闞　澤，黃道均，劉　瑜

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

變電設(shè)備接頭發(fā)熱原因分析及對策

闞澤1，黃道均1，劉瑜2

（1.國網(wǎng)安徽省電力公司檢修公司，合肥230061；2.國網(wǎng)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(shè)備接頭發(fā)熱缺陷進(jìn)行統(tǒng)計分析。從發(fā)熱缺陷的類型、區(qū)域、時間3個方面對變電站一次設(shè)備接頭的發(fā)熱缺陷情況進(jìn)行總體分析。查找變電一次設(shè)備接頭發(fā)熱缺陷的原因，指出需要重點關(guān)注的一次設(shè)備接頭和關(guān)鍵部位。結(jié)合設(shè)計、施工和日常運行維護(hù)等環(huán)節(jié)，提出減少變電站一次設(shè)備接頭發(fā)熱缺陷的措施。

一次設(shè)備；設(shè)備接頭；發(fā)熱缺陷；對策

0　引言

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

針對電流致熱型設(shè)備缺陷，對輸變電一次設(shè)備接頭發(fā)熱缺陷產(chǎn)生的直接原因進(jìn)行分析，梳理超、特高壓電網(wǎng)輸變電一次設(shè)備接頭典型發(fā)熱缺陷，指出需要重點關(guān)注的設(shè)備接頭和部件，并結(jié)合設(shè)計、施工和日常運行維護(hù)等環(huán)節(jié)，提出針對性防范和改進(jìn)措施。

1　輸變電一次設(shè)備接頭發(fā)熱缺陷分析

1.1發(fā)熱缺陷的類型分析

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

1.2發(fā)熱缺陷的區(qū)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(shè)備共發(fā)生設(shè)備發(fā)熱缺陷159起，其中危急缺陷8起，占5.0%；嚴(yán)重缺陷43起，占27.1%；一般缺陷108起，占67.9%。

輸變電一次設(shè)備載流元件接頭發(fā)熱缺陷，在電力行業(yè)缺陷統(tǒng)計中一般描述為“接觸不良過熱”。輸變電一次設(shè)備接頭經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)熱的部位有：

1）電氣設(shè)備與金屬部件的接頭和線夾（線夾和接頭為發(fā)熱中心區(qū)域）；

2）輸電導(dǎo)線連接器，如耐張線夾、接續(xù)管、修補(bǔ)管、并溝線夾、跳線線夾、T型線夾、設(shè)備線夾等（導(dǎo)線為發(fā)熱中心區(qū)域）；

3）隔離開關(guān)的轉(zhuǎn)頭和刀口（轉(zhuǎn)頭和刀口壓接彈簧為發(fā)熱中心區(qū)域）；

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

6）電流互感器（以串并聯(lián)出線頭、大螺桿出線夾為發(fā)熱中心區(qū)域）。

圖1和圖2為所統(tǒng)計變電站范圍內(nèi)，輸變電一次設(shè)備發(fā)熱缺陷按嚴(yán)重程度的分類情況。

圖1　設(shè)備接頭一般發(fā)熱缺陷統(tǒng)計

圖2　設(shè)備接頭嚴(yán)重發(fā)熱缺陷統(tǒng)計

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

1.3發(fā)熱缺陷的時間分類

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

圖3　輸變電設(shè)備發(fā)熱缺陷發(fā)生月份統(tǒng)計

2　發(fā)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(xiàn)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(xiàn)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(rèn)為接觸材料為同一材質(zhì)；ξ為材料變形系數(shù)，一般取0～0.3，當(dāng)壓力很大時可取為1；n為金屬接觸面的實際接觸點數(shù)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(zhì)、接觸面所受正壓力、接觸面表面狀態(tài)、使用電壓和電流相關(guān)。

輸變電一次設(shè)備所使用的設(shè)備線夾和接頭材質(zhì)多為鋁制或者包含銅鋁過渡材質(zhì)，當(dāng)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(dāng)提高接觸面間的正壓力時，觸點數(shù)目也會伴隨增加，使得集中電阻值下降，進(jìn)而使接觸電阻值下降。

