淺析輸變電載流設備接頭發熱的處理

【摘要】隨著設備技術革新，輸變電設備的質量和性能有了很大的提高，且用戶對供電可靠性的要求也越來越高，對輸變電設備產生故障原因的分析及處理，有助于提高電網安全可靠運行。

【關鍵詞】輸變電設備；原因分析；診斷與防范；載流元件

【中圖分類號】V351.31 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2012）09-0205-02

前言

隨著我電網建設步伐不斷加快，電力網電容量的增大，供電企業電力設備故障給人們的生產和現代生活所帶來的影響越來越大，為確保輸變電設備安全可靠運行，對系統的穩定經濟運行也提出了越來越高的要求，而保證系統的經濟性和穩定性的一個強有力措施就是在提高電力設備使用率的及正常運行，即提高設備的可靠性。輸變電設備連接頭發熱是目前存在的普遍性問題，尤其是電力系統在高溫、大負荷運行期間，“接觸不良過熱”導致的嚴重缺陷、危急缺陷頻頻造成設備停運處缺，電網安全穩定運行受到威脅、供電可靠性難以保障。

1、載流元件接頭發熱部位

載流元件接頭發熱經常出現的部位：隔離刀閘動靜觸頭問；一次設備與引線接頭處；引線問連接處。

2、導致載流元件接頭發熱的原因分析

從載流元件接頭紅外測溫圖可以清晰看到，出現較高溫度的部位在負荷電流經過的接頭處，通常叫做“接觸不良發熱”，之所以出現高于正常結構部件的溫度，根據焦耳一楞次定律：物體發熱量Q與下列公式有關，Q=0.24I²Rt（卡），其中參數I（A）為流過物體的電流；R（Q）為接觸處電阻；t（s）為時間。通常，連接處流過的電流應小于或等于設備的額定值，除非系統出現異常情況；正常情況下，接頭處電阻應等于或小于同等截面的導體電阻，而接觸電阻增大與接頭處接觸不良、接觸面積不足密切相關，是引起連接處發熱的主要原因。

2.1 接觸面材質或異物導致接頭發熱

接觸不良與刀閘動靜觸頭壓力、不同材料（如銅鋁板結合面）、壓緊力不夠、結合面有異物、材質不良等有關。

如某供電公司2008年6月22日下午，變電部專業人員根據值班人員的反映情況，對某地變設備進行紅外熱像儀跟蹤測溫，發現110KV線01開關c相TA兩側接線板固定螺栓處溫度進一步增加，高達220～C，同時，該處10旁路開關c、B相TA靠刀閘側溫度也接近100～C。當晚將該地變110KV2號母線停電，對01開關及2號母線靜觸頭進行緊急檢查處理；通過停電檢查發現缺陷的具體情況為：

①01開關TA接線板處發熱及柏112刀閘c相管母靜觸頭與導線圈兩側接點處溫度過高，是因為設備出廠時防止導電部位氧化的保護膜在安裝時未拆除，導致接觸面接觸不良，引起設備溫度過高。

②在靜觸頭分解處理中，發現導線下夾件與靜觸頭板面問有炭化的紙質保護膜，呈灰白色的粉末狀，均勻分布在接觸面之間。觸頭表面均勻分布點狀放電痕跡，接觸面之間氧化嚴重，形成較硬的氧化層。

③電流互感器接頭處理過程中發現夾件板面問有炭化的紙質保護膜，呈灰白色的粉末狀，均勻分布在接觸面之間。

接觸不良引起發熱的原因分析如下：靜觸頭出廠時，為防止接觸面氧化，在各導電面涂有中性凡士林，并用薄紙覆蓋，防止污染接觸面。覆蓋紙張為絕緣材質、小于夾件接觸面積，且在安裝過程中導線下夾件不用拆卸，就可直接安裝導線，外觀檢查不易發現紙張的存在。由于接觸面問的紙張存在，而紙張面積小于夾件面積，當負荷增大時，載流面積明顯不足，接觸電阻較大，使兩接觸面問放電，加重鋁板的氧化造成了接點電阻的進一步增大，是造成接點發熱的主要原因。由于夾件發熱，導致固定螺栓高溫過熱，彈簧墊圈失去彈性，螺栓松動，壓緊力不夠，因此增加了發熱程度。電流互感器外連接點發熱，主要是因為保護膜未清除，接觸面問存在雜質，造成接觸不良引起發熱。

