220kV變電站架空地線金具溫度異常原因分析與處理措施

李鑫 孫鵬

(山東淄博供電公司,山東淄博 255000)

220kV變電站架空地線金具溫度異常原因分析與處理措施

李鑫 孫鵬

(山東淄博供電公司,山東淄博 255000)

本文章對在日常變電設(shè)備檢修測溫工作中發(fā)現(xiàn)的220kV架空地線的金具存在溫度異常的現(xiàn)象進行跟蹤檢查,最終對存在溫度異常升高的現(xiàn)象進行分析總結(jié),并將此異常現(xiàn)象根本消除,保證電網(wǎng)的可靠安全運行。其中,主要論述了金具溫度異常出現(xiàn)的原因進行分析、總結(jié),并針對主要原因采取措施解決,并消除異常。

架空地線 金具 溫度異常

2008年7月份，我檢修工區(qū)試驗班在對220kV某變電站架空地線金具進行紅外測溫時發(fā)現(xiàn)溫度異常，并對其進行了長達2年的跟蹤測溫。

1 異常現(xiàn)象描述

此220kV變電站的220kV川峪II線與220kV川峪I線同桿架設(shè)，川峪II線架空地線金具與變電站地網(wǎng)連接于220kV變電站高壓室東外墻。

2008年7月至2010年11月期間，從川峪II線架空地線接地金具紅外測溫圖片中可看出其發(fā)熱溫度最高可達116℃，最低為13．4℃。上午、下午、晚上三個時間段均有發(fā)熱現(xiàn)象。

2010年11月9日對川峪II線架空地線金具進行兩個方位的溫度測量，從最后一次測溫情況看，該金具發(fā)熱情況有所好轉(zhuǎn)，在11月22日凌晨1：00至2：00期間再次對其進行紅外測溫，其溫度已經(jīng)恢復正常(當時室外溫度為2℃)，由于與周圍環(huán)境溫度一致，故無法拍攝清析紅外熱圖。

2 溫度異常產(chǎn)生原因分析

2.1 環(huán)流作用

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，線路通道所需的土地成本不斷增加，為有效減少線路通道及建設(shè)費用，同桿并架雙回線路甚至是多回線路的應用已經(jīng)越來越普遍。正如文章開頭介紹的，220kV川峪II線與220kV川峪I線為同桿架設(shè)。因線路間的電磁耦合，架空地線上將會產(chǎn)生感應電壓與感應電流，如果某一時刻感應電流通過架空線路接入變電站內(nèi)地網(wǎng)，地網(wǎng)不能被視作理想電極，電流不會在瞬間瀉入大地，而是帶有延時的暫態(tài)變化過程。如果考慮地網(wǎng)結(jié)構(gòu)與土壤、墻壁電阻率的影響，地網(wǎng)可視為一個等效的“地回路”，當川峪II線架空線路與地網(wǎng)相連時，架空線路與地網(wǎng)就形成了一個等效的回路，回路中有感應電流流過。

Ca、Cb、Cc和MA、MB、MC分別為運行線路A、B、C三相與架空線路互電容與互電感。設(shè)L為架空線路電感，當架空地線兩端都接地時，兩端電壓U1=U2=0，則地線中感應電流為：I=-(MAIA+MBIB+MCIC)/L，其中IA、IB、IC分別運行線路三相電流。

架空地線的首末兩端均接地，感應電流的電磁感應分量起決定性作用，感應電流的電磁感應分量與回路間互感成正比。川峪II線有兩根架空地線，與帶電線路所呈不同角度，也就是說兩根地線與運行線路間互感不同，感應電流的大小不同。根據(jù)上面的分析，兩根地線通過“地回路”會產(chǎn)生環(huán)流。

2.2 金具磨損

川峪II線兩根架空地線位置對于運行線路差別不大，高度相近(也就是說地網(wǎng)等效阻抗值差不多)。而另一條架空地線沒有出現(xiàn)發(fā)熱的情況。所以，感應環(huán)流大并不是使金具發(fā)熱的唯一原因。

