變電設備接頭發熱原因分析及對策

闞　澤，黃道均，劉　瑜

（1.國網安徽省電力公司檢修公司，合肥　230061；2.國網安徽省電力公司，合肥　230061）

變電設備接頭發熱原因分析及對策

闞澤1，黃道均1，劉瑜2

（1.國網安徽省電力公司檢修公司，合肥230061；2.國網安徽省電力公司，合肥230061）

對安徽省500 kV及以上電壓等級變電站一次設備接頭發熱缺陷進行統計分析。從發熱缺陷的類型、區域、時間3個方面對變電站一次設備接頭的發熱缺陷情況進行總體分析。查找變電一次設備接頭發熱缺陷的原因，指出需要重點關注的一次設備接頭和關鍵部位。結合設計、施工和日常運行維護等環節，提出減少變電站一次設備接頭發熱缺陷的措施。

一次設備；設備接頭；發熱缺陷；對策

0　引言

超、特高壓電網中，變電站電力設備的發熱缺陷嚴重影響電網的安全運行。對變電一次設備發熱缺陷進行統計分析并采取相應控制措施，雖然不能徹底避免設備發熱缺陷的出現，但對及時處理發熱缺陷，降低檢修成本、提高變電設備的安全可靠運行和電力可靠供應具有重要意義。

針對電流致熱型設備缺陷，對輸變電一次設備接頭發熱缺陷產生的直接原因進行分析，梳理超、特高壓電網輸變電一次設備接頭典型發熱缺陷，指出需要重點關注的設備接頭和部件，并結合設計、施工和日常運行維護等環節，提出針對性防范和改進措施。

1　輸變電一次設備接頭發熱缺陷分析

1.1發熱缺陷的類型分析

按照DL/T 664—2008《帶電設備紅外診斷應用規范》［1］和GB 763—1990《交流高壓電器在長期工作時的發熱》［2］分類，過熱型缺陷對電氣設備運行的影響程度可以分為一般缺陷、嚴重缺陷和危急缺陷。

1.2發熱缺陷的區域分類

2013年1月至2015年8月，安徽省電力檢修公司管轄500 kV及以上變電站一次設備共發生設備發熱缺陷159起，其中危急缺陷8起，占5.0%；嚴重缺陷43起，占27.1%；一般缺陷108起，占67.9%。

輸變電一次設備載流元件接頭發熱缺陷，在電力行業缺陷統計中一般描述為“接觸不良過熱”。輸變電一次設備接頭經常出現發熱的部位有：

1）電氣設備與金屬部件的接頭和線夾（線夾和接頭為發熱中心區域）；

2）輸電導線連接器，如耐張線夾、接續管、修補管、并溝線夾、跳線線夾、T型線夾、設備線夾等（導線為發熱中心區域）；

3）隔離開關的轉頭和刀口（轉頭和刀口壓接彈簧為發熱中心區域）；

4）斷路器動靜觸頭、中間觸頭（動靜觸頭發熱以頂帽和下法蘭為發熱中心區域，其中頂帽溫度大于下法蘭溫度，中間觸頭發熱以頂帽和下法蘭為發熱中心區域，其中下法蘭溫度大于頂帽溫度）；

5）套管頂部柱頭（套管頂部觸頭為發熱中心區域）；

6）電流互感器（以串并聯出線頭、大螺桿出線夾為發熱中心區域）。

圖1和圖2為所統計變電站范圍內，輸變電一次設備發熱缺陷按嚴重程度的分類情況。

圖1　設備接頭一般發熱缺陷統計

圖2　設備接頭嚴重發熱缺陷統計

從圖中可以看出，一般發熱缺陷中，占較大比重的接頭發熱主要存在于隔離開關、設備線夾，分別占42.86%和40.80%；嚴重發熱缺陷中，占較大比重的接頭發熱主要存在于隔離開關和電流互感器，分別占62%和25%。

1.3發熱缺陷的時間分類

圖3為2013年1月至2015年8月一次設備輸變電設備發熱缺陷發生月份圖。從圖中可以看出，缺陷發現的時間大多為該區域夏季、冬季等負荷較高時段，絕大部分發熱缺陷發生在電網迎峰度夏、迎峰度冬的高溫大負荷期間。設備接頭出現危急發熱或嚴重發熱缺陷時，須申請停運設備進行緊急處理，否則將可能釀成事故。

