淺議高壓輸電線路發熱故障的原因分析與處理

國網西安供電公司 常冀閆

以往，線路故障均是以人工方式進行排查，其勞動強度大、效率低，特別是高壓輸電線路上相對典型的發熱故障，利用人工巡線很難全面排查。即便找到苗頭，也沒有辦法定性分析。而憑借不停電、長途、效率高等諸多優勢，紅外檢測技術在高壓輸電線路中起著重要的作用。本文梳理了高壓輸電線路溫升的原因及其判斷方法，結合具體案例進行分析，并提出針對性的處理措施。

1 高壓輸電線路發熱故障的原因

1.1 氧化腐蝕

高壓輸電線上，接觸頭并不平整，加上長時間裸露于空氣中，經過風吹日曬、化學腐蝕，以及復合脂封閉性遭受不同程度的破壞，使輸電線中流竄空氣，氧化甚至腐蝕導體接觸面，使其發生銹蝕，電阻擴大到之前的數十甚至數百倍。同時，銅鋁節點處理出錯也會引起電腐蝕，加大接觸電阻，令輸電線路發熱，最終引起故障。[1]

1.2 導線接頭連接不緊

螺栓不相配、未擰緊、連接部位長期震動或是抖動，連接頭松弛或是螺絲松動，擴大接觸點原來的接觸面，增加了電阻。一旦有電流經過，溫度隨即上升，長期溫度過高必然會燒毀整個線路，對供電活動產生影響。

1.3 線路安裝工藝水平低

線路安裝中，接頭通常都是選擇簡單的方法進行安裝。在施工、檢修階段，由于人員能力、資質有限，無法確保施工質量。安裝時，接頭未能完全固定，螺絲在某個時段內松動；線夾、導線接續簽未充分清刷，未涂抹或不充分涂抹電力復合脂。這就可能令線路受潮，出現部分氧化，電阻增加引起發熱。導線、線夾規格不匹配，輸電線連接點的截面和導流功能之間不協調。鋁導線、銅導線在連接時并未使用鋁銅過渡頭；線夾結構不合理，使其線端口斷股；對螺絲進行固定時，沒有放置彈簧墊圈。在熱脹冷縮的作用下，螺絲經常性松動。這種粗糙的安裝工藝，也是線路發熱故障的最大原因之一。

2 溫升判斷方法及測量溫升方法

表1 設備溫升與缺陷嚴重程度相關性

通常，高壓架空線路溫度均是交由專人巡線，如遙視溫度貼片法或是紅外測溫法。遙視溫度貼片法，指的是在顏色各異的溫度貼片上，分別粘貼導線不同的連接點。當溫度上升后，貼片也會逐漸融化。利用望遠鏡，我們可以觀察到不同貼片在不同溫度值下發生的改變，以便對溫度做出基本的判斷。而遠紅外測溫法，已成為目前常用的方法。利用遠紅外測溫儀來對耐張跳線連接點進行檢測，要求紅外線測溫人員提前登上桿塔，在現場進行檢測掃描。同時，掃描位置必須和連接點之間相隔30m 以上，以保證結果的正確性[2]。

3 高壓線路發熱故障實例分析

3.1 工程概況

某110kV 輸電線路，長期超負荷狀態運行。為確保線路安全，現場人員對本線路展開了特巡。期間，輸電人員利用紅外線技術來檢測桿塔上各個跳線連接點上顯示的溫度。可見，#8桿A相跳線上，大號側第2只并溝線夾可見異常的發熱現象，峰值72.7℃，而環境、正常點溫度分別是29.0℃、29.1℃。據悉，相對溫差接近于99.6%，負荷76MW，電流大小399A；#13桿A 相跳線，也有發熱的現象，溫度峰值141.6℃，而正常點僅37.5℃，相對溫差達到99.2%。線路負荷：81MW，電流：430A。當負荷擴大后，發熱點溫度也會持續地上升。因此，需要選擇適當的技術將其消除。否則，電網運行也會大受威脅。

