜；由于线圈发热，继电器工作时多种有机材料的蒸发，也会使其内部有机气体的浓度增大。有机气体会加速触点的腐蚀效应，导致触点的接触电阻增大或时断时通，造成继电器失效。

4.5绝缘老化

因湿度、电场、温度、机械力及周围环境等因素的长期作用，继电器线圈绝缘在运行过程中质量逐渐下降、结构逐渐损坏。继电器线圈绝缘老化最终会导致继电器失效，其速度与绝缘体的结构、材料、制造工艺、运行环境、所受电压和负荷情况等有密切关系。厂房环境的湿度对绝缘材料耐受表面放电的性能有很大影响。如果水分侵入绝缘内部，将会造成绝缘电损耗增加或击穿电压下降。

4.6电磁干扰

电磁继电器依靠磁力进行动作。当控制柜内继电器与磁干扰源之间的距离不足时，可能会使线圈磁场受到干扰，从而影响电磁继电器动作的可靠性。由于继电器的抗干扰能力有限，所以控制柜中多只继电器并排安装时应适当加大其间隔。

5.老化管理

根据上述分析和国内外电厂继电器老化管理的经验，提出如下的继电器老化管理流程，按操作顺序依次为：

1）通过3级清单来筛选、识别可能导致紧急停机、停堆或因维修需强迫停机、降负荷的继电器，并建立继电器清单。对清单中的继电器逐一分析，如进行电路原理分析；确认敏感继电器在电路中的作用，并将敏感继电器的清单录入老化数据库。

2）根据已建立的继电器电子元器件清单，并结合国内外的经验反馈，有针对性的开展继电器的老化机理分析工作。

3）根据关键敏感继电器的老化机理分析结论，初步给出继电器失效的时间，根据这个时间来制定老化管理的周期。

4）在继电器运行一定年限后，从大修定期检验中收集清单中异常继电器的数据，并记录在相应的老化数据库。对于快到寿期的继电器，需要提前2～3 a进行抽检，通过对其电子元器件进行加速老化试验来评价继电器的剩余寿命。

5）根据继电器老化分析结果和预定的周期，制定具体的老化处理措施。

6.结论

根据目前其他电厂对继电器老化管理的办法及存在的问题，我厂应吸取经验，尽快开展对所有继电器的老化管理评估及剩余寿命评估，减少继电器故障带来的风险，为设备的安全使用和我厂经济效益之间的最佳平衡提供科学依据。

参考文献

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