2.2 接觸面積不足導致接頭發熱

接觸面積不足（設計不合理、工藝粗糙、螺栓配備較少、接觸面小）。發熱原因分析：現場檢查發現，導致發熱的主要原因有：（1）制造工藝差，刀閘接線板接觸面工藝較差，光潔度、平整度較低，存在明顯的突起、凹痕；（2）結構不合理，引線與刀閘問加裝過渡板且過渡板厚度不足，現場出現變形、彎曲、翹起等現象；（3）安裝工藝不足，現場發現有過渡板導流面與非導流面裝反、部分螺栓出現松動現象。

處理方法：針對上述問題，采取的工藝措施：（1）仔細處理接觸面，采用金相砂紙對接觸面進行處理，提高接觸面的光潔度和平整度；（2）清理接觸面，接觸面處理完畢后，用丙酮進行清洗，去掉接觸面上的雜質；（3）均勻緊固，保證接觸面的良好接觸；（4）修后測試，處理完畢后，測量接觸電阻來檢查處理質量，接觸電阻不合格的重新進行處理。

2.3 接頭間電化學腐蝕增大接觸電阻

眾所周知，許多電力設備如開關、刀閘、母線接頭與變壓器接頭的金屬表面，由于受濕熱、工業大氣（SOz、HzS、NOx、co：）鹽霧、霉菌、手汗等介質的作用，產生電化學腐燭，形成不導電的腐蝕產物，使表面電阻不斷增大，導致接頭發熱。

3、載流元件接頭發熱早期診斷與防范

3.1 設備發熱故障診斷基本方法有如下幾種

（1）表面溫度判斷法。

根據所測設備發熱點表面的溫度（或溫升），依據（GB763-90）《交流高壓電器在長期工作時的發熱》3.2條中規定，同時參考被測設備的額定載流、所測溫度（溫升）下的載流進行綜合判定發熱故障性質《帶電設備紅外診斷技術應用導則》，此方法主要用于電流致熱性外部缺陷（故障）診斷。

（2）相對溫差判斷法。

根據相對溫差定義或公式（δt=t₁-t₂/t₁-t₀×100%，t₁發熱點的溫度；t₂正常相對點的溫度；t₀環境參照體的溫度）。計算出發熱設備相對溫差δt。一般情況下，當20%<δt<80%時為一般缺陷，80%<δt<95%時為重大缺陷，δt≥95%時為緊急缺陷。此方法主要用于電流致熱型設備缺陷診斷（注：當設備發熱點溫升值小于10K時，不能采用此判斷法）。

（3）同類比較法。

也稱橫向比較法，利用同一類型設備在同一運行條件下，同一部位的溫度（溫升）進行比較判斷。

（4）熱圖譜分析法。

根據同類或同一設備在正常狀態和異常狀態下熱圖譜的差異來判斷設備狀況是否正常。

（5）檔案分析法。

即縱向比較法，通過同一設備不同時期的檢測數據（溫升、相對溫差）或圖譜，分析設備致熱趨勢和變化速率，來判斷設備是否正常。

3.2 帶電流測溫

傳統的帶電流測溫運行設備發熱接點的檢查方法有：

（1）雨天看接點。下雨天看接點若是干燥的，溫度約50～C左右；如雨滴立即氣化蒸發，溫度約在100℃以上；如發出吱吱聲，雨滴呈滾落狀，溫度約在200℃以上。雪天看接點，若接點上雪融化，溫度在0℃以上；如果接點干燥，溫度在50℃以上。

（2）接點氣流觀察。

此方法實際上利用發熱體表面溫度與環境溫度差而產生的對流熱氣進行觀察。如同樣在環溫20℃，接頭溫度40℃時，即能看到微小氣流；如接頭溫度達到100℃時，“熱氣流”就非常明顯；如接頭溫度達到200℃以上，“熱氣流”就非常容易被看到；如果接頭是由幾個接點組合而成，看“熱氣流”也能分辨出那點。

