電網(wǎng)系統(tǒng)的接點(diǎn)發(fā)熱問題分析及治理措施

董方炳 徐為志

摘 要：在電網(wǎng)系統(tǒng)中運(yùn)行的發(fā)電設(shè)備、供電設(shè)備、用電設(shè)備等都是靠高低壓線路連接起來的。設(shè)備內(nèi)部各零部件的連接，連接線路的分段、分支，需要連接的地方很多，這些連接點(diǎn)因生產(chǎn)的需要都必須將連接的導(dǎo)線斷開再重新搭接起來。這種斷開再重新搭接的方式，的確方便了生產(chǎn)，但由于接點(diǎn)的連接方法沒有引起足夠重視又造成了接點(diǎn)發(fā)熱的問題，文章對此進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：接點(diǎn)發(fā)熱；導(dǎo)電材料；連接金具；連接方法

中圖分類號：TM755 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）24-0099-02

近年來，我國電力事業(yè)飛速發(fā)展，但接點(diǎn)發(fā)熱問題還是沒有得到徹底的解決。在提倡節(jié)約、反對浪費(fèi)、鼓勵創(chuàng)新的新形勢下，徹底解決接點(diǎn)發(fā)熱問題應(yīng)當(dāng)成為我們今后工作的重點(diǎn)，從目前的技術(shù)看，實(shí)現(xiàn)徹底解決接點(diǎn)發(fā)熱的問題并不難，而且還可以更加節(jié)省成本。這是一個系統(tǒng)工程，牽扯的制造廠家較多，需國家、行業(yè)重視，從標(biāo)準(zhǔn)入手，制定相應(yīng)政策才可做到。從供電部門的角度看，解決這一問題非?？尚?。只要規(guī)定哪方面的接點(diǎn)采用哪種技術(shù)制造和改造標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到什么標(biāo)準(zhǔn)等就能徹底改變。

1 導(dǎo)電材料的導(dǎo)電原理

導(dǎo)電材料的分子結(jié)構(gòu)是立方晶格，導(dǎo)電的方式是晶格間電子的定向移動。導(dǎo)電材料在常溫條件下的斷開再搭接，斷開了的分子立方晶格不會再連接成一個整體。由于在搭接的材料介面之間存有間隙，沒有分子間的鍵連接，所以就不能形成正常的電子移動導(dǎo)電。但此時還有很少一部分介面接觸較好，介面間隙趨近于零；局部區(qū)域還是能夠?qū)崿F(xiàn)電子導(dǎo)電的。還有一部分介面雖存有間隙，但是間隙很小，可以通過電磁的形式參與導(dǎo)電。雖說這兩部分面積同時參與導(dǎo)電，但導(dǎo)電面積很小，它們發(fā)熱是因?yàn)閰⑴c導(dǎo)電的面積小造成的。這種長時間的持續(xù)發(fā)熱會引起介面的老化，進(jìn)而造成導(dǎo)電面積的進(jìn)一步減小，會加快老化的程度，直至造成燒壞設(shè)備的事故。當(dāng)電流太大時，介面積聚的電壓會直接擊穿間隙產(chǎn)生電弧導(dǎo)電。持續(xù)或多次的弧光燒蝕便會很快燒壞接點(diǎn)，導(dǎo)致事故的發(fā)生。怎樣直觀的理解介面間隙的大小，粘結(jié)技術(shù)有這樣的描述：“兩塊固體是不能用壓合的方法連接起來的。因?yàn)榻Y(jié)合要靠化學(xué)鍵、氫鍵或范德華力，這些作用的有效距離各為1-2 A、2-3 A、3-5 A。然而，即便是磨光的金屬鏡面，也是凹凸不平的，其高峰和深谷之間的平均距離在250 A左右，遠(yuǎn)大于5 A。兩固體相合只是在表面最高峰處相互接觸，所能接觸面積僅為實(shí)際面積的1%。

2 目前使用連接金具的狀況

為進(jìn)一步認(rèn)識接點(diǎn)發(fā)熱和尋找解決接點(diǎn)發(fā)熱的有效辦法，對目前使用中接觸類連接金具的工作狀況進(jìn)行分析：目前電網(wǎng)系統(tǒng)中接觸類連接金具大都采用的是平面接觸搭接，螺栓壓緊結(jié)合（以下簡稱“平面結(jié)合”）原理來加工制造的。下面以”平面結(jié)合“的設(shè)備線夾SY-LGJ-240組裝成引流線夾為例作分析，設(shè)備線夾SY-LGJ-240，連接部分為50×85×10，最大結(jié)合面面積4 154.967 mm2，單只重0.54 kg。1只M10壓緊螺栓，墊圈按C級標(biāo)準(zhǔn)，最小外徑Φ118.7 mm，內(nèi)孔最大直徑Φ211.43 mm，面積S=172.04 mm2。為方便研究，假設(shè)M10壓緊螺栓能提供足夠的壓緊結(jié)合力，墊圈的強(qiáng)度足夠，無論在多大的壓緊力下都不會發(fā)生變形。