此220kV變電站的地理位置特殊，位于山丘之上，平時站內(nèi)風級可達6～7級。在長期的風力作用下，架空地線部件極易磨損，最常見的磨損發(fā)生在地處風口且垂直及水平檔距較大的220kV直線塔架空地線U形螺絲式懸垂線夾，也就是報告中指出的發(fā)熱金具。川峪II線架空地線U形懸垂線夾恰巧位于風口出，并且與垂直角度大于60°。

對該架空地線進行停電檢修時，拆除該懸垂線夾，并對墻上與地網(wǎng)連接的U形環(huán)進行接地導通試驗，測得接地電阻為2．5mΩ，符合規(guī)程要求，所以排除地網(wǎng)接觸不良造成發(fā)熱。拆下來的U形環(huán)主要受力點已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的磨損。

2.3 電化學腐蝕

此變電站附近有水泥廠，該站處于中度污穢地區(qū)，U形金具在大氣中受水分、化學氣體、鹽類物質(zhì)的作用會發(fā)生腐蝕，其腐蝕形態(tài)分為化學腐蝕和電化學腐蝕，并以電化學腐蝕為主，首先是從金具表面開始腐蝕。

架空地線上長期通有一定的感應電流。當金屬表面存在腐蝕介質(zhì)時，在電流作用下會與金屬構(gòu)件發(fā)生電化學腐蝕反應。電化學腐蝕的速率與金具單位面積上的泄漏電流密度有關(guān)，腐蝕過程釋放的能量與電流的大小成正比。

同時，當?shù)鼐€上電流較大時，如果線夾連接受風力影響，出現(xiàn)松動或磨損導致接觸面減小，連接處的空氣間隙就有可能被電離造成電弧燃燒。在電弧燒熔階段，若溫升超過導體的熔點，就會產(chǎn)生亮點、發(fā)紅等現(xiàn)象。

從紅色標記處，可以看出發(fā)生過電弧燒熔現(xiàn)象，應該是發(fā)生在磨損過程中，接觸面最小的時候，當接觸面穩(wěn)定之后，電弧燒熔現(xiàn)象也隨之消失。

綜上所述，該金具發(fā)熱原因應該是由三方面原因造成的：(1)架空地線之間的感應環(huán)流；(2)金具磨損；(3)電化學腐蝕。

3 處理方法與效果檢查

針對以上原因分析，因兩條兩條出線為同塔架設(shè)，兩條架空地線在進站鐵塔處交匯一點的特殊布置形式，我們將該架空地線接地點金具拆除，更換為絕緣瓷瓶，這樣取消了該地線的接地效果，只利用另一根地線接地，這樣既保證了架空地線的可靠連接，又避免了兩根地線感應電壓電路不同而產(chǎn)生環(huán)流的可能，因此從主觀上消除了發(fā)熱的可能。

之后我工區(qū)又對川峪II線的兩條架空線路進行了三次紅外測溫跟蹤監(jiān)測，溫度正常，無發(fā)熱現(xiàn)象。

4 防范措施

4.1 加強對地處風力較大變電站架空地線的紅外測溫工作

目前，電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備，在運行中會因為外部或內(nèi)部故障而引起其表面及內(nèi)部的溫度狀態(tài)發(fā)生異常，特別對于地處風力較大的變電站，站內(nèi)設(shè)備金具磨損情況嚴重，通過監(jiān)視電氣設(shè)備的這種溫度狀態(tài)變化，可以對設(shè)備的故障情況做出判斷。電力系統(tǒng)采用的紅外測溫技術(shù)就是根據(jù)這個原理發(fā)展起來的，與傳統(tǒng)的預防性試驗和離線診斷相比，具有不接觸、不停電、不解體的優(yōu)勢，可實現(xiàn)大面積快速掃描成像且狀態(tài)顯示快捷、靈敏、形象、直觀，成為電氣設(shè)備安全檢測的一種重要手段，也是解決以上相關(guān)因金具之間接觸出現(xiàn)發(fā)熱問題的便捷途徑。

