500 kV輸電線路引流板過熱研究

杜 毅， 敬興東， 包健康， 王利華， 吳廣寧，曹曉斌，沈金鎖

(1.國網四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041；2.西南交通大學電氣工程學院，四川 成都 610031)

500 kV輸電線路引流板過熱研究

杜 毅1， 敬興東2， 包健康2， 王利華1， 吳廣寧2，曹曉斌2，沈金鎖2

(1.國網四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041；2.西南交通大學電氣工程學院，四川 成都 610031)

隨著用電需求的日益增長，線路負荷大幅增加，在高負荷的夏季容易出現耐張桿塔的耐張線夾特別是引流板部分出現過熱問題，對電力輸送運行造成安全隱患。通過對輸電線路耐張線夾部分進行加載大電流實驗，觀測并記錄在不同電流負載與接觸壓力下耐張線夾及對應引流板發熱狀況，研究耐張線夾因電流過大或引流板接觸不良可能造成的引流板過熱現象。利用數據采集與圖形分析總結在實際工程操作中需要改進的操作步驟，并對不同條件下出現的引流板過熱問題給出對應的解決措施。

大電流；電接觸；引流板

0 引 言

隨著中國電力事業的飛速發展，電網運行的電壓等級與供電可靠性要求逐漸提高。對于輸電線路而言，外界工作環境復雜多變，容易使線路產生銹蝕和過熱等缺陷，特別是在夏季負荷高峰期,因耐張線夾的引流板區域過熱所造成的熱損毀已成為對電網安全運行越來越突出的問題隱患，如在成都地區某線路上曾監測到耐張線夾的引流板溫度超過200 ℃,遠遠高于線路溫度,嚴重影響到安全運行。

耐張線夾主要由耐張管、引流板和引流管3部分組成，是用于連接、轉免和固定導線承受張力，并將導線掛在桿塔上的線路連接金具。按照其連接方式分為爆壓式、液壓式、螺栓式、楔式等幾種類型，近年來由于液壓工藝的發展，所使用的耐張線夾多為液壓式。為了減少自身的電阻,耐張線夾通常采用純鋁制造，其純度在98%以上。目前中國耐張線夾生產企業較少,產品質量參差不齊。中國電力行業標準《110～500 kV架空送電線路設計技術規程》(DL/T 5092-1999)規定,導線在連續運行時,它們的溫度必須不超過70 ℃。電力行業標準《架空送電線路運行規程》(DL/T 741-2001 )規定,耐張線夾運行溫度不得高于導線溫度10 ℃,且導線與導流設備相對溫差值超過35%為一般缺陷，超過80%則為重大缺陷。從這個角度講,耐張線夾運行時超過80℃就會對線路的安全運行帶來隱患[1,2]。下面通過對耐張線夾進行大電流實驗觀測在長時間工作條件下耐張線夾區域的溫度分布，研究并總結引流板在不同電流值及螺栓緊固力情況下的發熱及溫度分布規律，探索引起輸電線路中耐張線夾過熱的主要因素，并提出有效措施減小安全隱患，提高電力輸送可靠性。

1 電接觸與接觸電阻

電接觸是研究固態導體與固態導體,固態導體與液態導體，固、液態導體與等離子體接觸過渡區中的機械現象。電接觸形式有3種：點接觸、線接觸和面接觸，接觸形式對接觸電阻的影響主要表現在接觸點的數目上。一般而言,面接觸的接觸點數n最多,接觸電阻最小。點接觸的接觸點數n最少,收縮電阻應最大，線接觸介于二者之間。引流板接觸區域表現為平面之間的面接觸，其接觸表面總是凹凸不平的，即使有很大的壓力作用于接觸面時，也只有少數的點實際發生了接觸，這些點承受了全部的壓力，形成的接觸面是電流唯一的導通通道。為了區分在實際接觸點中是否導電，通常將實際發生機械接觸的斑點面稱為接觸斑點，而實際傳導電流的更小的面稱為導電斑點。

