張濤　施海寧　劉韜

摘要：繼電器是核電廠運行的關鍵節(jié)點，直接影響核電廠的安全性、可靠性和經(jīng)濟性。而核電廠繼電器的種類眾多、數(shù)量龐大而且故障率較高，是核電廠安全高效運行的難點之一。繼電器和接觸器配合使用能夠實現(xiàn)很多有用的功能，包括定時控制、定量控制、連鎖控制和欠壓保護等。本文探討了核用繼電器的老化機理與失效模式，最后，用試驗實例闡述核用繼電器的失效分析過程。

關鍵詞：繼電器;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

繼電器是核電廠運行的關鍵節(jié)點，直接影響核電廠的安全性、可靠性和經(jīng)濟性。而核電廠繼電器的種類眾多、數(shù)量龐大而且故障率較高，是核電廠安全高效運行的難點之一^[1]。繼電器和接觸器配合使用能夠實現(xiàn)很多有用的功能^[2]，包括定時控制、定量控制、連鎖控制和欠壓保護等。繼電器必須具有良好的通斷性能和足夠長的壽命，以保障使用它的電氣設備的運行安全及可靠性。本文探討了繼電器的老化機理與失效模式，并依托核電廠繼電器的實例，詳細分析了繼電器的失效分析方法

1 老化機理

繼電器在長期運行過程中，其組件在多種老化應力的作用下會發(fā)生老化降級。老化應力一般分為4類：環(huán)境應力、機械應力、電應力以及熱應力。其中組要老化原因為熱應力。

2 失效模式

繼電器的失效模式主要包括觸點、線圈、特性參數(shù)和機械組件失效等幾個方面^[3]。繼電器在工作狀態(tài)下的失效模式主要表現(xiàn)為觸點失效和線圈失效。根據(jù)國內(nèi)外的運行情況統(tǒng)計表明，繼電器約有80%以上的失效集中在觸點系統(tǒng)和線圈系統(tǒng)。下面分別對上述四種失效模式進行說明。

2.1 觸點失效

引起觸點失效的主要老化機理是機械應力和環(huán)境應力。繼電器觸點失效的常見表現(xiàn)方式為接觸電阻增大和觸點接觸不良（時斷時通）。

2.2 線圈失效

繼電器線圈失效的常見表現(xiàn)方式為線圈絕緣降低或擊穿、線圈電阻值超差或短路以及線圈斷裂。引起線圈失效的主要應力是熱應力，而熱應力可能來自很多方面，例如：連續(xù)長時間勵磁、間隙、感性浪涌及感應沖擊、環(huán)境溫度升高等。

2.3 動作特性失效

電器的功能正常，但是由于其發(fā)生老化，自身的特性參數(shù)發(fā)生改變，無法滿足現(xiàn)場的實際應用，尤其是那些對特性參數(shù)要求極為嚴苛的場合。例如，過電流繼電器，如果繼電器運行功能正常，但是運行參數(shù)（如動作時間）超出了規(guī)定的范圍，那么判斷該繼電器屬于動作特性的失效。繼電器動作特性的失效主要表現(xiàn)為特性參數(shù)偏離正常值或預期值。

2.4 機械組件失效

電磁繼電器的機械組件失效有以下幾種形式：

線圈線軸過熱脆化斷裂;

銜鐵不釋放或觸點動作機構卡死、斷裂;

碎屑或灰塵沉積、污染物粘連等原因阻礙動觸點的運動;

彈簧松弛導致長期接觸彈跳和電弧過大，最終導致接觸失效。

3 案例分析

以國內(nèi)某核電廠繼電器為例，共兩個試驗樣品，其中一個為新樣品（New-1），一個為舊樣品（Old-1）。分別測試觸點的接觸電阻與漆包線絕緣等級^[4]，結果如表1～表2所示。

通過對觸點接觸電阻、線圈阻值、吸合電壓、釋放電壓與動作時間等參數(shù)的測量，發(fā)現(xiàn)Old-1常閉觸點1/4、常閉觸點11/8的接觸電阻明顯大于New-1，且大于正常值，說明舊樣Old-1在電性能方面已經(jīng)出現(xiàn)明顯老化，并且舊樣Old-1的常閉觸點6/5之間的接觸電阻的波動極大，說明常閉觸點6/5的接觸電阻存在異常。由圖1也能清晰看到觸點的微觀形貌凹凸不平。

4 結束語

繼電器的失效模式主要包括觸點、線圈、特性參數(shù)和機械組件失效等幾個方面，其中觸點與線圈失效率最高，主要失效原因為觸點接觸不良或是線圈絕緣材料老化降級。

通過接觸電阻測量、觸點表面微觀形貌檢測及線圈漆包線絕緣等級檢測等試驗有效地確定電磁繼電器的老化狀態(tài)。

參 考 文 獻<！-- 參考文獻至少六條（補文中腳注），近五年內(nèi)的含以下目錄中的參考文獻不少于2篇（為便于核查符合下面條件的參考文獻的刊名或整條用紅字標注，見附件）：①當代體育科技②科技資訊④文化創(chuàng)新比較研究⑤南京體育學院學報（自然科學版）⑥碩士、博士學位論文⑦影響因子為0.5及以上的期刊。（核查辦法見各刊網(wǎng)站）⑧外文參考文獻 -->

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