導(dǎo)語：電磁繼電器作為 “電路開關(guān)指揮官”，承擔(dān)著用小電流控制大電流的關(guān)鍵職能。然而，這一核心元件的失效卻屢見不鮮。繼電器失效不僅會引發(fā)設(shè)備停機，更可能在特定應(yīng)用場景下造成電網(wǎng)癱瘓、核反應(yīng)堆保護系統(tǒng)異常等重大安全事故。本文將從基本特性出發(fā)，解析其失效模式與機理，結(jié)合真實案例給出防范策略。
一、電磁繼電器的基本特性
2.1 核心工作原理
電磁繼電器本質(zhì)是 “電磁鐵控制的自動開關(guān)”：當(dāng)線圈通電時，鐵心、軛鐵、銜鐵組成的磁路產(chǎn)生電磁吸力，克服彈簧反力拉動銜鐵，推動簧片使動合觸點閉合、動斷觸點斷開；線圈斷電后，電磁吸力消失，彈簧復(fù)位帶動觸點復(fù)原。這一 “通電吸合、斷電釋放” 的過程，實現(xiàn)了電路的通斷控制。
圖1. （轉(zhuǎn)換型觸點）電磁繼電器工作原理示意圖（上斷下合）
2.2 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)組件
繼電器的可靠性直接依賴核心部件的性能，主要包括：
電磁系統(tǒng)：線圈（產(chǎn)生磁場）、鐵心（聚磁）、銜鐵（受力動作）；
接觸系統(tǒng)：動觸點、靜觸點（傳導(dǎo)電流）、簧片（提供接觸壓力與復(fù)位力）；
機械結(jié)構(gòu) ：基座（固定部件）、推桿（傳遞動作）、間隙機構(gòu)（控制觸點行程）。
快連接式繼電器等特殊類型，還包含插片等連接部件，其結(jié)構(gòu)強度對參數(shù)穩(wěn)定性至關(guān)重要。
2.3 關(guān)鍵性能參數(shù)
國際電工委員會（IEC）的 EN 61810 標(biāo)準(zhǔn)（對應(yīng) IEC 61810）明確了繼電器的關(guān)鍵指標(biāo)，這些參數(shù)直接決定失效風(fēng)險：
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參數(shù)
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標(biāo)準(zhǔn)要求
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失效影響
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接觸電阻
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初始≤50mΩ，耐久后變化 ±20% 以內(nèi)
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電阻過大導(dǎo)致觸點發(fā)熱燒毀
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絕緣電阻
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500VDC 下≥100MΩ
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絕緣失效引發(fā)漏電或短路
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動作 / 釋放電壓
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吸合≤額定電壓 80%，釋放≥額定 10%
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釋放電壓過低導(dǎo)致觸點粘連
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機械耐久性
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無負(fù)載操作 5 萬 - 100 萬次
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磨損導(dǎo)致動作卡滯
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二、電磁繼電器的主要失效模式與機理
繼電器失效可分為功能失效（無法實現(xiàn)通斷控制）和參數(shù)失效（性能指標(biāo)超出允許范圍）兩大類，其核心機理與生產(chǎn)工藝、使用環(huán)境密切相關(guān)。
2.1 功能失效：喪失控制能力
1）觸點粘連（動粘 / 靜粘）
表現(xiàn)：線圈斷電后動合觸點仍閉合（動粘），或通電后動斷觸點不斷開（靜粘）。
機理：① 觸點閉合時電弧產(chǎn)生高溫，使銀觸點局部熔化形成焊瘤，冷卻后粘連；② 銜鐵被多余物卡滯，無法復(fù)位帶動觸點斷開。
圖2. 觸點粘連拉尖
2）線圈開路
表現(xiàn)：加電后觸點無動作，萬用表檢測線圈電阻無窮大。
機理：漆包線因工藝缺陷（如焊點虛焊）、振動疲勞斷裂，或過電壓導(dǎo)致絕緣層擊穿燒斷。
3）機械卡阻
表現(xiàn)：動作遲緩或完全無法動作。
機理：內(nèi)部混入金屬屑、焊錫渣等導(dǎo)電性多余物，或纖維、絕緣皮等非金屬多余物，卡在銜鐵與軛鐵間隙中，阻礙機械運動。
2.2 參數(shù)失效：性能衰減引發(fā)隱患
1）接觸電阻增大