接觸面表面存在由于灰塵、油污等機(jī)械附著形成的較松散的表膜以及由于物理吸附或者化學(xué)吸附所形成的污染膜，由于其帶有微粒物質(zhì)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(dá)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(yīng)導(dǎo)致的膜層附近的化學(xué)反應(yīng)，其對膜層具有一定的修復(fù)作用，導(dǎo)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(fā)生很大的變化。接觸面間所通過電流達(dá)到一定值時，根據(jù)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(shè)備接頭發(fā)熱缺陷的統(tǒng)計分析和現(xiàn)場檢修經(jīng)驗，造成發(fā)熱的原因［6-7］主要有接頭氧化、安裝工藝質(zhì)量不到位、金具質(zhì)量不合格等。

接頭氧化腐蝕。在一定的電流條件下，接頭發(fā)熱的嚴(yán)重程度主要是由接觸電阻的大小所決定的。隨著導(dǎo)流面的逐漸氧化，必然引起接頭連接處接觸電阻的增大，導(dǎo)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(xué)腐蝕，當(dāng)兩種不同的導(dǎo)電金屬接觸在一起，在水與二氧化硫等的作用下，便出現(xiàn)了電化學(xué)反應(yīng)，對金屬進(jìn)行腐蝕，使接觸面減小引起發(fā)熱。

安裝工藝質(zhì)量不到位。在當(dāng)前的設(shè)備安裝中，除按技術(shù)指標(biāo)或按設(shè)計要求施工外，對設(shè)備接頭部分的工藝質(zhì)量控制一般局限在比較粗略的方法上：如接觸面平整、涂導(dǎo)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(jìn)行測量等。由于目前對接頭裝配質(zhì)量的工藝控制上缺少定量技術(shù)指標(biāo)，因此接頭的接觸質(zhì)量就會因現(xiàn)場工作人員對此項技術(shù)的掌握程度或工作經(jīng)驗差異而有所不同，導(dǎo)致對接頭的接觸質(zhì)量難以保證。安裝過程中，安裝調(diào)整不當(dāng)或工藝不到位，造成部分接頭裝配存在明顯的質(zhì)量問題，如有關(guān)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(dǎo)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(tài)夾緊力不夠或插入不夠等，都會使一些接觸部位發(fā)熱等。

金具質(zhì)量不良。接線板螺栓孔加工過程中，未采用坡度設(shè)計，造成螺栓孔卷邊，形成毛刺，導(dǎo)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(jìn)而演化成整體發(fā)熱。另外，如果設(shè)計裕度不足，連接發(fā)電廠的線路由于電流過大，當(dāng)載流密度不足時，在運行中發(fā)熱最嚴(yán)重。按照DL 5222—2005《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計技術(shù)規(guī)定》，500 kV及以下電壓等級交流設(shè)備，當(dāng)電流大于2 000 A時，接觸面兩側(cè)均是銅質(zhì)材料時，載流密度不能大于0.12 A/mm2；接觸面兩側(cè)均是鋁制材料時，載流密度不能大于0.0936A/mm2。

螺栓規(guī)格不符合規(guī)定。電抗器設(shè)備接線端子與母線連接，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)其額定電流大于1 500 A時，應(yīng)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(xiàn)場施工過程中，施工單位為了節(jié)約成本，方便日后維護(hù)時螺栓拆卸，多采用磁性金屬材料螺栓。

2.3一次設(shè)備主要發(fā)熱部位分類

2.3.1閘刀轉(zhuǎn)動軸軟連接部位

2015-02-17，某變電站運維人員進(jìn)行設(shè)備紅外測溫工作時，發(fā)現(xiàn)2號主變壓器1號低抗3211隔離開關(guān)B相開關(guān)側(cè)底座轉(zhuǎn)動軸軟連接部分發(fā)熱，溫度達(dá)118℃，后臺監(jiān)控測溫時電流為990 A，如圖4、5所示。

對3211隔離開關(guān)兩側(cè)支持瓷瓶上方軟連接（從觸指至導(dǎo)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(guān)流變兩側(cè)接線板進(jìn)行回路電阻測試結(jié)果如表1所示。檢修過程中發(fā)現(xiàn)軟連接接線板處導(dǎo)電膏涂抹非常不均勻，如圖6所示。

圖4　3211隔離開關(guān)B相發(fā)熱位置

圖5　3211隔離開關(guān)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(jìn)行設(shè)備紅外測溫工作時，發(fā)現(xiàn)3號主變低壓側(cè)套管C相導(dǎo)線接頭發(fā)熱，C相溫度為90.7℃，如圖7所示。