3.2 高壓線路發熱原因分析

3.2.1 #8桿發熱情況分析

架空線路跳線，通常會選擇2個并溝線夾過流。一般情況下，發熱的僅僅為線夾之一（設線夾2檢測出發熱現象）。很多人認為，這是因為線夾2接觸不良，也就是電阻過大導致。因此，他們僅會對線夾2進行處理。過段時間，線夾2再次發熱。作者認為，線夾2發熱是由于線夾1自身的接觸電阻來決定。假如接觸電阻偏小，就算線夾2電阻略大，也不至于發熱。

眾所周知，當電流I 穿越電阻為R 的接頭時，其功率為：

P——接頭發熱主要的能量源。假如無法散熱，P 會增加接頭原來的溫度。其實，散熱、發熱兩種現象是同步的。因此，溫升ΔT 并非直線上升。相反，屬于指數曲線上升狀態。在某個時段后，接近于平穩。我們在意的并非溫升過程，而是溫升值ΔT。

P——熱流，也就是熱功率；Rr——接頭熱阻，單位K/W。

回歸分析模型的復確定系數（Rsquare）代表模型對數據的解釋度，范圍0～1。通常，解釋度越接近1，模型的解釋度越強；相關系數絕對值越大，越具有強大相關性。由2條曲線走勢并結合復確定系數R2=0.909（復相關系數R=0.954），可以得出預測曲線與實測曲線擬合度很好的結論。

當溫升處于相對平穩后，電流I 也會利用接頭，釋放出一定的功率P ＝I2R，也就是熱流。

Rr——每瓦熱流時反饋得到的穩定溫升值。根據傳導、輻射，以及對流，向外界傳遞的熱量大小。散熱越是迅速，穩定溫升ΔT 相對則會越小。換句話說，熱阻自然會越小。反過來，也是如此。據式（3），影響接頭溫升的因素共有3個：一是接頭電阻R，二是負荷電流I，三是熱阻Rr。后續分析中，線路上顯示的負荷電流I、熱阻Rr均為定數。設線夾1、2的電阻依次是R1、R2，類似于并聯。代入式（3），則：

ΔT2代表線夾2相應的穩定溫升。

如果電流I、熱阻Rr維持恒定，線夾2的溫升很大程度上是由數值來決定。R1越大，意味著溫升ΔT2相對也就會越大。R1越大，R2穿過的分流自然也就會越大。R1、Rr是個定數，故溫升ΔT2相對也會越高。線夾2發熱，其根源并非僅僅線夾2接觸不良，某些情況下也會遭受線夾1接觸電阻的干擾。和接頭2相比，接頭1的電阻也會大很多。為此，不少負荷電流能夠順利地穿過接頭2。接頭溫升，與電流平方存在顯著的正相關。正因此，發熱的只有接頭2，但接頭1發熱并非如此。電阻越大，接頭2溫升反而會更顯著。對發熱故障進行處置時，我們不能只考慮接頭2，而忽略接頭1。否則，后續接頭2會再次發熱。

處理方法：最好的方式，是對線夾1、2進行重新清理，同時涂抹一層導電油脂，并以細鋼進行涂刷，并重新安裝。

3.2.2 #13桿A 相跳線并溝線夾發熱分析

登桿檢查：#13桿A 相跳線尾線也會暴露出散股，和并溝線夾相比，跳線溫度高了很多。#13桿鋪設于農田，附近還有一家食品廠，其生態遭到不同程度的污染。從相片來看，跳線上黏附較多的污染物。另外，溝線夾表面同樣可見較多的污染。從外觀來看，并溝線夾的性能、質量相對較差，同時線夾外表顏色偏黑，有少量的坑洼。

