一起銅鋁過渡設備線夾斷裂事件分析

吳萬利 張浩

【摘要】銅鋁過渡型設備線夾在運行時較易在銅鋁過渡連接處發生斷裂事故。而設備線夾發生斷裂會造成較為嚴重的電網事故，甚至是大面積停電事故。但在電力生產中，其往往因各種原因被忽視，造成了重大安全隱患。本文以禹州市供電公司110KV鴻暢變電站110東表刀閘電壓互感器側銅鋁過渡設備線夾在一次降雨過程中發生斷裂，致使該銅鋁過渡設備線夾處放電發紅隱患為例。分析并總結了設備線夾在選型及運行維護過程中存在的一些問題，并提出改進措施。

【關鍵詞】銅鋁過渡;設備線夾;斷裂;預防措施

一、前言

銅鋁直接連接會產生電化學反應，在潮濕的空氣下鋁材會迅速老化腐蝕，增大接觸電阻，嚴重者甚至燒毀接頭。故在變電設備間銅的連接點均采用銅材料連接，鋁的連接點均采用鋁材料連接。對銅鋁接點之間要使用銅鋁過渡型設備線夾連接。因目前電力系統大量使用的是采用閃光焊、摩擦焊等技術焊接在一起的銅鋁過渡型設備線夾，在運行時較易在銅鋁過渡連接處發生斷裂事故。而設備線夾發生斷裂會造成較為嚴重的電網事故，甚至是大面積停電事故，在電力生產中是一個很容易被忽視的重大安全隱患。110KV鴻暢變電站的設備線夾在運行中，巡視發現110東表刀閘電壓互感器側銅鋁過渡設備線夾在一次降雨過程中發生斷裂，致使該銅鋁過渡設備線夾處放電發紅隱患，給電網安全運行埋下安全隱患。因此該起事件具有典型意義，本文將對其斷裂的原因進行分析，并結合禹州市電網的現狀提出幾點改進意見。

二、事件經過

2014年7月18日天氣炎熱，氣溫高達37度，傍晚烏云密布狂風暴雨侵襲了該變電站區域;21點鐘左右，運行人員在巡視到110千伏東表設備時，發現連接鴻110東表刀閘B相與鴻110東表PT引流線的銅鋁過渡設備線夾處有一個煙頭大小的紅點并伴有“吱吱”放電聲。用強光燈照射銅鋁過渡設備線夾銅鋁焊接處有明顯的放電痕跡;用紅外線測溫儀測量該點溫度41度。這時運行人員立即匯報值班調度及有關領導;調度隨即下令將該設備停止運行，轉為檢修狀態。在操作該隔離開關過程中鴻110東表引流線的銅鋁過渡設備線夾完全斷裂伴有“異常的響聲”。

為了盡快的消除缺陷，該公司檢修工區立即組織人員進行搶修，將斷裂的設備線夾更換為采用釬焊工藝的新型銅鋁過渡線夾，避免過渡接口應力集中的缺陷，徹底杜絕線夾斷裂現象。

三、線夾斷裂原因分析

搶修工作完成后，在該公司組織的分析會上，針對鴻110東表引流線的銅鋁過渡設備線夾“放電痕跡”、“斷裂痕跡”、巡視測溫情況進行分析;經專業人員討論后一致認為下面五方面原因導致了該事件的發生：

1.線夾選型不當

在現場檢查發現，該斷裂線夾連接的導線及穿墻套管導電鋁排均屬鋁質，而此處卻選用了SLG-II型銅鋁過渡線夾，不符合電力系統相關規程的要求。而實踐也證明，銅質和鋁質材料直接接觸時，在周圍環境濕度較大時會形成電位差（相當于1.68V的原電池）。在原電池作用下，鋁會很快的喪失電子而被腐蝕掉，從而使電氣接頭慢慢松軟，增大接觸面的接觸電阻。長期運行會嚴重發熱，而發熱將使鋁本身的塑性變形，進一步增大接觸電阻。從而惡性循環，直到燒斷接頭。

2.線夾的質量問題

銅、鋁的焊接性能較差，即便是同種材料焊接時也要采用相應的輔助方法才能獲得較好的強度。而該線路穿墻套管與導線連接選用的SLG—III型設備線夾，是將銅板和鋁板直接焊接在一起的過渡線夾。由于是異種金屬焊接，不能使兩種母材的接口在焊接時完全而充分的形成“熔池”，加之鋁的熔點遠遠低于銅，其微觀結構不均勻，有些裂紋或裂縫甚至肉眼即可辨識。接口的強度遠遠低于預期，使銅鋁過渡處在設備線夾運行中易發生焊接部位斷裂。

