核电厂继电器失效模式探讨及实例分析

张涛　施海宁　刘韬

摘要：继电器是核电厂运行的关键节点，直接影响核电厂的安全性、可靠性和经济性。而核电厂继电器的种类众多、数量庞大而且故障率较高，是核电厂安全高效运行的难点之一。继电器和接触器配合使用能够实现很多有用的功能，包括定时控制、定量控制、连锁控制和欠压保护等。本文探讨了核用继电器的老化机理与失效模式，最后，用试验实例阐述核用继电器的失效分析过程。

关键词：继电器;失效模式;失效分析;研究

R&D of Relay Aging State Monitoring Device Based on Electromagnetic Signal

TANG Tang ZHANG Tao SHI Haining LIU Tao

（Suzhou Nuclear Power Research Institute， Suzhou， Jiangsu Province， 215004 China）

Abstract： Relay is the key node of nuclear power plant operation， which directly affects the safety， reliability and economy of nuclear power plant. The nuclear power plant relay is one of the difficulties of safe and efficient operation. The combination of relay and contactor can realize many useful functions， including timing control， quantitative control， interlock control and undervoltage protection. In this paper， the aging mechanism and failure mode of nuclear relay are discussed. Finally， the failure analysis process of nuclear relay is illustrated with a test example.

Key Words： Relay; Failure mode; Failure analysis; Research

继电器是核电厂运行的关键节点，直接影响核电厂的安全性、可靠性和经济性。而核电厂继电器的种类众多、数量庞大而且故障率较高，是核电厂安全高效运行的难点之一^[1]。繼电器和接触器配合使用能够实现很多有用的功能^[2]，包括定时控制、定量控制、连锁控制和欠压保护等。继电器必须具有良好的通断性能和足够长的寿命，以保障使用它的电气设备的运行安全及可靠性。本文探讨了继电器的老化机理与失效模式，并依托核电厂继电器的实例，详细分析了继电器的失效分析方法

1 老化机理

继电器在长期运行过程中，其组件在多种老化应力的作用下会发生老化降级。老化应力一般分为4类：环境应力、机械应力、电应力以及热应力。其中组要老化原因为热应力。

2 失效模式

继电器的失效模式主要包括触点、线圈、特性参数和机械组件失效等几个方面^[3]。继电器在工作状态下的失效模式主要表现为触点失效和线圈失效。根据国内外的运行情况统计表明，继电器约有80%以上的失效集中在触点系统和线圈系统。下面分别对上述四种失效模式进行说明。

2.1 触点失效

引起触点失效的主要老化机理是机械应力和环境应力。继电器触点失效的常见表现方式为接触电阻增大和触点接触不良（时断时通）。

2.2 线圈失效

继电器线圈失效的常见表现方式为线圈绝缘降低或击穿、线圈电阻值超差或短路以及线圈断裂。引起线圈失效的主要应力是热应力，而热应力可能来自很多方面，例如：连续长时间励磁、间隙、感性浪涌及感应冲击、环境温度升高等。

2.3 动作特性失效

电器的功能正常，但是由于其发生老化，自身的特性参数发生改变，无法满足现场的实际应用，尤其是那些对特性参数要求极为严苛的场合。例如，过电流继电器，如果继电器运行功能正常，但是运行参数（如动作时间）超出了规定的范围，那么判断该继电器属于动作特性的失效。继电器动作特性的失效主要表现为特性参数偏离正常值或预期值。

2.4 机械组件失效

电磁继电器的机械组件失效有以下几种形式：

线圈线轴过热脆化断裂;

衔铁不释放或触点动作机构卡死、断裂;

碎屑或灰尘沉积、污染物粘连等原因阻碍动触点的运动;

弹簧松弛导致长期接触弹跳和电弧过大，最终导致接触失效。

3 案例分析

以国内某核电厂继电器为例，共两个试验样品，其中一个为新样品（New-1），一个为旧样品（Old-1）。分别测试触点的接触电阻与漆包线绝缘等级^[4]，结果如表1～表2所示。

通过对触点接触电阻、线圈阻值、吸合电压、释放电压与动作时间等参数的测量，发现Old-1常闭触点1/4、常闭触点11/8的接触电阻明显大于New-1，且大于正常值，说明旧样Old-1在电性能方面已经出现明显老化，并且旧样Old-1的常闭触点6/5之间的接触电阻的波动极大，说明常闭触点6/5的接触电阻存在异常。由图1也能清晰看到触点的微观形貌凹凸不平。

4 结束语

继电器的失效模式主要包括触点、线圈、特性参数和机械组件失效等几个方面，其中触点与线圈失效率最高，主要失效原因为触点接触不良或是线圈绝缘材料老化降级。

通过接触电阻测量、触点表面微观形貌检测及线圈漆包线绝缘等级检测等试验有效地确定电磁继电器的老化状态。

参 考 文 献<！-- 参考文献至少六条（补文中脚注），近五年内的含以下目录中的参考文献不少于2篇（为便于核查符合下面条件的参考文献的刊名或整条用红字标注，见附件）：①当代体育科技②科技资讯④文化创新比较研究⑤南京体育学院学报（自然科学版）⑥硕士、博士学位论文⑦影响因子为0.5及以上的期刊。（核查办法见各刊网站）⑧外文参考文献 -->

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