10 千伏電容器連接線接頭發(fā)熱分析

曹 亮 蔡衛(wèi)東 顧珺明 張怡捷 夏世超

（國(guó)網(wǎng)上海市電力公司金山供電公司，上海 200540）

無功功率不足會(huì)增加輸電線路的損耗、導(dǎo)致系統(tǒng)電壓下降，降低電網(wǎng)的電能質(zhì)量，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成巨大的威脅，通過投切電容器，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)中的無功功率進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)無功功率平衡，使電力系統(tǒng)的功率因數(shù)維持在規(guī)定的范圍內(nèi)，維護(hù)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

電容器在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，其中電容器連接線接頭發(fā)熱是常見缺陷之一，電容器連接線接頭發(fā)熱會(huì)影響電容器運(yùn)行的可靠性，威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

本文通過對(duì)某35kV 變電站10kV 電容器連接線接頭發(fā)熱現(xiàn)象進(jìn)行研究，找出電容器連接線接頭發(fā)熱的原因，提出降低電容器連接線接頭發(fā)熱的方法，從而降低電容器的故障概率，確保電網(wǎng)的供電安全。

1 異?，F(xiàn)象

在對(duì)某35kV 變電站10kV 電容器組進(jìn)行紅外測(cè)溫時(shí)發(fā)現(xiàn)，乙組電容器的某臺(tái)電容器B 相連接線接頭存在明顯發(fā)熱點(diǎn)，如圖1 所示。

圖1 電容器B 相連接線接頭過熱紅外成像圖

分別測(cè)量電容器A、B、C 三相連接線接頭的溫度，如表1 所示，電容器A 相連接線接頭的最高溫度為32.5℃，B 相連接線接頭的最高溫度為56.8℃，C 相連接線接頭的最高溫度為31.2℃，B 相溫度相較于A、C 兩相溫度明顯偏高。

表1 電容器連接線接頭溫度 ℃

2 接頭發(fā)熱原因

電容器A、B、C 三相負(fù)荷電流如表2 所示，A 相負(fù)荷電流174A，B 相負(fù)荷電流177A，C 相負(fù)荷電流175A，三相負(fù)荷電流大小無明顯差異。

表2 電容器三相負(fù)荷電流 A

電容器負(fù)荷電流I 流過連接線接頭時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，產(chǎn)生的熱量可通過焦耳定律計(jì)算。

式中I 為電容器的負(fù)荷電流，R 為電容器連接線接頭的電阻，Q 為時(shí)間t 內(nèi)電流I 流過電容器連接線接頭產(chǎn)生的熱量。

電容器連接線接頭產(chǎn)生的熱量會(huì)引起接頭溫度升高，連接線接頭產(chǎn)生的熱量與接頭溫升之間的關(guān)系可以通過溫升公式計(jì)算。

式中Q 為電容器連接線接頭產(chǎn)生的熱量，c 是電容器連接線接頭的比熱容，m 是電容器連接線接頭的質(zhì)量，t 是電容器連接線接頭的最終溫度，t0是電容器連接線接頭的初始溫度[1]。

對(duì)于同批次的產(chǎn)品，電容器連接線接頭的質(zhì)量m、比熱容c相同，電容器A、B、C 三相連接線接頭處在相同的環(huán)境中，連接線接頭的初始溫度t0相同，因此，電容器連接線接頭的發(fā)熱量越大，其最終溫度越高。

分層教學(xué)法是一種新型的教學(xué)方式，該種教學(xué)方式的有效落實(shí)，不僅可以極大地提升教學(xué)效率，同時(shí)還可以有效地提升教學(xué)水平。因此諸多高校正在積極努力的落實(shí)這一教學(xué)方式。就高中化學(xué)分層教學(xué)模式而言，為了能夠保證該種教學(xué)模式能夠順利的實(shí)施，相關(guān)的化學(xué)教職人員必須要從以下三個(gè)方面著手進(jìn)行具體的教學(xué)工作，其一為對(duì)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確的劃分，其二為對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行準(zhǔn)確的劃分，其三為對(duì)教學(xué)評(píng)價(jià)進(jìn)行準(zhǔn)確的劃分。

電容器B 相連接線接頭溫度最高，可判斷B 相連接線接頭的發(fā)熱量最大。由于電容器三相負(fù)荷電流I 無明顯差異，時(shí)間t相同，通過焦耳定律可判斷電容器B 相連接線接頭發(fā)熱的原因是B 相連接線接頭電阻R 變大。

電容器連接線接頭結(jié)構(gòu)如圖2 所示，連接線接頭由連接線和緊固件構(gòu)成，連接線為多股細(xì)軟的鍍錫銅絞線，緊固件由銅線夾、螺母、彈簧墊片、墊片構(gòu)成，緊固件將連接線固定在電容器接線端子上。

圖2 電容器連接線接頭

電容器連接線接頭的電阻由連接線、緊固件的本體電阻，連接線與緊固件之間的接觸電阻構(gòu)成。

3 接頭電阻變大的原因

連接線、緊固件的本體電阻是鍍錫銅絞線、銅線夾、螺母、彈簧墊片、墊片的電阻。連接線與緊固件之間的接觸電阻是鍍錫銅絞線與銅線夾之間的接觸電阻。

3.1 本體電阻變大

緊固件由銅線夾、螺母、彈簧墊片、墊片構(gòu)成，它們都是堅(jiān)硬的金屬固體，結(jié)構(gòu)不易被破壞，因此，緊固件的本體電阻幾乎不變。連接線為多股細(xì)軟的鍍錫銅絞線，若對(duì)其施加的壓力過大，其結(jié)構(gòu)易被破壞，從而導(dǎo)致本體電阻變大。