3.在運行中線夾易受力

因線夾本身就存在焊接缺陷，且檢修人員在現場拆除故障設備時發現，舊線夾屬豎直安裝。該種安裝方式增加了受風面積，在長期的風擺中使得線夾缺陷擴大。加之設備線夾在電場的交變電應力作用下使得焊接缺陷進一步擴大。種種原因造成了應力的集中，從而造成了線夾的疲勞斷裂，為故障的發生埋下了隱患。此外，由于該設備線夾安裝部位在穿墻套管處，停電檢修時經常要在此處裝設接地線，運行人員在裝設接地線時多采用簡單粗暴的拉拽法，也對線夾銅鋁過渡部分造成了一定的傷害，如圖2所示。

4.當地的氣候因素

當地氣候十分干燥，少雨多風，刮風時風力較大，線夾風擺情況嚴重。事件發生當晚，該地區少見的下起了大雨，周圍空氣濕潤造成設備對地絕緣強度降低。穿墻套管表面發生沿面閃絡，使得該線路設備線夾及穿墻套管導電鋁排對地放電。在放電的過程中，產生了大量的熱量，因銅與鋁的熱膨脹系數不一樣，惡化接口的受力條件，使得本存在缺陷的設備線夾焊接部位所受應力進一步加大。加劇了線夾的缺陷，并發展為線夾銅鋁過渡部位產生虛接，電阻急劇增高，在電流流過時嚴重發熱，直到線夾燒毀。造成本已受傷的C相線夾斷裂，線路缺相運行。

5.運行巡視不到位

任何事故的發生都是由潛伏隱患生成開始，由漸變到突變，由量變到質變的擴大發展過程，最終導致成為事故。該設備線夾的銅鋁過渡部位出現斷裂事件不是突然發生的，在事件出現以前應有發熱、應力集中等缺陷，但因該線夾在進行穿墻套管位置，運行人員巡視設備時極易被忽視，未能及時發現缺陷最終導致安全事件。

四、應采取的防范措施

從以上的原因分析中可以得出結論，此次事故先是因設備線夾的錯誤選型埋下了隱患。然后由于銅鋁過渡線夾的特殊性質，該局在運行維護的過程中未能充分認識到銅鋁過渡線夾可能斷裂及斷裂后產生的后果，因此筆者認為應從以下幾個方面防范此類事故再次發生的措施。

1.嚴把設計及驗收初始關

在設備投運以前一定要嚴把設計驗收的初始關，要嚴格審查線夾的選型是否符合要求。對于諸如此類選型不當的地方要及早提出整改，力求在設備投運以前解決。同時在驗收時要重視穿墻套管及設備線夾等細小部位的驗收。對于銅鋁過渡線夾要重點檢查銅鋁過渡處有沒有裂紋。

2.使用新型的銅鋁過渡線夾

釬焊是將一薄銅片與全鋁設備線夾經藥物升溫粘連，機械力壓接后將銅片焊接在鋁板上的一種加工方式。該方式工藝簡單、質量可靠，受其他條件影響時不會出現斷裂，是最保險的銅鋁過渡設備線夾。在線夾易受機械力且必須使用銅鋁過渡線夾的地方，可使用采取釬焊工藝的新型銅鋁過渡線夾，從根本上解決銅鋁過渡線夾易斷裂的問題。但應注意的是，在施工時要按照正確的方法對其進行鉆孔或沖孔。

3.減少線夾過渡處受力

運行人員要加強對設備線夾的巡視。在巡視過程中如發現某處線夾存在嚴重風擺或者受機械力的情況，要及時上報缺陷申請處理。同時在操作隔離開關等旋轉設備時要注意與之連接的設備線夾是否會隨之扭動。如果發現扭動，也應及時上報處理。在掛接地線時應注意不能用力過猛，使線夾受傷。應選擇適當型號的接地線并按操作要求進行懸掛，以盡量減少對經常懸掛接地線部位銅鋁過渡線夾的損傷。

五、結束語

根據禹州電網歷年來的缺陷統計，自2012年至2013年因銅鋁過渡設備線夾斷裂造成的設備停電事故已發生了2起。設備線夾雖小，但其斷裂將對電網的安全運行造成巨大影響。如不能及時治理，會嚴重影響到電網的供電可靠性。目前，全網各變電站內采用老式銅鋁過渡線夾的地方還很多，在今后的檢修工作中應予以高度重視，避免類似的事件再次發生。

參考文獻

[1]國網公司安監部文件.江西南昌220kV昌東變電站母線失壓事件通報.

[2]國家電力公司發輸電運行部.電力工業技術監督標準匯編（金屬監督）.