對于引流板而言，其體電阻相對接觸電阻較小，而接觸電阻隨接觸表面的材質、接觸壓力、接觸面積等影響較大。圖1顯示了電流線收縮與接觸斑點情況，其中接觸面絕大部分是空隙，沒有參與到實際接觸，只有部分的輪廓峰點真正發生了接觸形成導電斑點。當電流線通過導電斑點附近時發生收縮，使電流流過的路徑增長，有效導電面積減少，從而產生收縮電阻。

圖1 接觸面的微觀形式圖

20世紀50年代德國學者R.Holm[3]提出,總接觸電阻應是所有實際接觸點電阻的并聯值(即自身電阻Rs)與因相互影響而造成的電阻值(即相互電阻Ri)相串聯。

式中，Rj為總接觸電阻;a是圓形斑點的平均半徑；α稱為斑點群的半徑或Holm半徑。

在工程計算中，由于計算導電斑點數n和平均半徑非常困難，通常使用下面經驗公式代替計算。

式中，Rj為接觸電阻,mΩ；F為接觸壓力,N；m為與接觸點數目、壓力范圍等因素相關的指數，在面接觸形式下通常取m=1；kj為與接觸材料、表面氧化程度等因素相關的系數，其值由實驗決定。但此公式的局限性很大，不能概括各種因素對接觸電阻的影響。在工廠中常使用測量接觸電壓的方法來實測接觸電阻值，其中接觸電壓降是指通過一定電流時電接觸連接處的電壓降，即：Uj=RIj。

近年來通過對熱損毀線路的停電檢修發現，大部分過熱現象均由于戶外環境造成引流板螺栓松動，導致引流板接觸電阻增大并使周圍溫度不均勻升高，當設備產熱量高于散熱量時會產生惡性循環直至熱損毀[4,5]。使引流板接觸電阻變化的因素主要有以下幾方面：連接設備材料性質、接觸面處理、螺栓緊固壓力、環境溫度、外界腐蝕等。

2 大電流實驗下耐張線夾受熱分析

2.1 實驗設計方案

利用大電流發生器模擬在500kV輸電線路中耐張線夾的工作狀況，擬通過變化電流載荷與引流板螺栓緊固力研究耐張線夾引流板處的發熱變化，利用紅外熱像儀分析對應熱流分布與溫升，并利用萬用表測量相關部分電勢差，分析對應電阻的變化情況。由于耐張線夾電阻的大小影響著線路發熱情況，其電阻變化規律成為實驗中研究重點。實驗中將要使用到以下設備。

(1)大電流發生器

圖2 大電流發生器產品圖

大電流發生器又稱升流器,型號HYDDL-3000A,具有實時顯示輸出、改變電流的能力。使用時按照調試要求，將大電流發生器與被試品接好，按所需實驗電流值設定輸出電流。

(2)耐張線夾

將用螺栓連接好的耐張線夾通過軟連接裝置與導電銅線進行連接，并將耐張線夾進行分段標注作為電壓測點,標示如圖3所示。

圖3 耐張線夾實驗示意圖

此外，實驗還需要紅外熱像儀對耐張線夾溫度分布進行拍攝，并用導電銅線作為載流體將耐張線夾設備與大電流發生器連接形成回路。

2.2 實驗數據與現象

將實驗設備連接后，使用大電流發生器對耐張線夾分別通以100A、200A、300A、400A、500A、600A電流值，利用紅外熱像儀對實驗線路進行拍攝，記錄并研究主要發熱點與溫度值；調節引流板處螺栓扭力大小，分別以不同螺栓力矩模擬不同接觸狀態下引流板發熱現象，在實驗中使用萬用表對耐張線夾標注點測量電壓值，利用對應電流載荷得出電阻值，并通過電壓值變化趨勢研究耐張線夾發熱情況。紅外成像儀測量的引流板處在不同工作條件下溫度值如表1所示。