表現(xiàn)：觸點壓降升高，通電時發(fā)熱嚴(yán)重。
機理：① 觸點表面沾污（如焊劑殘留）或鍍層氧化；② 電弧侵蝕導(dǎo)致觸點表面凹凸不平，接觸面積減小。EN 61810 標(biāo)準(zhǔn)要求耐久測試后接觸壓降變化≤初始值
150%，超標(biāo)即判定失效。
圖3. 車用繼電器動觸點沾污2）絕緣電阻下降
表現(xiàn)：觸點間或線圈與殼體漏電。
機理：絕緣子表面吸潮、積塵，或存在陰離子遷移（如氯離子腐蝕），導(dǎo)致絕緣層性能劣化。
2.3 根源性失效誘因
1）工藝缺陷：
生產(chǎn)環(huán)境潔凈度不足引入多余物；
焊接后未清洗殘留焊劑；
插片鉚接強度不足；
2）材料劣化：
線圈清漆出氣產(chǎn)生腐蝕性氣體；
橡膠密封圈釋放氯離子引發(fā)彈簧應(yīng)力腐蝕開裂；
3）環(huán)境應(yīng)力：
溫度循環(huán)導(dǎo)致部件熱脹冷縮；
振動使轉(zhuǎn)軸磨損產(chǎn)生金屬粉末。
3.1 案例一：空調(diào)繼電器釋放電壓不足導(dǎo)致自動開機
故障現(xiàn)象：某品牌空調(diào)通電后未操作即自動開機，更換內(nèi)機主板后恢復(fù)正常，故障繼電器吸合 / 斷開聲音異常。
分析過程：
1）參數(shù)測試：故障繼電器釋放電壓僅 0.8V，遠低于設(shè)計要求的≥1.2V（正常品約 2V); 2）結(jié)構(gòu)解剖：發(fā)現(xiàn)快連接插片向內(nèi)側(cè)傾斜，插片與基座鉚接點松動，導(dǎo)致靜簧片位移，觸點間隙（GAP）變大、超行程（FOLLOW）變??； 3）模擬驗證：掰動正常繼電器插片至 45°，釋放電壓從 1.5V 降至 1.12V，復(fù)現(xiàn)故障。
失效結(jié)論:插片受外力沖擊變形，引發(fā)釋放電壓參數(shù)失效，導(dǎo)致觸點無法及時斷開。
3.2 案例二：電網(wǎng)鎖存繼電器失效引發(fā)系統(tǒng)停運
故障現(xiàn)象：345kV 變電站鎖存繼電器在無故障情況下誤動作，導(dǎo)致兩條輸電線路、一臺主變壓器停運，系統(tǒng)異常運行 8 小時。
分析過程：
1）現(xiàn)場排查：確定失效部件為繼電器內(nèi)置的帶燈銘牌控制電路板； 2）溯源發(fā)現(xiàn)：制造商 2014 年曾發(fā)布公告，指出 2000-2008 年生產(chǎn)的同型號繼電器，其銘牌電路板可能導(dǎo)致觸點誤動作。
失效結(jié)論：元器件批次性質(zhì)量缺陷，未及時響應(yīng)制造商預(yù)警導(dǎo)致失效。
四、如何防范電磁式繼電器失效
4.1 設(shè)計階段：強化結(jié)構(gòu)與材料可靠性
優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)：快連接式繼電器可在插片根部增加擋塊，或在靜簧片加擋釘，減少外力導(dǎo)致的參數(shù)偏移，整改后釋放電壓變化率從 25.3% 降至 5% 以下；
選用耐環(huán)境材料：線圈采用低出氣清漆，避免腐蝕性氣體產(chǎn)生；彈簧選用抗應(yīng)力腐蝕合金，防范氯離子侵蝕；
控制工藝潔凈度：生產(chǎn)環(huán)境需達到 Class 1000 潔凈度，焊接后采用超聲波清洗去除殘留焊劑。
4.2 選型階段：嚴(yán)格依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)篩選
對標(biāo)權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)：優(yōu)先選擇通過 EN 61810 全項測試的產(chǎn)品，確保接觸電阻、耐久性等指標(biāo)達標(biāo)；
匹配應(yīng)用場景：高頻操作場景選用機械耐久性≥100 萬次的型號，濕熱環(huán)境需額外通過 40℃/93% RH、96 小時濕熱測試；
核查批次質(zhì)量：查詢制造商公告，規(guī)避存在設(shè)計缺陷的批次。
4.3 使用階段：控制環(huán)境與運維監(jiān)測
優(yōu)化安裝與環(huán)境：避免插片等部件受外力沖擊；在振動環(huán)境中增加緩沖結(jié)構(gòu)，溫度控制在 - 40℃~+85℃范圍；
實施預(yù)防性檢測：定期用開爾文四線法測接觸電阻（分辨率≥0.1mΩ），用示波器監(jiān)測動作時間，異常時及時更換；
建立失效檔案：記錄失效模式與環(huán)境參數(shù)，為后續(xù)選型優(yōu)化提供依據(jù)。
4.4 檢測階段：采用精準(zhǔn)分析手段
外觀與參數(shù)篩查：解剖前先測釋放電壓、絕緣電阻，結(jié)合放大鏡觀察插片變形、觸點燒灼等痕跡；
微觀機理分析：用掃描電鏡（SEM）觀察觸點電蝕形貌，用能譜儀（EDS）檢測多余物成分；
環(huán)境模擬驗證：通過溫度循環(huán)、振動測試復(fù)現(xiàn)失效過程，定位根源。
結(jié)論：電磁繼電器的失效并非偶然，而是工藝缺陷、材料劣化、環(huán)境應(yīng)力等多因素共同作用的結(jié)果。未來，隨著智能監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，在線實時診斷繼電器狀態(tài)將成為可能，進一步降低失效風(fēng)險 —— 而這一切，都始于對失效機理的深刻認(rèn)知。
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