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TEC型继电器加速老化原因分析及应对措施

【摘要】结合某电厂中压配电盘保护用TEC型继电器故障数据，详细分析了继电器的老化原因，并给出导致现场继电器加速老化的因素。结合现场实际情况，制定了老化管理的具体实施细则。

【关键词】电磁继电器；加速老化；老化管理

1引言

某电厂中压配电系统二次回路采用了大量的TEC-GE型中间继电器，目前已运行十年出现老化现象，特别是工作环境较差的继电器出现了加速老化的现象。继电器的老化将引起继电器可靠性的下降，造成继电器的拒动或者误动。

2数据分析

2.1继电器型号

该电厂使用的继电器为TEC型48V和110VDC半密封式紧凑型工业用瞬时电磁式继电器，具体参数见表1。

表1TEC型继电器参数

继电器名称

工作电压

额定工作温度

工作湿度比

触点材料

触点电路的负载电流

紧凑型工业用瞬时继电器

48V/110V

5~40°C

环境温度为+40°C时，湿度比高于

20%

银触点（含镍0.15%）

3A

2.2现场维修记录

统计该电厂日常缺陷处理以及停电检修中的故障继电器发现，继电器的故障模式主要为继电器的接点接触不良，少数继电器存在线圈吸合力不足。

现场检修对于继电器接点电阻阻值超过5Ω视为继电器不合格。对于检修过程中接触阻值偏大的继电器接点采用继电器加额定电压多次动作、打磨针脚并用酒精清洗、加10V直流电电击触点消除氧化膜等措施处理，经处理后仍旧不合格的继电器视为失效继电器。

全厂共使用该型号继电器数量约3600个。处理前总体不合格数量约为600个，不合格率约为16.7%，处理后合格的继电器为360个，失效更换的继电器240个，继电器失效率约为6.7%。

3继电器常见失效及原因

继电器工作状态下的失效模式主要表现为触点和线圈的失效。经验数据表明，继电器的主要失效模式如下表所示。

表2继电器常见失效模式

失效模式

接触失效

线圈失效

其他失效

具体表征形式

接触电阻增大或时断时通

线圈断线

密封失效

触点粘结

线圈电阻超差或短路

绝缘失效（绝缘电阻变小，介质耐压降低）

触点断开故障

吸合/释放电压漂移

导致继电器工作状态下失效的原因错综复杂，其失效机理很多。对应于上述几大主要的失效模式，存在相应的失效机理，主要有功率因素和环境因素（包括高温、相对湿度、振动与冲击、电磁干扰、盐雾等）。

4继电器加速老化原因

根据该电厂继电器的检修记录分析，梳理继电器的老化原因，造成继电器触点的接触电阻过大的原因主要为环境因素中的湿度和电弧灼伤。

4.1湿度影响

从老化机理上分析，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。同时，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。

对于该电厂刚投运的3、4号机机组，空气湿度30%，工作两年后，继电器失效率小于2%。1、2号机组空气湿度50%运行两年，空气湿度30%运行三年，继电器总体失效率在10%左右。早期投用的公用中压母线在环境空气湿度80%左右工作半后继电器失效率高达50%。

公用中压母线厂房在通风系统未投运前，空气湿度30%左右，继电器运行两年未见明显失效。后通风系统投运后，因电缆沟未封堵，通风系统造成电缆沟内潮气倒吸入电气盘柜厂房，空气湿度达到80%，半年时间内，厂房内继电器底座出现凝露现象，继电器针脚腐蚀严重，出现了继电器的频繁误动作以及无法远方分合闸现象。停盘检修以及日常故障处理，共涉及继电器175个，故障继电器近100个，处理后依旧失效继电器87个，失效率高达50%，后整体更换继电器底座以及继电器，封堵电缆沟，加装除湿设备，环境空气湿度控制在30%左右，运行两年未见继电器失效情况。

4.2继电器触点电磨损

触点的磨损主要取决于电磨损。电磨损主要发生在触点的闭合和开断过程中，在触点闭合电流时产生的电磨损主要是由于触点碰撞引起的振动产生的。在触点开断电流时所产生的电磨损是由高温电弧造成的。触点的电磨损主要有两种，液桥金属转移和电弧的烧损。

触点开断过程中，动、静触点间将形成熔化的液态金属桥，称为液桥。触点开断时，在从触点完全闭合到触点刚开始分离的时间内，先是触点接触压力和接触点数目的逐渐减少，接触电阻越来越大，这样就使接触点的电流密度急剧增加，由此产生的热量促使接触处金属熔化，形成金属液体滴。触点继续断开将金属液体滴拉长，由于温度沿液桥的长度分布不对称，最大值发生在靠近阳极的地方，使金属熔液由阳极转移至阴极。由于液桥的金属转移，经过多次操作后，触点的阳极将形成凹坑，阴极则形成针刺凸出接触表面。液桥对继电器触点电磨损有着重要的影响。