輸電線路金具發(fā)熱及處理分析

國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司舟山供電公司 程 林 丁同臻 趙浩然 沈清野 王嘉瑋

1 輸電線路金具發(fā)熱

輸電線路長(zhǎng)期使用后，會(huì)發(fā)生線夾發(fā)熱，其作為輸電線路金具發(fā)熱的典型現(xiàn)象，如若線夾長(zhǎng)期處于發(fā)熱狀態(tài)，將直接對(duì)輸電線路運(yùn)行穩(wěn)定度造成影響，降低電力的實(shí)際輸送能力的同時(shí)，甚至還會(huì)出現(xiàn)后果無(wú)法預(yù)估的安全事故。

1.1 線夾類金具發(fā)熱主要現(xiàn)象及臨時(shí)控制

線夾類金具發(fā)熱現(xiàn)象主要有下述三種狀況，分別為線夾連接板處發(fā)熱、線夾壓接管處發(fā)熱、并溝線夾發(fā)熱。連接板處發(fā)熱在跳線設(shè)備和液壓型耐張線夾連接處較為常見(jiàn)；線夾壓接管處發(fā)熱問(wèn)題出現(xiàn)位置常集中在耐張線夾、跳線設(shè)備線夾導(dǎo)線或者線夾壓接管處，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，需要立即更換跳線、耐張線夾，隨后嚴(yán)格依據(jù)架空導(dǎo)線壓接工藝標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)施工；并溝線夾發(fā)熱則在跳線并溝線夾處最為常見(jiàn)。一旦發(fā)生明顯發(fā)熱問(wèn)題，相關(guān)人員必須立即反映，及時(shí)拆除發(fā)熱點(diǎn)跳線并溝線，待夾拆除完畢之后，還要及時(shí)將其更換為“C”型線夾[1]。

1.2 發(fā)熱缺陷發(fā)生成因

使金具出現(xiàn)溫度異常狀況的原因有很多，在電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)載的背景下，金具發(fā)熱尤為顯著。第一，接觸不良。不同金屬材質(zhì)，膨脹系數(shù)不同差異，金具在使用期間，受熱效應(yīng)影響，實(shí)際膨脹和收縮量將會(huì)有所變化，再加上持續(xù)不斷的應(yīng)力作用，金具將逐漸出現(xiàn)塑性變形狀況，各零部件之間的細(xì)微位移，也會(huì)使緊固部位明顯松動(dòng)。受振動(dòng)、電場(chǎng)等多因素影響，接觸面也會(huì)存在一定細(xì)微縫隙。第二，接觸面氧化。長(zhǎng)期暴露在大氣自然環(huán)境中，會(huì)使金具在粉塵、日曬等多重活性物質(zhì)的影響下，發(fā)生腐蝕問(wèn)題，促使表層結(jié)構(gòu)電阻呈緩慢增大。第三，施工技術(shù)不達(dá)標(biāo)。如接觸面未打磨、不平整都會(huì)為點(diǎn)接觸問(wèn)題的出現(xiàn)埋下隱患。第四，運(yùn)行超負(fù)荷。潮流把控不當(dāng)，電路電流實(shí)際值大于標(biāo)準(zhǔn)值等問(wèn)題，也會(huì)使得線路線夾發(fā)生較顯著的異常發(fā)熱問(wèn)題。第五，金具質(zhì)量不佳。線夾實(shí)體承載量與載流量存在一定信息差、接頭方式處理不當(dāng)?shù)龋紩?huì)使得金具出現(xiàn)不可控變熱問(wèn)題。

2 基于實(shí)用性的輸電線路金具發(fā)熱處理

輸電線路故障所引起的發(fā)熱集中區(qū)域，重點(diǎn)在數(shù)值較大的突出部位，如導(dǎo)線線夾或者連接螺栓等，若金具溫度長(zhǎng)期處于過(guò)高狀態(tài)，那么將不可避免出現(xiàn)金具燒壞等問(wèn)題，若不及時(shí)處理，勢(shì)必會(huì)為重大電力安全事故的出現(xiàn)埋下隱患。考慮到在輸電線路巡檢方式日益多元的今天，紅外設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)定位故障的應(yīng)用，巡查將會(huì)面臨較多的工作量，且整體呈現(xiàn)的細(xì)微部分探查精度也無(wú)法達(dá)到精準(zhǔn)預(yù)期。因此，想要高效處置輸電線路金具發(fā)熱故障問(wèn)題，積極探尋新型金具發(fā)熱故障診斷手段勢(shì)在必行。