電容器連接線接頭本體電阻變大的原因：

（1）鍍錫銅絞線在運(yùn)輸、存儲(chǔ)過程中發(fā)生擠壓，表面受力不均勻，局部承受的壓力超過鍍錫銅絞線本體所能夠承受的最大壓力，導(dǎo)致鍍錫銅絞線內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，發(fā)生松股、散股或斷股，從而導(dǎo)致鍍錫銅絞線本體電阻變大。

（2）鍍錫銅絞線安裝過程中螺母擰得過緊，銅線夾施加在鍍錫銅絞線上的壓力過大，超過鍍錫銅絞線本體所能承受的最大壓力，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，發(fā)生松股、散股或斷股，從而導(dǎo)致鍍錫銅絞線本體電阻變大[2]。

3.2 接觸電阻變大

電容器連接線接頭接觸電阻由兩部分構(gòu)成，分別是電容器連接線接頭的收縮電阻和電容器連接線接頭膜電阻，下面將從收縮電阻變大和膜電阻變大兩方面闡述接觸電阻變大的原因。

（1）線夾與連接線之間的壓緊力不足，電容器安裝過程中沒有嚴(yán)格按照安裝工藝的要求進(jìn)行，螺母沒有擰緊，線夾施加在連接線上的壓力沒有達(dá)到規(guī)定值，線夾與連接線之間金屬直接接觸的面積較小，導(dǎo)致電容器連接線接頭的收縮電阻變大。同時(shí)，由于壓緊力不足，電容器連接線接頭在長(zhǎng)期運(yùn)行后出現(xiàn)松動(dòng)，導(dǎo)致連接線與線夾之間的接觸點(diǎn)進(jìn)一步變少、接觸面積進(jìn)一步變小，電容器連接線接頭的收縮電阻進(jìn)一步增大。由此可知，線夾與連接線之間的壓緊力不足會(huì)導(dǎo)致接觸電阻變大，并在運(yùn)行的過程中進(jìn)一步變大。

（2）電容器連接線接頭的線夾由黃銅制成，黃銅直接與空氣接觸時(shí)，容易在潮濕的環(huán)境下發(fā)生電化學(xué)腐蝕，表面形成電阻率很高的氧化層。

電容器安裝時(shí)若環(huán)境濕度過大，線夾和連接線表面會(huì)受潮，隨著時(shí)間的推移，線夾表面逐漸被氧化，線夾與連接線之間的膜電阻變大，導(dǎo)致接觸電阻變大。

電容器在運(yùn)行過程中，若環(huán)境濕度過大，潮濕的空氣進(jìn)入線夾，線夾表面逐漸被氧化，形成高阻值的氧化膜，線夾與連接線之間的膜電阻變大，導(dǎo)致接觸電阻變大[4]。

4 防范措施

為避免電容器連接線接頭運(yùn)行中出現(xiàn)溫度異常升高，本文從防止電容器連接線接頭本體電阻變大、接觸電阻變大兩方面提出相應(yīng)的防范措施。

4.1 規(guī)范電容器連接線的運(yùn)輸、存儲(chǔ)程序，并且在安裝前測(cè)量連接線的本體電阻，避免將松股、散股、斷股的連接線安裝到電容器上，導(dǎo)致的連接線本體電阻變大。

4.2 電容器安裝時(shí)嚴(yán)格按照安裝的工藝要求進(jìn)行，使用力矩扳手[5]，將扳手的扭矩調(diào)整到規(guī)定值，使線夾與連接線之間的壓緊力充足，避免壓緊力不足，線夾松動(dòng)而導(dǎo)致的接觸電阻變大；避免壓緊力過大，連接線松股、散股、斷股而導(dǎo)致的本體電阻變大。

4.3 增加線夾的抗氧化能力，使用表面鍍錫的銅線夾代替裸露的銅線夾，如圖3 所示。錫鍍膜具有良好的抗腐蝕性能[6]，能夠避免銅線夾與潮濕的空氣直接接觸發(fā)生氧化形成高阻值氧化膜而導(dǎo)致的接觸電阻變大。

圖3 表面鍍錫的銅線夾

5 結(jié)論

本文研究的是一起電容器連接線接頭發(fā)熱缺陷，對(duì)導(dǎo)致發(fā)熱缺陷的原因進(jìn)行分析，提出電容器連接線接頭電阻變大是導(dǎo)致發(fā)熱缺陷的原因，分別從防止連接線本體電阻變大、連接線與緊固件之間的接觸電阻變大進(jìn)行分析，提出安裝前測(cè)量連接線的本體電阻、安裝時(shí)使用力矩扳手、使用表面鍍錫的銅線夾代替裸露的銅線夾來防止電容器連接線接頭電阻變大。

同時(shí)，還應(yīng)根據(jù)電容器的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、同類設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)、當(dāng)前的電網(wǎng)負(fù)荷情況，加強(qiáng)對(duì)電容器的巡視，結(jié)合紅外測(cè)溫，盡早發(fā)現(xiàn)缺陷、消除缺陷，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。