高壓設(shè)備電氣接頭發(fā)熱缺陷的檢測與處理方案分析

邊宏超 王慶水 袁兆軍 孫鵬

(國網(wǎng)淄博供電公司,山東淄博 255000)

高壓設(shè)備電氣接頭發(fā)熱缺陷的檢測與處理方案分析

邊宏超 王慶水 袁兆軍 孫鵬

(國網(wǎng)淄博供電公司,山東淄博 255000)

目前在110kV電壓等級及以上變電站中,輸變電設(shè)備電氣接頭不同程度發(fā)熱的現(xiàn)象時常存在,這對設(shè)備本身造成傷害,也對電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行構(gòu)成很大影響,必須采用有效手段加強(qiáng)檢測,盡早發(fā)現(xiàn)熱點并進(jìn)行處理和防范。本文以實際運(yùn)行中一個接頭發(fā)熱案例,分析了故障原因,提出了檢測和防范措施。

電氣接頭 發(fā)熱 檢測 預(yù)防處理

1 引言

目前，人們對電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的要求越來越高，輸變電設(shè)備接頭發(fā)熱的現(xiàn)象在電力生產(chǎn)中時常會發(fā)生，特別是在迎峰時期和夏季，負(fù)荷較大，電氣接頭發(fā)熱更易于發(fā)生。如果對這種缺陷放任不管，很有可能造成設(shè)備損壞和變電站停電，給用戶和供電企業(yè)帶來嚴(yán)重影響。本文結(jié)合某220kV變電站實際運(yùn)行中一例發(fā)熱情況進(jìn)行分析，做好檢測防范工作。

2 接頭發(fā)熱情況介紹

220kV間隔進(jìn)線套管A相接頭經(jīng)紅外測溫發(fā)現(xiàn)存在發(fā)熱現(xiàn)象，測量溫度高達(dá)272℃，而B、C兩相相同部位溫度分別是39℃和25℃。調(diào)出了該線路10月20日以來的日負(fù)荷數(shù)據(jù)，負(fù)荷在最近兩周內(nèi)稍有浮動，11月4日在降負(fù)荷運(yùn)行后(由310A降低到210A)，跟蹤測試發(fā)現(xiàn)A相套管出頭發(fā)熱溫度為205℃，溫度降低了67℃。11月8日停電后現(xiàn)場查看A相接頭有明顯發(fā)熱和灼傷痕跡，2顆壓接螺栓外觀變色、墊片已被燒毀。

圖1 接觸電阻與接觸壓力典型關(guān)系曲線

圖2 接頭電流流通示意圖

3 發(fā)熱原因分析

3.1 螺栓壓接不緊導(dǎo)致接頭壓力降低

接頭壓力是影響接觸電阻的主要原因之一，金屬在壓力作用下會發(fā)生緩慢的冷變形，即蠕變特性。壓力會隨著時間的推移而不斷減小，蠕變隨之減少，直至壓力減小到不再發(fā)生蠕變結(jié)束。金屬的蠕變特性由其類別以及硬度而決定，通常情況下，合金要比純金屬產(chǎn)生的蠕變小。實際中電氣設(shè)備接頭導(dǎo)體多為純金屬的，川法II線進(jìn)線套管接頭為鋁質(zhì)，鋁的蠕變較大。根據(jù)調(diào)查試驗，接觸電阻R與施加接觸壓力F成反比，滿足R=C/F關(guān)系(式中C為常數(shù)，取值大小與金屬材料有關(guān))。

圖1曲線A表示隨著接觸壓力F增大接觸電阻R不斷減小，當(dāng)達(dá)到最大值F2時，接觸電阻為最小R2。在運(yùn)行中接頭發(fā)生蠕變，接觸壓力會逐漸變小直至不再進(jìn)一步蠕變，此時接觸電阻沿著放松曲線B增大。

3.2 氧化造成接觸電阻變大

鋁質(zhì)接線板之間壓接不緊、壓接不均勻或打磨不光滑平整時就難以保持壓接面的平行，在用螺栓壓接時會產(chǎn)生一個扭轉(zhuǎn)力矩，由于鋁質(zhì)載流材料軟容易發(fā)生變形，造成兩個壓接面僅在螺栓附近導(dǎo)體良好接觸，使實際接觸面積減少，另外導(dǎo)電脂涂抹不均勻、涂層太厚以及混入灰塵都可能使壓接面之間存在微小空隙，壓接面與空氣接觸后會發(fā)生氧化?，F(xiàn)場打開壓接螺栓后發(fā)現(xiàn)鋁制接線板和接線座表面附著一層白色物質(zhì)，分析為三氧化二鋁顆粒和導(dǎo)電脂劣化后的產(chǎn)物。

另外，在強(qiáng)電場作用下壓接面間的微小空隙會發(fā)生尖端放電現(xiàn)象，使接觸面氧化接觸電阻變大，在電流密度太大時發(fā)生過熱。溫度的升高又加速了氧化， 形成一層氧化膜，破壞了原來鋁質(zhì)接線板的直接接觸，使接觸電阻更大，陷入了一個惡性循環(huán)。清除接線板表面附著氧化物后，可以看到接觸面已經(jīng)變得坑坑洼洼。