基于此，本文提出充分發(fā)揮示溫涂料在溫度顯示上的敏感性特征，適時(shí)將室溫涂料涂抹在金具表層，當(dāng)金具局部溫度到達(dá)臨界危險(xiǎn)溫度時(shí)，涂抹顏色即會(huì)發(fā)生變化，警示人們快速采取相應(yīng)措施。同時(shí)為優(yōu)化示溫涂料故障檢測(cè)成效，本文還以模擬線路運(yùn)行階段的發(fā)熱場(chǎng)景作為依據(jù)，展開(kāi)試驗(yàn)及測(cè)量，以此確定涂料變色的具體溫度數(shù)值。

2.1 基礎(chǔ)性發(fā)熱試驗(yàn)

為進(jìn)一步判定涂料顏色變更的額定溫度值。本文計(jì)劃將電流數(shù)值上下調(diào)節(jié)，對(duì)室溫涂料展開(kāi)持續(xù)加熱處置，直至涂料徹底變更顏色；在實(shí)際操作期間，為保障整體的實(shí)驗(yàn)更具規(guī)范性，計(jì)劃采用規(guī)格統(tǒng)一的導(dǎo)線載流量和銅排進(jìn)行導(dǎo)線發(fā)熱模擬操作，并適時(shí)將室溫涂料均勻地涂在其表層部位[2]。

直至涂料完全干燥后，按220kV 線路的實(shí)際負(fù)荷逐漸實(shí)現(xiàn)電流施加處置，并借助紅外測(cè)溫儀細(xì)致觀察涂料表層溫度的分布狀況，實(shí)際數(shù)據(jù)產(chǎn)出如圖1所示。

圖1 涂料表層溫度隨時(shí)間變化曲線示意圖

由圖1的變化曲線可知，示溫涂料的涂層表面溫度會(huì)隨著時(shí)間的增加而出現(xiàn)一定上升，且整體的變化趨勢(shì)呈線性發(fā)展，在溫度瞬間加熱至150℃時(shí)，涂層會(huì)由原有的白色變?yōu)樽鼐G色，顏色變化十分顯著。

2.2 示溫涂料變色試驗(yàn)

考慮到220kV 輸電線路子導(dǎo)線可能存在斷股等質(zhì)量通病問(wèn)題，極易使得間隔棒兩端電流數(shù)值不同提供可能，在220kV 輸電線路的子導(dǎo)線，可能存在接觸不嚴(yán)或斷股等問(wèn)題，那么極易使得間隔棒兩側(cè)的電流不平衡，在大電流差值的作用下，間隔棒四維會(huì)發(fā)生明顯發(fā)熱問(wèn)題。此外，為保障在220kV輸電線路之中，示溫涂料變色特性能夠被全方位掌控，計(jì)劃通過(guò)烘箱這一器具對(duì)試板涂層實(shí)現(xiàn)持續(xù)緩慢升溫處置，并時(shí)刻控制介入條件，確保其升溫過(guò)程能夠和220kV 線路在超負(fù)荷狀態(tài)下發(fā)熱過(guò)程趨于一致。

2.2.1 涂料樣板準(zhǔn)備

示溫涂料嚴(yán)格依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)比例，配制完畢后，先靜置0.5h，隨后將其放進(jìn)球磨機(jī)進(jìn)行多次研磨，最后利用空壓機(jī)，將研磨碎料噴涂在指定板的表層。

2.2.2 生成結(jié)果

涂料表層室溫，經(jīng)固化后，順利實(shí)現(xiàn)顏色變更，變?yōu)榘咨Ｔ诟邷睾嫦鋬?nèi)實(shí)現(xiàn)持續(xù)逐漸升溫，每間隔10℃，進(jìn)行一次紅外測(cè)溫，并實(shí)時(shí)記錄具體的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)。同時(shí)，還要積極觀察涂層顏色的變化狀況。本案例所觀察的具體結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 持續(xù)升溫過(guò)程下的涂層顏色變化情況

由表1實(shí)際生成數(shù)據(jù)可得知，當(dāng)器具順利加熱到150℃左右時(shí)，涂層的顏色會(huì)由初期的白色變?yōu)樽罱K的黃色，變色前后的色差十分顯著。