（3）紅外線測溫設備看接點。

可分為紅外熱成像儀和紅外測溫計，這是目前應用最為廣泛的設備，其具有較好的靈敏性、快速性、準確性，深受現場人員歡迎。

3.3 無電流情況下的診斷方法

實際上，準確測量接頭處電阻是防范發熱故障于之前的有效方法。通常在現場采用電橋測電阻法、加電流運用歐姆定律計算電阻、小電流下的溫度推算等（運用公式0=I²Rt）。

3.4 慎重選用接頭問導電材料

如某些以礦油加石墨或金屬粉末制成的“導電膏”廣泛應用在母線接頭上，雖然收到一定效果，但實踐證明其效果尚不理想。因礦油容易揮發變干，變干后石墨脫落、金屬粉末被氧化，導電性能逐步下降直至完全喪失。因此，對解決輸電線路銅鋁接頭發熱，防止電化學腐蝕等問題，必須嗔重選用導電材料。

3.5 接頭發熱的標準（注意值、極限值）

接頭發熱是否危及到輸變設備的正常運行，在無電流狀態下一般用電阻值判定；運行狀態下（帶電流）一般用溫度值判定。如并聯電容器（串聯電容器）、耦合電容器、金屬氧化物避雷器允許的相問溫差及最大工作溫升參考值；各種電纜的最高允許工作溫升；電流互感器、電磁型電壓互感器允許的最大溫升和相問溫差值；少油斷路器內外部溫差參考值；Fz型避雷器允許的工作溫升及相問溫差參考值等都應按照相應的標準執行。

3.6 提高導線溫度對接頭溫度的影響

隨著溫度的升高，金具握力（將導線、接續管和耐張線夾按壓接工藝要求連接在一起的綜合強度）逐漸下降。與20℃時金具握力相比，70℃時最大下降不過2.72%，80℃時最大下降約4.07%，高于導線實際拉斷力的95%，100℃時最大下降約10.03%。由此可見，將導線運行溫度從70℃提高到80℃，導線金具握力損失是可以接受的。導線接續處兩端點之間的電阻，對于壓接型金具應不大于同樣長度導線的電阻；導線接續處的溫度應不大于被接續導線的溫度；承受電氣負荷金具的載流量應不小于被連接導線的載流量。研究表明，隨著溫度升高，導線的溫度始終高于金具的溫度，導線配套金具的通流溫度約為導線溫度的60%～80%；金具與等長導線交流電阻比均小于1，溫度升高后金具的電氣性能符合相關標準要求。試驗研究表明，導線溫度90℃時，金具溫度不超過70℃，配套金具在載流時的工作情況，優于導線本身；從常溫到100℃，金具電阻與等長導線的電阻之比都在35%～66%范圍以內，符合要求。因此，提高導線允許最高溫度，并不影響其配套金具的安全運行。

3.7 溫度升高對接續金具和耐張線夾接觸傳導表面長期運行的影響

由于引渡載流的接續金具和耐張線夾接觸傳導表面日久老化，在一定條件下，過高的載流量可能使老化表面陷入“升高接觸面溫度——增加接觸電阻——提高接觸面量——升高接觸面溫度”的惡性循環，以致產生金具破壞的嚴重風險。1980年國際大電網會議第22組，原蘇聯代表的報告提出鋼芯鋁絞線本身的允許溫度可以取為150℃，為避免導線連接處接觸點高溫氧化，導線的連續運行溫度必須不超過70℃。

4、防止輸變電設備連接頭發熱應做好相關工作

（1）從設備設計制造上把關。注重連接點的加工工藝及材料應用，設計上盡可能減少連接點。

（2）從現場設備驗收及安裝上把關。將檢查接頭接觸狀況作為設備投產以及狀態檢修工作的重要環節。

（3）在交接與預防性試驗規程中增加接點電阻測量的內容及要求。

（4）輸變電設備盡量采用“工廠化”檢修方式，讓被檢修設備處于良好的氣溫氣候環境、檢修人員

處于身心舒適的工作場所并配備有得心應手的工器具，這樣才能保障檢修質量，修必修好。

（5）將連接頭納入設備管理，制定防范其發熱的有關規定，并加強責任考核。

5、結束語

總之，應將輸變電設備連接頭作為重要元件納入生產管理系統，最好的預防措施是將發熱點在大負荷到來前消除，而不是在大負荷出現時或發現后停電緊急處理。