3.3 氧化層的形成導(dǎo)致電流從壓接螺栓通過

氧化膜的形成使接觸電阻變大，造成鋁質(zhì)接線板與鋁質(zhì)接線座間的導(dǎo)電能力明顯下降，這樣一來，導(dǎo)致大電流從鋼質(zhì)壓接螺栓通過，而鋼質(zhì)壓接螺栓的導(dǎo)電性能要低于鋁質(zhì)材料(鋁的電阻率為2.83μΩ/cm〈鐵的電阻率9.8μΩ/cm)，四個螺栓在壓接時可能存在受力不均勻或松動，使大電流在通過上部兩個壓接不緊的鋼質(zhì)螺栓時造成過熱甚至放電(放電電弧是由電火花匯集成的，瞬間溫度可高達(dá)6000℃，鋼熔點1515℃)，燒傷墊圈和螺栓，現(xiàn)場拆除壓接螺栓后可發(fā)現(xiàn)螺栓存在明顯燒融變形。（如圖2）

4 處理和和防范措施

接頭發(fā)熱的預(yù)防與處理重在于接線和壓接的可靠，就是要正確施工、規(guī)范壓接，嚴(yán)格按照“設(shè)備安裝工程施工及驗收規(guī)范”，把好導(dǎo)致接頭發(fā)熱的第一關(guān)。

(1)首先應(yīng)保證鋁質(zhì)接線板和接線座接觸面平整光潔，打磨清除氧化層后涂抹一層導(dǎo)電脂，最好選擇滴點達(dá)180～220℃、凝固點在-20～-30℃的新型導(dǎo)電脂，一定要均勻涂抹(0.5～0.1mm)，防止導(dǎo)電脂硬化給接觸面造成微小縫隙。導(dǎo)電脂在接觸面處形成一層保護(hù)膜， 起到隔絕空氣、并防止水份進(jìn)入和增強(qiáng)導(dǎo)電性作用。

(2)在用螺栓壓接鋁質(zhì)接線板接線座時，要保證兩個接觸面之間保持平行，接觸緊密且接觸受力均勻。宜采用扭矩扳手判斷施加壓力，避免僅靠人為力量造成壓力不足和壓接過緊。壓接擰緊時，緊固力矩M克服螺紋間以及螺母與接線板(或墊圈)間的摩擦力矩，并使連接產(chǎn)生予緊力P，滿足關(guān)系式：

式中，d為螺紋的公稱直徑(mm)，K為擰緊力矩系數(shù)。當(dāng)強(qiáng)度級別4.6級時，M18螺栓緊固力矩取值宜介于98.0～127.4N·m之間。壓接完成后，根據(jù)電氣工程安裝標(biāo)準(zhǔn)，無論鋁或銅接頭，連接后的電阻值都不應(yīng)大于同長度原材料電阻值的1.2倍。

(3)日常運(yùn)行中要加強(qiáng)定期巡視和紅外測溫，及早發(fā)現(xiàn)潛在的接頭過熱點。仔細(xì)查看顏色、燒痕、氣味、接觸縫隙及螺栓緊固強(qiáng)度等外部現(xiàn)象，夜間觀察有無放電和發(fā)紅現(xiàn)象。目前紅外線精確測溫技術(shù)是一個有效手段，嚴(yán)格按照GB 763-90《交流高壓電器在長期工作時的發(fā)熱》和其他相關(guān)規(guī)定，每次測溫后應(yīng)存檔，并與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)溫度有上升趨勢就應(yīng)跟蹤檢測，一旦發(fā)熱就應(yīng)該及時停電處理。高壓電器中各零件、材料在長期工作時最高允許溫度及溫升具體可參見GB 763-90中相關(guān)規(guī)定。

5 結(jié)語

變電設(shè)備接頭發(fā)熱現(xiàn)象在電力生產(chǎn)中時常發(fā)生，其對設(shè)備和電網(wǎng)安全運(yùn)行有著較大的影響，要避免電氣接頭熱缺陷造成變電站停電甚至事故擴(kuò)大的情況發(fā)生，運(yùn)檢人員要對此有一個清醒認(rèn)識，不斷總結(jié)和積累經(jīng)驗方法；降低接頭發(fā)熱的故障率，除了加大設(shè)備改造更換力度、規(guī)范施工、嚴(yán)格執(zhí)行驗收標(biāo)準(zhǔn)，還要在運(yùn)行中積極引入各種先進(jìn)檢測技術(shù)手段，確保電網(wǎng)正常運(yùn)行。

[1]王晴.變電設(shè)備事故及異常處理[M].北京：中國電力出版社,2007.

[2]項玉華,徐志軍,等.輸變電工程施工工藝手冊[M].北京：中國電力出版社,2008.

[3]閻士琦.常用電氣設(shè)備故障診斷技術(shù)手冊[M].北京：中國電力出版社,2004.

Presently in the 110kV grade and above substations, the phenomenon of electrical equipment joint heating appeared,which can cause damage to the equipment, also pose a great influence on the safety operation of power grid. We must adopt effective means to strengthen the detection, as early as possible to find the heating point for treatment and prevention. This paper cites a case of actual operation, analyzes the reasons, the detection and prevention measures is proposed.

Electrical joint Heating Detection Treatment and prevention

邊宏超(1986—),男,工程師,現(xiàn)從事高壓電氣試驗運(yùn)檢工作。

王慶水(1964—),男,技師,現(xiàn)從事變電檢修運(yùn)檢工作。

袁兆軍(1969—),男,技師,現(xiàn)從事變電檢修運(yùn)檢工作。

孫鵬(1983—),男,工程師,現(xiàn)從事變電檢修運(yùn)檢工作。