實踐表明，在高壓線路上，線路金具容易出現突出的熱缺陷，尤其是耐張線夾、跳線線夾以及接續管等重要的連接部位。根據近年對數千個外部熱故障數量進行統計，得知在外部熱故障中，線夾、刀閘觸頭的占比高達77%，其平均溫升接近于30℃，剩余外部接頭，其溫升介于20℃～25℃。對此，我們分析過熱是由下列三個原因導致的。一是氧化腐蝕。導體接頭長時間裸露于空氣中，日曬雨淋、結露，加上表面有化學氣體的入侵，令導體表面受到銹蝕甚至氧化。此時，金屬接觸面表現的電阻率也會隨之增大，相比原來增加數十甚至百余倍。二是接頭松動。經過長時間的機械振動或是風力影響，導體連接點反復地擺動，其壓接螺絲也有不同程度的松動。三是安裝不到位。未提前對接頭緊固件進行擰緊；螺絲上下尚未擺放專業的彈簧墊圈，一旦溫度有異常，也會導致松動；未提前對導線、線夾進行仔細的清刷，也沒有使用電力復合脂，加上復合脂也未完全封閉，使其頻繁地侵入潮氣，造成氧化，接觸電阻隨之擴大，致使發熱；銅接點或是鋁導線均未使用任何的銅鋁接頭；線夾錯亂，端口嚴重地斷股；線夾、導線并不協調，影響了自身的導流能力；磁滯渦流過度地損耗[3]。

處理方法如下。

一是確保金具品質。尤其是母線或是設備線夾，應當選擇性能佳、質量達標的產品，使其載流量、熱穩定性符合國家的標準。設備線夾，最好是銅鋁過渡產品。一切粗劣不合格的產品，都不能投放于網絡建設中。

二是防氧化。在接頭表面，應當注重防氧化，將原來使用的凡士林，更換為新一代的導電膏，即電力復合脂。

三是接觸面處理。對于某些平整度不佳的接頭接觸面，需借助銼刀進行鏟平，將毛刺予以銼掉，讓接觸面看上去更加光潔。不過，母線加工完畢后，其銅質必須小于原截面的3，而鋁質也要小于5。

四是控制好緊固壓力。在接頭連接方面，有些檢修人員可能會有錯誤的認知，覺得螺栓越緊就越好，實際上并非如此。緊固時，螺栓切勿擰得太緊，最好是彈簧墊圈壓平即可。若有必要，需借助力矩扳手加以緊固，避免壓力過大。

五是優化工藝程序。對于連接點安裝，須編制科學的技術規范。結合連接點過熱的劃分，建立工藝規程。關于故障率，液壓顯著地低于爆壓線路金具。以陜西高壓線路為例，在改用液壓接續金具后，整個線路的故障率比之前下降不少。

六是檢測措施。對于運行設備，現場人員要重點對接頭進行檢查，判斷有無發熱。有些連接點，以目測的方式即可判斷。一旦連接點溫度過高，其表面也會變得毫無光澤。導體部位的連接點，涂刷上去的色漆相比之前也會更深。

3.3 處理結果

經審批，決定對本線路實施停電消缺。輸電班人員需要立即對線路進行檢修，尤其是發熱相中的所有跳線并溝線夾，都要逐一換新，以保證線夾擁有合格的導電性能。更換時，最好使用磨砂紙進行初步打磨，將表面的污垢予以消除。同時，涂抹適當的導電脂。#13桿A 相跳線并溝線啟動后，我們看到有1個導線駁口，確定為安裝遺留，與前述分析相符。處理方法均以分析數據為準。供電恢復后，輸電人員重新利用紅外成像測溫技術對這兩處設備進行檢測，得知發熱處并溝線夾后續的溫度已基本恢復。

4 結語

輸配電網作為用戶、電力企業雙方的溝通橋梁，其線路長時間暴露于野外，運行條件相對煩瑣，線路老化，容易出現各類故障。如何對輸配電線路發熱故障進行識別、解決，這是擺在電力企業、運行人員面前的艱巨任務。因此，輸配電線路發熱現象的解決，須從設備、環境和施工等各個方面入手，排查線路故障隱患，確保輸配電網的安全、長久運行，滿足群眾的用電需求。