圖3　輸變電設備發熱缺陷發生月份統計

2　發熱缺陷原因分析

2.1接觸電阻

物理上分隔開的兩個金屬部件連接在一起，都不可能完全接觸，表面非常光滑的金屬部件，在顯微鏡下依然能觀察到5～10 μm的凸起點。實際金屬接觸面可分為兩部分：一是金屬部件間的直接接觸部分，是由于接觸壓力或者熱作用破壞界面膜形成的接觸面，占實際金屬接觸面的10%左右；二是金屬部件通過接觸界面污染薄膜后接觸的部分［3-5］。由于接觸電阻直接接觸部分和污染薄膜的存在，使得接觸電阻主要由集中電阻和膜層電阻兩部分組成。集中電阻為金屬部件實際接觸面通過電流時，電流線收縮顯現出來的電阻；膜層電阻為金屬部件接觸面間通過表面膜層和污染薄膜所顯現出來的電阻。由上，接觸電阻為式中：Rj為接觸電阻；Rs1和Rs2為兩個金屬部件的集中電阻，其和為Rs；Rm為金屬部件接觸面間的膜層電阻。

金屬部件間的集中電阻Rs可以表示為

式中：ρ為金屬接觸材料的電阻率，此處認為接觸材料為同一材質；ξ為材料變形系數，一般取0～0.3，當壓力很大時可取為1；n為金屬接觸面的實際接觸點數目；H為金屬材料的硬度；F為金屬接觸壓力。

金屬部件間的膜層電阻為

式中：σ為面電阻率；a為各觸點的半徑。由此，金屬部件間的接觸電阻可表示為

式（4）可以看出，接觸電阻的大小主要與金屬接觸件材質、接觸面所受正壓力、接觸面表面狀態、使用電壓和電流相關。

輸變電一次設備所使用的設備線夾和接頭材質多為鋁制或者包含銅鋁過渡材質，當接觸面長期裸露在大氣中受到蒸汽、粉塵、水分等影響時，易在金屬部件接觸面形成氧化膜，從而使得接觸電阻值增大。

當提高接觸面間的正壓力時，觸點數目也會伴隨增加，使得集中電阻值下降，進而使接觸電阻值下降。

接觸面表面存在由于灰塵、油污等機械附著形成的較松散的表膜以及由于物理吸附或者化學吸附所形成的污染膜，由于其帶有微粒物質極易嵌藏在金屬部件接觸面的微觀凹坑處，使得金屬接觸面減小，增大接觸電阻。

使用電壓達到一定閥值，金屬部件間的接觸膜層將會被擊穿，從而使得接觸電阻下降。但由于熱效應導致的膜層附近的化學反應，其對膜層具有一定的修復作用，導致使用電壓在閥值附近的電壓波動可能會引起接觸電阻發生很大的變化。接觸面間所通過電流達到一定值時，根據焦耳定律將會使金屬部件軟化增加接觸面，從而使接觸電阻值減小。

2.2故障原因

通過對變電站設備接頭發熱缺陷的統計分析和現場檢修經驗，造成發熱的原因［6-7］主要有接頭氧化、安裝工藝質量不到位、金具質量不合格等。

接頭氧化腐蝕。在一定的電流條件下，接頭發熱的嚴重程度主要是由接觸電阻的大小所決定的。隨著導流面的逐漸氧化，必然引起接頭連接處接觸電阻的增大，導致過熱。金屬在自然界中除受到大氣的腐蝕外，還會受到電化學腐蝕，當兩種不同的導電金屬接觸在一起，在水與二氧化硫等的作用下，便出現了電化學反應，對金屬進行腐蝕，使接觸面減小引起發熱。

安裝工藝質量不到位。在當前的設備安裝中，除按技術指標或按設計要求施工外，對設備接頭部分的工藝質量控制一般局限在比較粗略的方法上：如接觸面平整、涂導電脂或凡士林、連接螺絲加彈簧墊并緊固、用塞尺對接觸面進行測量等。由于目前對接頭裝配質量的工藝控制上缺少定量技術指標，因此接頭的接觸質量就會因現場工作人員對此項技術的掌握程度或工作經驗差異而有所不同，導致對接頭的接觸質量難以保證。安裝過程中，安裝調整不當或工藝不到位，造成部分接頭裝配存在明顯的質量問題，如有關接觸面處理不到位連接螺栓緊固不到位，銅鋁連接沒有加裝過渡片，導電膏涂抹不均勻，選取線夾不合適，刀閘的觸指和彈簧等部件該更換的未更換以及合閘狀態夾緊力不夠或插入不夠等，都會使一些接觸部位發熱等。

