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，該造假手段通過顏色判斷和鍍層測厚無法發(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)的安全運行,，希望引起各運維單位注意,。
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，當(dāng)?shù)卮髿馕鄯x等級為E級，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,。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、靜觸頭接觸面大部分呈綠色,，少部分呈黑色(見圖1),。紅外測溫發(fā)現(xiàn)該隔離開關(guān)觸頭存在過熱故障，若繼續(xù)運行,，可能會造成隔離開關(guān)燒毀,，甚至大面積停電等惡性事故，運維單位國網(wǎng)瀘州供電公司緊急安排停運該隔離開關(guān),，并與國網(wǎng)四川電科院聯(lián)合開展故障分析,。
2 手持式X射線熒光光譜儀的檢測原理
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,、可同時進(jìn)行多元素分析,、無損檢測等優(yōu)點，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特征譜線,，具體與元素的原子序數(shù)有關(guān)。檢測器測量這些二次X射線的能量及數(shù)量或波長,，儀器軟件將收集到的信號轉(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色散型和能量色散型兩大類,，各自原理如圖2 [11]所示,。波長色散型光譜儀一般采用X射線管作為激發(fā)源,，由檢測器轉(zhuǎn)動的2θ角可以求出X射線的波長λ，從而確定元素成分,，屬于臺式儀器,。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，將其分開并進(jìn)行檢測,，從而確定元素成分和含量,，可以同時測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，價格也較低,，能夠在數(shù)秒內(nèi)準(zhǔn)確,、無損地獲得檢測結(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],。
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，無需拆卸隔離開關(guān),，可以攜帶至變電站現(xiàn)場,，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。
3 現(xiàn)場檢測結(jié)果
3. 1 鍍層化學(xué)成分分析
使用XL2 800手持式X射線熒光光譜儀對110 kV隔離開關(guān)觸頭不同顏色區(qū)域的鍍層和銅基體進(jìn)行分析,，結(jié)果見表1,。銀白色區(qū)域中Ag、Cu和Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為91.48%,、1.83%和5.71%,。Cu是隔離開關(guān)觸頭的基體成分，查閱文獻(xiàn)[14]可知,，該銀錫比例是第二相SnO2顆粒彌散分布于銀基質(zhì)層中的Ag–SnO2金屬基復(fù)合材料,，不符合DL/T 486-2010、DL/T 1424–2015和《國家電網(wǎng)有限公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施(2018年修訂版)及編制說明》中隔離開關(guān)觸頭應(yīng)鍍銀的要求,。黑色區(qū)域的Ag含量低至75.33%,，Cu含量和Sn含量則較高，這是因為Ag-SnO2鍍層中的Ag與空氣中的SO2、H2S等含硫化合物反應(yīng)生成黑色的腐蝕產(chǎn)物β-Ag2S和Ag2SO3,。隨著腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行,，Ag-SnO2鍍層表面逐漸由銀白色轉(zhuǎn)變?yōu)樯罨疑昂谏＞G色區(qū)域的Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)已升至82.31%,，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則與灰色區(qū)域相近,，而Ag已檢測不到，表明Ag-SnO2鍍層中銀的腐蝕產(chǎn)物發(fā)黑并脫落后,，鍍層中分散的SnO2無法保護(hù)銅基體,，使得銅在潮濕環(huán)境下與空氣中的O2、CO2和H2O反應(yīng)生成綠色的堿式碳酸銅Cu2(OH)2CO3(俗稱銅綠),。將綠色區(qū)域打磨后分析銅基體發(fā)現(xiàn)其中含99.72% Cu和0.15% Sn,，說明該隔離開關(guān)觸頭的基體材質(zhì)為純銅，檢出的少量錫來源于殘余的鍍層,。
表1 110 kV隔離開關(guān)觸頭鍍層上不同顏色區(qū)域及銅基體的元素成分分析結(jié)果
3. 2 鍍層厚度檢測
使用XL2 800手持式X射線熒光光譜儀檢測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《國家電網(wǎng)有限公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施(2018年修訂版)及編制說明》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鍍層測厚發(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,，僅通過顏色判斷和測厚均無法發(fā)現(xiàn),，隱蔽性較強。Ag-SnO2鍍層觸頭因為電導(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。
4 結(jié)語和建議
針對一起110 kV隔離開關(guān)觸頭腐蝕故障,，使用手持式X射線熒光光譜儀分析觸頭的鍍層成分,，發(fā)現(xiàn)廠家使用Ag-SnO2鍍層代替Ag鍍層,，Ag-SnO2鍍層中的銀被空氣中的硫化物腐蝕后，銅基體被腐蝕,，導(dǎo)致導(dǎo)電回路接觸電阻升高，引發(fā)過熱故障,，是造成該故障的主要原因,。為保證此類故障不再發(fā)生，應(yīng)采取以下措施：
(1)高度重視在役高壓隔離開關(guān)觸頭表面鍍銀層的腐蝕發(fā)黑,、發(fā)綠現(xiàn)象,，發(fā)黑說明鍍銀層已被腐蝕，發(fā)綠說明鍍銀層已被腐蝕完,，腐蝕延伸到銅基體,，會導(dǎo)致隔離開關(guān)觸頭的接觸電阻升高，易引發(fā)隔離開關(guān)過熱,、燒毀,、全站失壓等安全事故，應(yīng)盡快安排停電,，及時更換失效的高壓隔離開關(guān)觸頭,。
(2)聯(lián)系生產(chǎn)廠家，將同批次產(chǎn)品全部更換為合格產(chǎn)品,，以消除安全隱患,。
(3)加強對新建輸變電工程高壓隔離開關(guān)觸頭鍍銀層的檢測，鍍層成分和厚度均合格后方可入網(wǎng),。
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