4.2 選擇耐腐蝕、耐磨程度高的金具

目前使用的金具材料一般采用鑄鐵和鍛壓鋼，連接處的干摩擦、線夾上存在鐵銹，加雨水的銹蝕，將加速金具的磨損。風力作用下線夾掛板受扭轉(zhuǎn)作用而不能自持平衡，承壓面減小使掛板磨損加劇。

在金具材料性能的選用上，應選用耐磨損程度高、抗氧化、耐酸雨、耐腐蝕的金具。其中，可以采用耐磨堆焊形成防磨層，減輕前期的磨損(但磨損層失效后，磨損仍然產(chǎn)生)。新型材料的選用特別對于接觸面隨著間隙放電和氧化、銹蝕、氧化膜的破裂等現(xiàn)象有著更好減落作用。還可以對掛板或耳軸進行碳氮共滲低溫回火熱處理，可大幅減少金具的磨損。

4.3 改變金具連接方式,采用雙聯(lián),由單個線夾承力變成兩個線夾共同承擔受力

該做法的優(yōu)點是減少了單個線夾的磨損，且部件較多，耗能位置也多，可減少關(guān)鍵部件的部分磨損。其中存在轉(zhuǎn)動不靈活，U型環(huán)與墻體連接處受的彎矩較大，U型環(huán)與耐張線夾處的磨損依然存在，但相應單個U行環(huán)的受力程度減輕。

4.4 選擇合適的架空地線連接角度,同時達到減小感應電流與受風力影響小的目的

針對同桿架設(shè)的線路布置情況，通過改變兩條架空地線橫向排列為縱向排列，改變原有的電磁場分布，減少所受到的感應電流的影響；通過架空地線連接角度的改變，不僅可以減弱感應電流影響，同時減輕風偏對架空地線連接金具磨損的影響，提高金具使用壽命，降低發(fā)熱溫度。

5 對策及建議

結(jié)合變電設(shè)備狀態(tài)檢修的開展，在對設(shè)備狀態(tài)評價時應加入地線金具檢查項目，加強對帶有掛接隱蔽部位的檢查，建立所轄地域的地線金具磨損臺賬，加強對易磨損地段變電站、塔號的定檢、定測，隨時掌握金具磨損速度，及時發(fā)現(xiàn)隱患并更換。積極開展耐磨金具的研究工作，提高線路安全運行的可靠性。

6 結(jié)語

針對此次220 kV架空輸電線路地線金具嚴重磨損現(xiàn)象，分析了地線金具磨損原因，提出我們自身的處理解決方法及幾種改進防范措施，并對各項措施進行分析，進而對預防地線金具磨損的線路維護提出相關(guān)建議，僅供借鑒。

[1]柴正云.對輸電線路接地技術(shù)的探討[J].電力建設(shè),2009(07).

[2]余力,李和國.架空輸電線路的防雷與接地[J].江西電力,2010(02).

[3]張世亮.架空輸電線路接地裝置設(shè)計中的幾個要點[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2010(05).

[4]陸延昌.中國電力百科全書[M].北京:中國電力出版社,2011.

[5]滕志賢,馬俊玲.紅外測溫在電力系統(tǒng)的推廣及應用[J].甘肅科技,2006(07).

[6]孫玉堂.耐磨懸垂線夾的試驗研究[J].電力金具,2001(2):3-7.

The article in the daily work of substation equipment maintenance temperature 220kV overhead ground wire found in the existence of gold with the phenomenon of temperature anomalies follow-up examination, and ultimately the existence of the phenomenon of elevated temperature anomalies analyzed and summarized, and simply eliminate this anomaly ensure the safe operation of a reliable power grid. Among them, the paper discusses the gold anomaly has arisen due to a temperature analysis, summarized, and the main reason for taking steps to address and eliminate the exception.

Overhead ground wire Fittings Temperature anomaly

李鑫(1984-),男,工程師,技師,長期從事電網(wǎng)調(diào)度運行等工作。

孫鵬(1983-),男,技師,長期從事電網(wǎng)變電一次設(shè)備檢修、維護及改造等工作。