摘要：針對(duì)一起110kV隔離開關(guān)觸頭的腐蝕故障，采用手持式X射線熒光光譜儀分析故障隔離開關(guān)觸頭鍍層的化學(xué)成分，發(fā)現(xiàn)廠家使用銀氧化錫(Ag-SnO2)鍍層代替鍍銀層。分析認(rèn)為在工業(yè)含硫大氣環(huán)境中，Ag-SnO2鍍層中的銀被SO2、H2S等硫化物腐蝕，銅基體在潮濕環(huán)境下腐蝕生成Cu2(OH)2CO3，從而導(dǎo)致隔離開關(guān)觸頭導(dǎo)電回路的接觸電阻升高，引發(fā)過(guò)熱故障。針對(duì)此次故障，提出了解決措施和建議。
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關(guān)鍵詞：手持式X射線熒光光譜儀；隔離開關(guān)觸頭；電刷鍍銀；銀氧化錫；腐蝕
高壓隔離開關(guān)是電力系統(tǒng)中使用多、應(yīng)用廣的一次設(shè)備。由于高壓隔離開關(guān)多在戶外運(yùn)行，長(zhǎng)期受風(fēng)吹、雨淋、雷電、潮氣、鹽霧、凝露、冰雪、沙塵、污穢，以及SO2、H2S、NO2、氯化物等大氣污染物的影響，因此各部件會(huì)發(fā)生不同程度的腐蝕[1-2]。高壓隔離開關(guān)觸頭是關(guān)鍵部件，承擔(dān)著轉(zhuǎn)接、隔離、接通、分?jǐn)嗟热蝿?wù)，其工作狀態(tài)的好壞直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行[3]。高壓隔離開關(guān)觸頭的基體為純銅，但純銅易被腐蝕，會(huì)造成表面接觸電阻升高，引發(fā)過(guò)熱故障，影響開關(guān)設(shè)備和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[4-6]。為了減小接觸電阻，DL/T 486–2010《高壓交流隔離開關(guān)和接地開關(guān)》、DL/T 1424–2015《電網(wǎng)金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》和《國(guó)家電網(wǎng)有限公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施(2018年修訂版)及編制說(shuō)明》[7]中明確規(guī)定：隔離開關(guān)觸頭表面必須鍍銀，且鍍銀層厚度不小于20 μm，以獲得較低的接觸電阻，從而保證良好的導(dǎo)電性。然而，在實(shí)際運(yùn)行中，很多廠家生產(chǎn)的高壓隔離開關(guān)產(chǎn)品會(huì)出現(xiàn)觸頭腐蝕、變色發(fā)黑、發(fā)熱等故障，一般是由觸頭鍍錫代替銀或鍍銀層厚度不足造成，這些缺陷都可以通過(guò)國(guó)家電網(wǎng)公司開展的金屬專項(xiàng)技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)隔離開關(guān)觸頭鍍銀層厚度而發(fā)現(xiàn)[8]。
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近期，四川電網(wǎng)在金屬技術(shù)監(jiān)督中發(fā)現(xiàn)一起高壓隔離開關(guān)觸頭腐蝕案例，鍍銀層厚度檢測(cè)結(jié)果合格，但在采用手持式X射線熒光光譜儀分析鍍層化學(xué)成分時(shí)發(fā)現(xiàn)，廠家竟然使用銀氧化錫(Ag-SnO2)鍍層代替鍍銀層，該造假手段通過(guò)顏色判斷和鍍層測(cè)厚無(wú)法發(fā)現(xiàn)，非常隱蔽，很容易因未進(jìn)行鍍層成分分析而誤判合格，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行，希望引起各運(yùn)維單位注意。
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1? ? 高壓隔離開關(guān)觸頭的腐蝕故障
某110 kV變電站于1991年投運(yùn)，當(dāng)?shù)卮髿馕鄯x等級(jí)為E級(jí)，大氣類型為工業(yè)污染。周邊潮濕多雨，化工、煤炭、玻璃等重工業(yè)污染企業(yè)密集，空氣中SO2、H2S等硫化物濃度較高，大氣的腐蝕性較強(qiáng)。2013年更換隔離開關(guān)觸頭，防腐措施為銅鍍銀。2017年站內(nèi)巡檢發(fā)現(xiàn)某110 kV隔離開關(guān)觸頭腐蝕嚴(yán)重，動(dòng)、靜觸頭接觸面大部分呈綠色，少部分呈黑色(見圖1)。紅外測(cè)溫發(fā)現(xiàn)該隔離開關(guān)觸頭存在過(guò)熱故障，若繼續(xù)運(yùn)行，可能會(huì)造成隔離開關(guān)燒毀，甚至大面積停電等惡性事故，運(yùn)維單位國(guó)網(wǎng)瀘州供電公司緊急安排停運(yùn)該隔離開關(guān)，并與國(guó)網(wǎng)四川電科院聯(lián)合開展故障分析。