金具質量不良。接線板螺栓孔加工過程中，未采用坡度設計，造成螺栓孔卷邊，形成毛刺，導致螺栓與線板緊固不到位或者接觸不均勻，造成局部過熱，進而演化成整體發熱。另外，如果設計裕度不足，連接發電廠的線路由于電流過大，當載流密度不足時，在運行中發熱最嚴重。按照DL 5222—2005《導體和電器選擇設計技術規定》，500 kV及以下電壓等級交流設備，當電流大于2 000 A時，接觸面兩側均是銅質材料時，載流密度不能大于0.12 A/mm2；接觸面兩側均是鋁制材料時，載流密度不能大于0.0936A/mm2。

螺栓規格不符合規定。電抗器設備接線端子與母線連接，應符合現行國家標準規定，當其額定電流大于1 500 A時，應采用非磁性金屬材料制成的螺栓。由于非磁性金屬在長年運行后，螺栓與螺孔容易親和在一起，因此現場施工過程中，施工單位為了節約成本，方便日后維護時螺栓拆卸，多采用磁性金屬材料螺栓。

2.3一次設備主要發熱部位分類

2.3.1閘刀轉動軸軟連接部位

2015-02-17，某變電站運維人員進行設備紅外測溫工作時，發現2號主變壓器1號低抗3211隔離開關B相開關側底座轉動軸軟連接部分發熱，溫度達118℃，后臺監控測溫時電流為990 A，如圖4、5所示。

對3211隔離開關兩側支持瓷瓶上方軟連接（從觸指至導線，包含觸指接觸面、軟連接兩個接觸面、接線板接觸面）及接線板、321開關流變兩側接線板進行回路電阻測試結果如表1所示。檢修過程中發現軟連接接線板處導電膏涂抹非常不均勻，如圖6所示。

圖4　3211隔離開關B相發熱位置

圖5　3211隔離開關B相軟連接

表1　軟連接及接線板回路電阻初測值　μΩ

2.3.2套管頂部柱頭

2015-03-28T20∶31∶00，進行設備紅外測溫工作時，發現3號主變低壓側套管C相導線接頭發熱，C相溫度為90.7℃，如圖7所示。

圖6　3211隔離開關B相導電膏涂抹不均勻

圖7　3號主變壓器低壓側　套管C相發熱位置

2.3.3隔離開關接線板部位

2015－02－26，某變電站2號主變壓器2號低抗B相開關側接頭發熱，B相開關側接線板發熱100℃（A相74℃，C相76℃），電流932.45 A。據此，對B相開關側接線板進行回路電阻測試。測試結果：回路電阻為128.3 μΩ，明顯不符合要求。將各接觸面打磨清洗并恢復，復測回路電阻明顯降低，復測結果為：10.2 μΩ，符合要求。接線板處理前后對比如圖8、9所示。

圖8　處理前接線板　

圖9　處理后接線板

2.3.4導線線夾部位

2012－05－02，在某變電站1號主變壓器間隔停電前對即將停電檢修的設備開展了停電前的紅外測溫，發現1號主變壓器35 kV A相匯流母線B、C相線夾發熱，溫度分別為88.1℃和85.6℃，正常相溫度為35.8℃，如圖10所示。

圖10　1號主變壓器35 kV匯流母線B相線夾

3　發熱缺陷預防措施

3.1設計、施工驗收階段

結合發熱缺陷的產生根源，輸變電一次設備接頭在設計施工階段主要面臨的發熱缺陷潛在原因有：線夾接觸面面積過小；銅、鋁線夾間的銅鋁過渡板未安裝、裝反；導電部位材質問題；接觸面不平整、有雜物或導電膏涂抹不均勻；施工時螺栓力矩值不符合要求、或使用不合格螺栓等，鋼制螺絲緊固力矩要求值如表2所示［8-9］。

