高压开关柜分别连接变压器与各电力用户，是变电站主变三侧配网系统重要设备，一方面直接影响着变电站主变压器稳定运行，另一方面关系到各电力用户的生产生活用电〔1〕。开关柜内过流部件主要是指断路器触臂、触头和母排，其材质镀层直接关系到高压开关柜的安全服役，从电网系统开关柜的运行情况来看，开关柜发热、烧损事件并不少见。本文从高压开关柜过流部件的金属材料角度出发，分析其故障与过流部件质量的内在关联，为其入网监督和运维检修提供技术参考。

对动静环的仿真模拟，通常选择密封端面的径向和轴向的变形和应力两种参数。第五章的密封副分析表明，动环的轴向变形和位移较大，随之其轴向间也就较大，这两种种参数有相似的变化，机械密封性能稳定仅需控制两个参数中的一种即可。在轴向方向，动、静环端面的变形及应力会有差别，不满足目标函数所规定的要求；间隙值又要求不能为无限小，所以作目标函数也符合要求；因为接触压力的特殊性能，并且接触的最大接触压力也不能为无限小，因此，目标函数选择为最大接触压力为最理想的参数。

1 断路器触臂

高压开关柜断路器触臂与梅花触头相连，二者接触部位均要求为镀银，是开关柜内重要过流部件，关系到开关柜在大负荷下的稳定运行。2014年110 kV某变电站基建金属技术监督中发现新安装的开关柜断路器部分触臂表面呈黑色，面积约占整个圆周的25%，如图1所示。利用线切割机将触臂黑色区域切割下来，对其径剖面进行金相组织观察，发现触臂靠外表面金相组织存在黑色空洞、疏松，其范围为200μm左右，如图2所示，表明触臂该部位的铜基材质量不佳。进一步对触臂镀银层发黑区域的纵截面进行扫描电镜 (SEM)分析，如图3所示，可以看出发黑区域处有大量的颗粒状物存在，能谱分析 (EDS)表明该发黑区域含有大量的S、O、Cl等非金属元素，如图4所示。

  

图1 触臂宏观形貌

  

图2 金相组织

  

图3 镀银层发黑区域SEM分析

  

图4 镀银层发黑区域EDS分析

通常情况下镀银层对H2 S和SO2等含硫化合物特别敏感，当大气中或溶液中含有约百万分之几的H2S或约十几万分之几的SO2时，即产生腐蚀，随着反应的进行，镀层表面颜色也逐渐由亮白色向深灰色及黑色发展，据文献 〔2〕分析，β－Ag2 S为黑色，Ag2 SO3为白色，二者的生成均将造成触臂接触电阻升高。同时黑色覆盖层厚度较厚，可能使设备的可靠性下降，随即将所有镀银层表面发黑的触臂进行了更换处理。

2 梅花触头

梅花触头通过其若干触指在不锈钢弹簧钢丝的紧固作用下将自身触臂与静触头相连形成高压开关柜内重要的过流部件，由于弹簧钢丝的紧固作用直接影响触指压力，其疲劳松弛或是断裂将导致梅花触头发热乃至烧损。2011年某110 kV变电站停电检修中发现某开关柜A相梅花触头多处有烧黑和熔化变形的痕迹，形成一个较大缺口，如图5所示。进一步检查，其铜镀银材质触指片上的镀银层已基本烧熔，露出铜基体，外围压紧弹簧大部烧损，其中一根弹簧存在非烧损性断口，如图6所示。该开关柜型号为VS1，2005年5月出厂。

  

图5 3203开关柜A相烧毁触头

  

图6 压紧弹簧非烧损性断口

高压开关柜断路器触臂、梅花触头及铝母排的镀层和材质质量是影响其过流回路载流量的关键因素，过流部件的镀层和材质缺陷会导致接触电阻升高，载流能力下降，致使高负荷运行条件下接触部位发热乃至烧熔，建议加强开关柜入网把关和检修监督，避免镀层和材质的质量隐患造成开关柜故障和电网事故。

1.提高认识，统一思想，构建企业大党建工作格局。非公企业党组织是党在企业中的战斗堡垒，在企业职工群众中发挥政治核心作用，在企业发展中发挥政治引领作用。明确“两个作用”，引导社会各界认同和重视非公企业党建工作，探索建立在党委和组织部门领导下的各部门分工协作工作机制，构建企业大党建工作格局。

  

图7 弹簧断口形貌

  