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圖1? 某110 kV隔離開關(guān)觸頭的腐蝕情況
2? ? 手持式X射線熒光光譜儀的檢測(cè)原理
X射線熒光光譜分析是用于高壓隔離開關(guān)觸頭表面金屬成分檢測(cè)的一種非常有效的分析方法，具有快速、分析元素多、分析濃度范圍寬、精度高、可同時(shí)進(jìn)行多元素分析、無(wú)損檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于元素分析和化學(xué)分析領(lǐng)域[9]。其原理[9-12]為：由激發(fā)源產(chǎn)生高能量X射線照射被測(cè)樣品，樣品表面元素內(nèi)層電子被擊出后，軌道形成空穴，外層高能電子自發(fā)向內(nèi)層空穴躍遷，同時(shí)輻射出特征二次X射線。每種元素都有各自固定的能量或波長(zhǎng)特征譜線，具體與元素的原子序數(shù)有關(guān)。檢測(cè)器測(cè)量這些二次X射線的能量及數(shù)量或波長(zhǎng)，儀器軟件將收集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成樣品中各種元素的種類和含量。
X射線熒光光譜儀通常可分為波長(zhǎng)色散型和能量色散型兩大類，各自原理如圖2 [11]所示。波長(zhǎng)色散型光譜儀一般采用X射線管作為激發(fā)源，由檢測(cè)器轉(zhuǎn)動(dòng)的2θ角可以求出X射線的波長(zhǎng)λ，從而確定元素成分，屬于臺(tái)式儀器。能量色散型光譜儀是利用熒光X射線具有不同能量的特點(diǎn)，將其分開并進(jìn)行檢測(cè)，從而確定元素成分和含量，可以同時(shí)測(cè)定樣品中幾乎所有的元素，激發(fā)源使用的X射線管功率較低，且使用半導(dǎo)體探測(cè)器，避開了復(fù)雜的分光晶體結(jié)構(gòu)，因此儀器工作穩(wěn)定，體積小，便攜性高，價(jià)格也較低，能夠在數(shù)秒內(nèi)準(zhǔn)確、無(wú)損地獲得檢測(cè)結(jié)果，被廣泛應(yīng)用于金屬材料中元素的精確定量分析[12-13]。
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圖2? 波長(zhǎng)色散型(a)和能量色散型(b)X射線熒光光譜儀的檢測(cè)原理
目前市售手持式X射線熒光光譜分析儀基本都是能量色散型X射線光譜儀。圖3是目前四川電網(wǎng)基層供電公司使用的美國(guó)Thermo Fisher Scientific Niton XL2 800手持式X射線熒光光譜儀，它不受分析樣品的大小、形狀、位置限制，無(wú)需拆卸隔離開關(guān)，可以攜帶至變電站現(xiàn)場(chǎng)，能夠分析Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Se, Zr, Nb, Mo, Pd, Ag, Cd, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb, Bi等25種元素。
鍍層厚度檢測(cè)
使用XL2 800手持式X射線熒光光譜儀檢測(cè)110 kV隔離開關(guān)觸頭的鍍銀層厚度，結(jié)果顯示銀白色、黑色和綠色區(qū)域的鍍銀層厚度分別為23.953、16.885和0.000 μm。這說(shuō)明隨腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行，鍍層逐漸被消耗，直至*損失。DL/T 486–2010、DL/T 1424–2015和《國(guó)家電網(wǎng)有限公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施(2018年修訂版)及編制說(shuō)明》中明確規(guī)定隔離開關(guān)觸頭的鍍銀層厚度不應(yīng)小于20 μm。為節(jié)約成本，廠家常用的造假手段就是用鍍錫代替或減少鍍銀量，這兩種手段都可直接通過(guò)鍍層測(cè)厚發(fā)現(xiàn)。但本次的造假是采用Ag-SnO2層代替Ag層，也是呈銀白色，并且鍍層厚度大于20 μm，僅通過(guò)顏色判斷和測(cè)厚均無(wú)法發(fā)現(xiàn)，隱蔽性較強(qiáng)。Ag-SnO2鍍層觸頭因?yàn)殡妼?dǎo)率較純銀低，主要用于繼電器、低壓開關(guān)等低壓電器。若用于高壓隔離開關(guān)，在大電流下很容易發(fā)熱，存在嚴(yán)重安全隱患。
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