2.3 發(fā)熱故障診斷

由上文實(shí)驗(yàn)可知，利用示溫涂料來(lái)檢測(cè)發(fā)熱狀況及發(fā)熱方位的方法是可行的，相關(guān)介質(zhì)的介入，可幫助工作人員快速定位故障位置，并為后續(xù)原因的深究提供可能。在此需注意，考慮到示溫涂料在具體用于輸電線路金具發(fā)熱檢測(cè)過(guò)程中，會(huì)重點(diǎn)涂刷在絕緣子金具等部位，線路故障一旦發(fā)生，部位發(fā)熱溫度會(huì)明顯高于平常溫度。因而在具體選擇期間，為優(yōu)化整體的發(fā)熱故障診斷成效，要有意識(shí)地選取與故障溫度近似的值，作為變色閾值上限。同時(shí)，還要保障室溫涂料的最高熔點(diǎn)大于設(shè)計(jì)發(fā)熱的最大溫度，嚴(yán)防涂料后，受自然因素，如空氣及水分侵入，使老化問(wèn)題加劇，出現(xiàn)不可控的發(fā)熱增加問(wèn)題。

針對(duì)變色下限、上限溫度設(shè)計(jì)工作。考慮到輸電線路在夏季高溫的作用下，會(huì)使導(dǎo)線和其他近距接觸部位，出現(xiàn)發(fā)熱溫度不可控變大等情況。為此，應(yīng)將溫度最大值，當(dāng)作本次涂料變色溫度下限[3]。

本案例利用紅外測(cè)試儀觀察了某條典型輸電線路在夏季用電負(fù)荷超高峰時(shí)期的各部分發(fā)熱溫度，具體見(jiàn)表2。

表2 基于典型的220kV 輸電線路夏季大負(fù)荷階段常規(guī)發(fā)熱部位溫度

由表2可知，基于導(dǎo)線線夾這一主體層面來(lái)看，此主體在經(jīng)歷多重負(fù)載運(yùn)作下，最大溫度也僅為78℃，離90℃依舊存在一定距離。故將90℃當(dāng)作是涂料變色溫度下限值是可行的；存在最嚴(yán)重發(fā)熱問(wèn)題的輸電線路，絕緣子近距的溫度數(shù)值雖然最高，但也并未超過(guò)160℃。因此，為保障涂料能夠順利反映出不同金屬部位故障，可將160℃這一數(shù)值，當(dāng)作室溫涂料變色上限節(jié)點(diǎn)。

3 實(shí)例分析

某電力公司220kV 官磁線，在2009年開(kāi)始投運(yùn)，于2020年從線路“T”接一回至新建的220kV 變電站后，線路一直處于超高負(fù)荷狀態(tài)。線路耐張線夾屬螺栓型線夾，跳線線夾為并溝線夾JB。絕大部分塔體，如#1-#10塔等，其所處方位，都位于城市工業(yè)園區(qū)內(nèi)，面臨較為嚴(yán)峻的大氣污染問(wèn)題，輸電線路、導(dǎo)線間距等細(xì)節(jié)主體都有被腐蝕影響的可能。

為確保輸電線路，處于用電高峰時(shí)期時(shí)，能夠高效滿足居民用電需要，平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)電路輸送，運(yùn)營(yíng)部門(mén)需要提高思想站位，自覺(jué)對(duì)線路線夾、線路接續(xù)管等導(dǎo)線接頭處落實(shí)本案例所提出的“基于示溫涂料視角的輸電線路金具發(fā)熱故障診斷”措施，發(fā)現(xiàn)變色示溫出現(xiàn)明顯變色，在充分定位故障出現(xiàn)位置具體方位（#8塔A 相測(cè)初支線夾）后，相關(guān)人員積極地借助紅外成像測(cè)溫檢測(cè)，對(duì)所發(fā)現(xiàn)位置，即#8塔A 相測(cè)初支線夾，實(shí)現(xiàn)測(cè)溫處置，依據(jù)實(shí)際結(jié)果發(fā)現(xiàn)最高溫度高達(dá)168.62℃，依據(jù)金具引流板發(fā)熱溫差不得大于等于80%規(guī)定，此種缺陷屬于較典型的I 缺陷，必須立即處置。