表1 不同條件下引流板處溫度值(℃)

在不同接觸條件下，萬用表所測各標記點電壓值如表2、表3所示。

綜合以上的溫度分布圖與各表格可以得出以下結論。

1)在相同電流不同螺栓扭力的情況下,引流板處的溫度不同。這是由于隨著接觸壓力的增大，引流板接觸面輪廓發生壓縮形變，導電斑點的數量開始增加。宏觀上表現為接觸電阻開始減小，引流板處的工作溫度降低；

表2 螺栓擰緊情況下電壓數據表(力矩50 N.m)

表3 螺栓松動情況下電壓數據表(力矩10 N.m)

2)在相同扭力不同電流值的情況下，引流板處的溫度隨所加電流值遞增。驗證了電阻是引流板發熱的主要因素，在用電高峰期需格外注意線路發熱，防止出現輸電線路熱損毀；

3)在紅外圖片中還發現引流管及耐張線夾與輸電線路連接處也出現明顯發熱現象，這是因為在耐張線夾與線路壓接過程中由于工藝問題產生較大的接觸電阻，嚴重情況下也會產生過熱損毀，在裝配與更換過程中需要注意此類情況。

3 結 論

(1)通過理論與實驗分析得出，要解決引流板處的發熱問題，就要減少發熱功率。通過減小電流強度或降低接觸電阻均可達到要求，但在實際工作中降低線路電流是比較困難的，常用的措施是降低接觸電阻。一般采用在接觸面涂抹導電膏以增大實際接觸面積，防止表面氧化生成氧化膜，并對耐張線夾定期檢修更換，始終保證螺栓處的良好接觸以提高輸電線路安全運行[6]。

(2)改進耐張線夾結構，增加引流板有效接觸面積并提高產品制作時引流板表面平整度均能減小發熱現象。也可改進耐張線夾材料，研究表明在鋁中添加鋯(Zr)、鎳(Ni)、鈦(Ti)和釩(V)等金屬做成相應的鋁合金時，可以大大提升金屬鋁的發、耐熱性能[7]，以滿足更高的負荷電流并提升材料的耐熱性能。

(3)經對發熱檢修處理的經驗，對故障引流部件電流進行分流或加裝輔助引流線，也能有效解決發熱缺陷，達到降低引流板溫度的目的。

[1] 北京電力工業局.電力設備過電壓保護設計技術規程SDJ7-76：試行修訂說明[M].北京：水利電力出版社,1977.

[2] DL/T 71-2001,架空送電線路運行規程[S].

[3] Holm R.Electrical Contacts[M].New York:Springer, 1979.

[4] 葛猛,姜大宇,梁之林.架空地線耐張線夾過熱原因分析[J].電力安全技術,2005，7(4)：17，22.

[5] 郭曉飛,李擁春，趙元林.耐張引流發熱的分析與處理[J].電氣技術,2010(8)：136-139.

[6] 孟波. 電氣靜態接觸發熱的原因及處理方法[J]. 電氣開關, 2008, 46(4): 58-59.

[7] 李雪. 耐熱導線耐張線夾發熱問題解決方案研究[D]. 保定：華北電力大學, 2010.

With the growing demand of electricity, line load increases significantly, the strain clamp of strain tower, especially the current plate, becomes easy to occur overheating problems which leads to security issues for power transmission during the summer with high load. Through the test of loading large current to strain clamp in transmission line, the heat condition of strain clamp and the corresponding current plate under different load current and contact pressure is observed and recorded, and the overheating of current plate caused by the large current or the poor contact of current plate is studied. The operation steps which need to be improved in the actual project are summarized by using data acquisition and graphical analysis, and the corresponding solutions are given to deal with the overheating of current plate under different conditions.

heavy current; electrical contact; current plate

TM732

A

1003-6954(2015)01-0019-03

2014-09-22)

敬興東(1989)，碩士，研究方向為電氣工程。