針對以上問題，必須嚴把采購關，防止不合格設備流入電網；嚴格執行安裝工藝質量控制；嚴格按照相關規程、標準對設備進行驗收，重點查看一次設備回路電阻、螺栓力矩值等，加大設備驗收力度。

3.2設備日常運行維護階段

輸變電一次設備接頭在日常運行維護階段主要面臨的發熱缺陷潛在原因有：接線板接觸面導電膏干裂；螺栓松弛等導致的接觸不良；由于設計原因或者產品質量瑕疵所致的隔離開關導電桿發熱；隔離開關刀口發熱。隔離開關合閘不到位，導致動、靜觸頭之間夾緊力度不夠；隔離開關刀口銹蝕，污穢嚴重所致的接觸不良；軟連接長時間受力變形等。

針對上述問題，應注意加強對設備巡視，嚴格按照DL/T 393—2010《輸變電設備狀態檢修試驗規程》要求對設備進行測溫，尤其高負荷期間更要對發熱線夾溫度精確測量，防止遺漏負荷最高時的溫度值。對于接觸面類發熱消缺時嚴格按照工藝要求，使用酒精、棉布、砂紙等對接觸面進行處理，處理前后均測量直流電阻，確保處理后回路電阻降到20 μΩ以下，并對所測數據記錄存檔。

表2　鋼制螺絲緊固力矩值

4　結語

有效控制變電設備接頭發熱需要在日常巡視、設備檢修、技術改造、竣工驗收等各個環節均加以把控，確保安裝、檢修工藝質量。同時，也需要針對不同類型、不同部位的發熱缺陷進行統計歸類分析，研究有針對性的技術措施，以避免由于變電設備接頭發熱給電網帶來的重復停電。

針對設備接頭發熱缺陷，應該考慮以下幾個方面：導電膏材質的選取及涂抹方式應建立統一規范和相應考核標準，目前一次設備接線板等部位導電膏的涂抹具有較大隨意性，檢查方式亦是通過目測及施工經驗進行，有必要針對相關標準研制涉及方便導電膏涂抹的標準化作業工器具；日常運行過程中，運維人員應嚴格執行DL/T 664—2008，進一步收集整理特別是針對超、特高壓變電站一次設備發熱缺陷的典型圖譜，進而針對設備各種類型的發熱缺陷建立圖譜庫。

［1］DL/T 664—2008帶電設備紅外診斷技術應用導則［S］.

［2］GB 763—1990交流高壓電器在長期工作時的發熱［S］.

［3］郭欣.變電站設備接頭發熱的分析及預防［J］.青海電力，2009，28 （1）：59-63.

［4］郭海清，張學眾.電氣設備接頭發熱原因分析和預防［J］.供用電，2002，19（1）：38-39.

［5］魏成保，黃亞雄.變電站高壓設備的觸頭接頭和線夾過熱的原因分析發現與處理［J］.中國電力教育，2008（S3）：504-505.

［6］陳云杰.電氣設備接頭發熱的分析與處理［J］.廣西電力，2009 （6）：74-76.

［7］王峰.變電設備接頭發熱的原因分析與預防［J］.寧夏電力，2009 （5）：26-27，57.

［8］Q/CSG 114002—2011電氣設備預防性試驗規程［S］.

［9］GB/J 149—1990電氣裝置安裝工程母線裝置施工及驗收規范［S］.

Analysis and Treatments of Substation Equipment Joints Heating Reason

KAN Ze1，HUANG Daojun1，LIU Yu2
（1.State Grid Anhui Electric Power Maintenance Company，Hefei 230061，China；2.State Grid Anhui Electric Power Company，Hefei 230061，China）

Overheat defects of substation primary equipment in Anhui substations whose voltage level is equal or greater than 500 kV are analyzed.The general analysis of primary equipment overheat defects is proceeded from type，area and time of overheat defects and reasons of overheat defects are pointed out.Key parts of the equipment and electric primary system joints that need to be attended are pointed out.Combined with design，construction，the daily inspection and maintenance and other aspects，measures that can reduce the heat of substation equipment joints are proposed.

primary equipment；equipment joint；heating defect；treatment

TM51

B

1007-9904（2016）07-0029-05

2016-02-01

闞澤（1987），男，工程師，長期從事變電設備檢修工作。