圖6　3211隔離開關(guān)B相導(dǎo)電膏涂抹不均勻

圖7　3號主變壓器低壓側(cè)　套管C相發(fā)熱位置

2.3.3隔離開關(guān)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(guān)側(cè)接頭發(fā)熱，B相開關(guān)側(cè)接線板發(fā)熱100℃（A相74℃，C相76℃），電流932.45 A。據(jù)此，對B相開關(guān)側(cè)接線板進(jìn)行回路電阻測試。測試結(jié)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(fù)，復(fù)測回路電阻明顯降低，復(fù)測結(jié)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(dǎo)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(shè)備開展了停電前的紅外測溫，發(fā)現(xiàn)1號主變壓器35 kV A相匯流母線B、C相線夾發(fā)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(fā)熱缺陷預(yù)防措施

3.1設(shè)計、施工驗收階段

結(jié)合發(fā)熱缺陷的產(chǎn)生根源，輸變電一次設(shè)備接頭在設(shè)計施工階段主要面臨的發(fā)熱缺陷潛在原因有：線夾接觸面面積過?。汇~、鋁線夾間的銅鋁過渡板未安裝、裝反；導(dǎo)電部位材質(zhì)問題；接觸面不平整、有雜物或?qū)щ姼嗤磕ú痪鶆?；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(yán)把采購關(guān)，防止不合格設(shè)備流入電網(wǎng)；嚴(yán)格執(zhí)行安裝工藝質(zhì)量控制；嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)備進(jìn)行驗收，重點查看一次設(shè)備回路電阻、螺栓力矩值等，加大設(shè)備驗收力度。

3.2設(shè)備日常運行維護(hù)階段

輸變電一次設(shè)備接頭在日常運行維護(hù)階段主要面臨的發(fā)熱缺陷潛在原因有：接線板接觸面導(dǎo)電膏干裂；螺栓松弛等導(dǎo)致的接觸不良；由于設(shè)計原因或者產(chǎn)品質(zhì)量瑕疵所致的隔離開關(guān)導(dǎo)電桿發(fā)熱；隔離開關(guān)刀口發(fā)熱。隔離開關(guān)合閘不到位，導(dǎo)致動、靜觸頭之間夾緊力度不夠；隔離開關(guān)刀口銹蝕，污穢嚴(yán)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(yīng)注意加強(qiáng)對設(shè)備巡視，嚴(yán)格按照DL/T 393—2010《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》要求對設(shè)備進(jìn)行測溫，尤其高負(fù)荷期間更要對發(fā)熱線夾溫度精確測量，防止遺漏負(fù)荷最高時的溫度值。對于接觸面類發(fā)熱消缺時嚴(yán)格按照工藝要求，使用酒精、棉布、砂紙等對接觸面進(jìn)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(shù)據(jù)記錄存檔。

表2　鋼制螺絲緊固力矩值

4　結(jié)語

有效控制變電設(shè)備接頭發(fā)熱需要在日常巡視、設(shè)備檢修、技術(shù)改造、竣工驗收等各個環(huán)節(jié)均加以把控，確保安裝、檢修工藝質(zhì)量。同時，也需要針對不同類型、不同部位的發(fā)熱缺陷進(jìn)行統(tǒng)計歸類分析，研究有針對性的技術(shù)措施，以避免由于變電設(shè)備接頭發(fā)熱給電網(wǎng)帶來的重復(fù)停電。

針對設(shè)備接頭發(fā)熱缺陷，應(yīng)該考慮以下幾個方面：導(dǎo)電膏材質(zhì)的選取及涂抹方式應(yīng)建立統(tǒng)一規(guī)范和相應(yīng)考核標(biāo)準(zhǔn)，目前一次設(shè)備接線板等部位導(dǎo)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(jīng)驗進(jìn)行，有必要針對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研制涉及方便導(dǎo)電膏涂抹的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)工器具；日常運行過程中，運維人員應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行DL/T 664—2008，進(jìn)一步收集整理特別是針對超、特高壓變電站一次設(shè)備發(fā)熱缺陷的典型圖譜，進(jìn)而針對設(shè)備各種類型的發(fā)熱缺陷建立圖譜庫。

［1］DL/T 664—2008帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則［S］.

［2］GB 763—1990交流高壓電器在長期工作時的發(fā)熱［S］.

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

［4］郭海清，張學(xué)眾.電氣設(shè)備接頭發(fā)熱原因分析和預(yù)防［J］.供用電，2002，19（1）：38-39.

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

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

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

［8］Q/CSG 114002—2011電氣設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)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(guī)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(shè)備檢修工作。