①引流線夾組裝好，將壓緊螺栓扭緊至墊圈壓緊壓平。此時結(jié)合體處在不發(fā)生任何變形時的最大受力狀態(tài)。這時墊圈正下方的結(jié)合體受正壓力，其余部分受彎曲力。在整個結(jié)合面上會均勻分布大小相同的反作用力。由于壓緊螺栓的壓緊結(jié)合力小，有效導(dǎo)電面積就小，此種結(jié)合情況并無使用價值。

②這是“平面結(jié)合”原理制造的所有接觸類連接金具的正常工作情況。組裝后將墊圈扭緊至有明顯下陷。此時結(jié)合體已產(chǎn)生變形，四周彎曲翹起，結(jié)合面積明顯減少，結(jié)合面上產(chǎn)生的反作用力分布不均勻。墊圈下方反作用力最大是均勻分布的。其余部分沿墊圈的周邊由45 ？觷遞減至零。此時螺栓的壓緊結(jié)合力已是很大。有效結(jié)合面積是1 176.282 mm2，單位面積受力較高，但仍結(jié)合不好，結(jié)合面仍有間隙。所以型式試驗(yàn)仍達(dá)不到國家熱力標(biāo)準(zhǔn)的要求。

③這時螺栓的壓緊結(jié)合力已超出結(jié)合材料的抗壓能力，進(jìn)入冷擠壓變型狀態(tài)。實(shí)際結(jié)合面積會按不同的厚度沿墊圈外沿呈45 ？觷減小。結(jié)合材料越厚，結(jié)合面積越小。這時的結(jié)合面間隙已趨近于零，導(dǎo)電情況良好，達(dá)到理想狀態(tài)。

另外，通過分析可以認(rèn)識到“平面結(jié)合”原理制造的連接金具用增加壓緊螺栓的個數(shù)是不能解決接點(diǎn)發(fā)熱的。雖然提高的結(jié)果像電阻并聯(lián)一樣，是自身電阻的倒數(shù)和。這只能起到一點(diǎn)改善，不能解決根本問題。因?yàn)檫@時單位面積上結(jié)合力沒有發(fā)生改變，只是同等情況下結(jié)合面積的增大，結(jié)合間隙的大小沒有發(fā)生根本改變，所以間隙產(chǎn)生的內(nèi)阻仍大于同規(guī)格導(dǎo)線的內(nèi)阻。這種解決方法實(shí)際上就是在不合格情況下的以大代小，也就是目前系統(tǒng)中解決發(fā)熱問題的習(xí)慣方法。這種方法仍不能解決根本性問題。總的說來選“平面結(jié)合”制造連接金具是錯誤的，它無法達(dá)到絕大多數(shù)的介面間隙為零或趨近于零，必然造成接點(diǎn)發(fā)熱，應(yīng)當(dāng)糾正。

3 三種不會造成接點(diǎn)熱的連接方法

在實(shí)際工作中我們已經(jīng)找到了三種不會造成接點(diǎn)熱的連接方法：如果能將這三種連接方法合理地綜合應(yīng)用，完全可以徹底解決電網(wǎng)系統(tǒng)中所有接點(diǎn)的發(fā)熱問題。

3.1 焊接連接法

焊接連接是最理想的連接方法。因?yàn)楹附訒r的高溫能使斷開了的分子立方晶格結(jié)構(gòu)得到重新恢復(fù)和重建。這種連接的導(dǎo)電性能可以得到完全的恢復(fù)，所消耗的材料也非常少。只是適用的范圍較小，只能在固定連接的地方使用。由于施工條件復(fù)雜，不大利于野外作業(yè)。焊接時易熔入雜質(zhì)而影響導(dǎo)電，操作技術(shù)要求高，須專業(yè)人員，成本較高。

3.2 壓接連接法

這種方法是通過壓縮性收縮變型來達(dá)到連接的目的，壓縮后連接介面間隙趨近于零，導(dǎo)電效果好，各項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，如壓接管與導(dǎo)線的壓縮連接。

按說壓接技術(shù)是在常溫下進(jìn)行的，搭接的兩部分導(dǎo)電材料是彼此分開的，壓接后分子間的立方晶格也不會溶為一體，也是彼此分開的。而這時的導(dǎo)電性能卻很好，沒有發(fā)熱現(xiàn)象。完全可以理解為此時這兩部分導(dǎo)電材料在搭接的兩個介面之間雖然沒有分子鍵產(chǎn)生，但因其分子之間的距離已被壓的很小，或趨近于零。這種分子零距離的接觸是仍能形成電子移動導(dǎo)電而不發(fā)熱的。也就是說在常溫的條件下，只要設(shè)法產(chǎn)生足夠的壓緊結(jié)合力，導(dǎo)電材料的搭接連接是不會發(fā)熱的。這種壓接也可以理解為介面間隙被擠壓的很小時，即便是在間隙中還是電磁導(dǎo)電的形式，由于間隙距離很小，所以產(chǎn)生的熱量也很小。在自身有效散熱的情況下，不會引起溫升，不會造成影響。