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，作業(yè)人員立即反應(yīng)，并通過(guò)細(xì)致化燈塔近距離檢查，決定先針對(duì)問(wèn)題主體，即并購(gòu)線夾螺栓，進(jìn)行緊固優(yōu)化處置，并二次加裝跳線。初處置完成后，線夾溫度順利恢復(fù)常態(tài)，但多月運(yùn)轉(zhuǎn)之后，當(dāng)對(duì)此問(wèn)題跳線實(shí)現(xiàn)二次紅外測(cè)溫檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)溫度比上次的168.62℃還高，且溫升速度較快，對(duì)此運(yùn)營(yíng)部門(mén)立即向調(diào)度部門(mén)申請(qǐng)落實(shí)停電消缺處置。

同時(shí)，針對(duì)本案例檢測(cè)實(shí)際生成數(shù)據(jù)，對(duì)接頭線夾的發(fā)熱原因進(jìn)行了分析總結(jié)。經(jīng)過(guò)實(shí)際考量，將線夾發(fā)熱原因歸結(jié)為下述兩個(gè)方面。一是緊固螺栓連接不嚴(yán)、松動(dòng)問(wèn)題嚴(yán)重。JB 螺栓并溝線夾一經(jīng)投入使用，會(huì)長(zhǎng)期位于微風(fēng)振動(dòng)狀態(tài)，導(dǎo)線和金具在熱脹冷縮作用下會(huì)出現(xiàn)程度不一的間隙，而上述多種狀況的出現(xiàn)，都極易使得螺栓緊固力出現(xiàn)不穩(wěn)固狀態(tài)，致使接觸點(diǎn)接觸電阻數(shù)值明顯大于標(biāo)準(zhǔn)值。二是線夾結(jié)構(gòu)規(guī)格不佳，離預(yù)期存在一定差距。所使用的JB 螺栓并溝線夾和多元導(dǎo)線，連接處存在一定的縫隙，且線夾多位于工業(yè)生產(chǎn)區(qū)域，遭受的污染種類較為多樣，粉塵及污染氣體顆粒等極易在不經(jīng)意間貼附到縫隙之中，使得線夾密封性能越來(lái)越差，長(zhǎng)此以往，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致線夾出現(xiàn)接觸不良狀況，而出現(xiàn)明顯的發(fā)熱問(wèn)題[4]。

最后為確保此次發(fā)熱問(wèn)題徹底解決，相關(guān)人員基于統(tǒng)籌發(fā)展視角，從結(jié)構(gòu)、運(yùn)維、檢修三個(gè)方面出發(fā)，對(duì)控制線夾的接觸電阻進(jìn)行把控。在結(jié)構(gòu)上使用雙接觸面的線夾，盡可能減少對(duì)JB 螺旋形線夾的使用頻次。在運(yùn)維層面上則要嚴(yán)格依據(jù)本案例所提及的監(jiān)測(cè)管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)線夾進(jìn)行全維度檢查，就檢修層面而言，則要充分與線路停電作業(yè)配合，自覺(jué)對(duì)線夾進(jìn)行緊固處理，對(duì)螺栓緊固力矩進(jìn)行細(xì)致檢查，以促使緊固力矩能夠順利達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值。

待所有預(yù)防處置步驟落實(shí)之后，筆者再一次以示溫涂料為判斷依據(jù)，對(duì)輸電線路金具發(fā)熱故障進(jìn)行診斷，此次診斷涂料并未出現(xiàn)明顯變色，由此得知，借助本案例研發(fā)的輸電線路金具發(fā)熱高溫故障診斷系統(tǒng)，工作人員可以快速定位故障部件，并采取相應(yīng)的解決策略，效率較高，值得推廣。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在輸電線路長(zhǎng)期使用的背景下，輸電線路金具發(fā)熱屬常有現(xiàn)象，為有效防止金具因異常發(fā)熱，而對(duì)輸電線路常規(guī)運(yùn)電造成影響，采取有效發(fā)熱故障監(jiān)測(cè)作業(yè)十分關(guān)鍵，而本文所提出的以示溫涂料為依據(jù)的輸電線路金具發(fā)熱故障診斷系統(tǒng)，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，效果優(yōu)良，可幫助工作人員快速定位故障發(fā)生區(qū)域位置，使日后高效制定適配度更高的針對(duì)性處理方案成為可能。