图8 弹簧断口夹杂能谱分析

梅花触头外围压紧弹簧出现断裂或是疲劳松弛后，势必减少作用到梅花触头触指上的接触压力，导致触指连接的触臂与静触头导流回路接触电阻过大，最终使之发热乃至烧损。

3 母排

对烧损铝排进行电导率检测，其测量值为48%IACS，低于 GB/T 5585.2—2005《电工用铜、铝及其合金母线第二部分:铝和铝合金母线》标准中59.5%IACS的要求〔5〕，其载流能力只有原设计值的80%。开关柜相连的配电侧高负荷运行时，其铝排的运行温度就会升高，尤其是铝排与静触头等其他部件接触的部位，最终导致铝排烧熔。

实验组患者体重为19~73kg,平均体重(38.6±1.3)kg;最大年龄42岁,最小年龄5岁,平均年龄(25.3±1.3)岁;其中女性21例,男性29例。

  

图9 烧损母排

母排是开关柜内连接各柜体的主要导流部件，其表面一般包覆绝缘热缩套，材质为高导电的铜材或铝材，由于母排流经电流大，在母排的设计使用上一般要保障材质纯度和母排的载流截面，而材质不良会导致母排的有效载流截面减少，引起母排发热甚至烧熔。2014年某110 kV变电站314开关柜出现短路故障，停电检修将该开关柜小车推出时发现其铝母排与隔离静触头底座接触部位有严重烧伤痕迹，铝排接触表面已经熔融，如图9所示。该开关柜型号为GZS1—12，投运日期为2007年7月17日。

4 结论与建议

利用合金光谱分析仪对弹簧进行合金成分检测，其 Mn含量高达 11.05 wt.%，不符合 GBT 24588—2009《不锈弹簧钢丝》标准要求〔3〕。依据相关文献报道，Mn含量的提高会提高合金的韧脆转变温度，增加不锈钢材质的脆性，对合金的长期使用寿命有不良影响〔4〕。对弹簧丝断口进行扫描电子显微镜观察，如图7所示。发现断口多处存在白色夹杂物，形状均不规则，尺寸从10μm到100μm不等，其中接近钢丝中心部位的夹杂块尺寸达到100μm量级。能谱分析表明，该白色夹杂中含有Al、Ca和C等杂质元素，如图8所示。由此可见，不锈钢弹簧钢丝中Mn含量过高，会导致其脆性较大，其材质微观区域内又含有大量杂质形成的夹杂，割断材质组织的连续性，长期拉应力作用下发生断裂。

1)有针对性地开展开关柜触臂入网检测工作，100%宏观检查触臂外观，适量比例抽检触臂镀层厚度，不合格品退货处理。运维检修时抽检触臂的镀银层外观及厚度，发现不合格时全部检测，及时更换存在镀银层质量问题的触臂。

2)加强梅花触头外围不锈钢弹簧钢丝的材质检测，对新入网的开关柜要严格按照国标GB/T 24588—2009不锈弹簧钢丝进行把关，对成分不合格品进行退货。对已经投运的开关柜，每2个大修周期全部更换弹簧钢丝，避免其疲劳或断裂而降低触指压力。

其中：Q为流量，m3/min；D为水平输料管的直径，m；v为管道内气体流速，m/s。设计取D=0.036 m,v=30 m/s,则Q=1.83 m3/min。

3)开展开关柜母排导电率专项监督检测，对新入网的铜铝母排进行到货检测，确保新入网母排质量合格。对在役的开关柜铜铝母排进行停电抽检，更换导电率不合格母排，确因供电紧张不能停电的依据导电率实测值重新核算最大载流量，控制配网侧负荷供应，并加强运行巡视监督。

参考文献

〔1〕吕鹏刚.10 kV开关柜烧损事故分析 〔J〕.华电技术，2007，29(1):36-38.

〔2〕张勇强.镀银电接触表面硫化 (变色)机理及防变色探讨〔J〕. 机电元件， 1994， 14(3):23-26.

〔3〕全国钢标准化技术委员会.不锈弹簧钢丝:GB/T 24588—2009〔S〕.北京:中国标准出版社，2009.

〔4〕关永刚.一种高压开关柜隔离触头过热的监测方法 〔J〕.电工技术杂志.2001(10):39-41.

〔5〕全国电线电缆标准化技术委员会.电工用铜、铝及其合金母线第二部分:铝和铝合金母线:GB/T 5585.2—2005〔S〕.北京:中国标准出版社，2005.