壓接技術(shù)方法簡單機(jī)動靈活，可以在很多地方使用，野外施工也很方便，是多股導(dǎo)線與壓接管連接時最好的方法。壓接連接技術(shù)給我們提供了另外一種解決接點(diǎn)發(fā)熱的有效思路，就是只要結(jié)合力提高到一定的程度，就可以解決接點(diǎn)發(fā)熱的問題。

另外由于壓縮后的鋁、銅導(dǎo)電材料，分子間扭曲的立方晶格和機(jī)械強(qiáng)度在常溫的條件下有慢慢自我修復(fù)和衰減的物理特性。在長期的工業(yè)運(yùn)行中壓接的緊密性和機(jī)械強(qiáng)度可能出現(xiàn)老化衰減的問題，如果在壓接管的外圍再套一層無縫鋼管，利用這種復(fù)合材料的壓接管，將徹底解決壓接技術(shù)的老化問題。

3.3 錐面結(jié)合螺栓壓緊的連接方法

這種原理加工制造的電力金具，是我們?yōu)榻鉀Q接點(diǎn)發(fā)熱問題而設(shè)計(jì)制造的。用NY-LGJ-240內(nèi)錐線端子和WY-LGJ-240外錐雙頭等經(jīng)連接頭組裝的錐型引流線夾為例進(jìn)行分析來認(rèn)識錐型線夾的導(dǎo)電性。這種結(jié)合方式的壓緊結(jié)合螺栓選用得較小，是斜面作用把它的壓緊能力提高了很多。另外，雖然這種結(jié)合在投影結(jié)合面上產(chǎn)生的壓強(qiáng)很大，但是由于斜面的原因，實(shí)際工作面是投影工作面的3.696倍。這能夠有效降低由于壓強(qiáng)大而對結(jié)合體造成的破壞程度，從而體現(xiàn)出保護(hù)結(jié)合體不被壓縮，型體不被破壞的優(yōu)點(diǎn)。錐面結(jié)合連接技術(shù)除具有靈活多變，多功能的特點(diǎn)外，還有一個最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以重復(fù)多次組合，可以全面替代平面結(jié)合線夾的功能。

4 結(jié) 語

電網(wǎng)系統(tǒng)的接點(diǎn)發(fā)熱問題只要做到：①慎重設(shè)置接點(diǎn)，盡量減少那些不必要的接點(diǎn)。②徹底不用“平面結(jié)合”的連接，改用焊接，壓接或錐型連接。具體的各類接點(diǎn)的制造和舊接點(diǎn)的改造，概括提出以下初步設(shè)想，供參考：

①線路部分：原螺栓式耐張線夾可繼續(xù)延用，改配錐型引流線夾。將原壓縮式耐張線夾的平面連接板改為焊內(nèi)錐連接板，配錐型引流線。線路的分段、變徑、分支，連接頭0～90 ？觷的彎曲都可以用雙頭外錐連接頭和內(nèi)錐2孔、多孔連接板自由組合來實(shí)現(xiàn)。

②站用部分：變壓器、互感器、斷路器等絕緣套管上的進(jìn)出線樁頭，要按額定電流的等級從大到小進(jìn)行外錐連接頭的改造和內(nèi)錐連接板的焊接改造。在母排上運(yùn)用時，只要改變一下母排的寬厚比或者將母排改為母管或棒料，即可采用內(nèi)錐連接端子。改平面連接的母線伸縮節(jié)為錐型連接的母線伸縮節(jié)。在這方面的設(shè)備內(nèi)部要盡量使用錐型伸縮節(jié)直接連接觸頭不讓機(jī)構(gòu)參與導(dǎo)電，可減少接點(diǎn)的個數(shù)。像跌落保險(xiǎn)一樣使用復(fù)合觸頭、滅弧觸頭，可保護(hù)工作觸頭不被燒傷，以保持其結(jié)合精度。斷路器為保留其斷開時的靈活性，工作觸頭的錐度要大一些，盡量提高機(jī)構(gòu)的結(jié)合力來滿足結(jié)合的要求。建議再并聯(lián)上一只錐型重力顯示熔絲管，作為工作保險(xiǎn)。原跌落保險(xiǎn)作為操作的先導(dǎo)保險(xiǎn)。合閘時先合跌落保險(xiǎn)，再安裝錐型重力熔絲管，裝好后再取下跌落保險(xiǎn)的熔絲管。斷開時先裝好跌落保險(xiǎn)熔絲管，再取下錐型重力熔絲管，再拉開跌落保險(xiǎn)的熔絲管。這個操作和隔離開關(guān)與主斷路器的操作程序相同。也只有這樣，才能解決好這個地方的發(fā)熱問題。

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