汪 恒, 魏 震, 王群鋒, 柴 源

(國網(wǎng)河南直流中心, 鄭州 450000)

0 引 言

線夾作為架空輸電線路的重要組成部分,應(yīng)用廣泛,用量頗大,其運行狀態(tài)關(guān)系著輸電線路的電能輸送容量、質(zhì)量。線夾長期裸露運行在外界環(huán)境之中[1-7],導(dǎo)線的風(fēng)偏舞動、線夾運行時的熱脹冷縮、接觸表面的氧化腐蝕等都會引起線夾與導(dǎo)線之間的實際接觸面積減小,導(dǎo)致接觸電阻變大,在流過大電流時引起線夾發(fā)熱。在電流大小不變的情況下,線夾發(fā)熱不具有自恢復(fù)性,且具有極端發(fā)展性,若不能得到及時、有效的治理,持續(xù)發(fā)熱會導(dǎo)致線夾、導(dǎo)線燒壞甚至斷線的現(xiàn)象,甚至威脅人身、電網(wǎng)、設(shè)備的安全。

目前,對于線夾發(fā)熱機理和線夾溫升影響因素的研究較多,文獻[8-12]通過有限元仿真計算分析了電流大小、螺栓力矩、接觸面接觸系數(shù)等對線夾溫度場分布的影響;文獻[13-17]基于試驗分析了螺栓應(yīng)力、接觸面接觸系數(shù)對線夾溫升的影響。但是對于線夾發(fā)熱處理措施的研究較少,現(xiàn)今的線夾發(fā)熱隱患治理方法多為打磨引流板之間接觸面,涂抹導(dǎo)電脂,對于壓接線夾壓接管與導(dǎo)線之間松動引起的線夾發(fā)熱采取拆除發(fā)熱線夾,更換新線夾的方法。然而更換新線夾需要將與原線夾壓接部分的導(dǎo)線剪除,并重新壓接,導(dǎo)線長度會縮短,這樣會改變原設(shè)計導(dǎo)線的受力狀態(tài),不利于線路安全穩(wěn)定運行。此外,更換新線夾工序相對復(fù)雜,工期較長,不利于能量利用率的提高。

本工作基于靈寶換流站換流變壓器間隔引線3332A相線夾發(fā)熱缺陷,通過數(shù)值仿真計算分析了線夾發(fā)熱原因,并提出一種導(dǎo)流線夾發(fā)熱隱患治理的方法,經(jīng)實際應(yīng)用證明,此方法實際可行,對線夾發(fā)熱隱患治理具有較大應(yīng)用參考價值。

1 線夾發(fā)熱隱患的發(fā)現(xiàn)及發(fā)熱情況

靈寶換流站在進行全站一次設(shè)備紅外測溫時發(fā)現(xiàn)020B換流變壓器間隔引線3332A相線夾(L型壓接線夾)壓接管部位發(fā)熱,發(fā)熱部位溫度高達61.5 ℃,對比相B、C兩相溫度分別為15.0,15.3 ℃,此時流過該線夾的電流為601.2 A,室外環(huán)境溫度為8.7 ℃,風(fēng)速為4 m·s-1。線夾發(fā)熱隱患處理前紅外測溫圖譜見圖1。

圖1 線夾發(fā)熱隱患處理前A、B、C相紅外測溫圖譜

根據(jù)相對溫差計算公式[18-19]計算可得三相之間相對溫差:

式中:δt為相對溫差,℃;T1為發(fā)熱點溫度,℃;T2為對比點溫度,℃;T0為環(huán)境溫度,℃。

計算結(jié)果見表1。

表1 發(fā)熱隱患處理前三相線夾相對溫差與絕對溫差

由表1可知:發(fā)熱隱患處理前,A相與對比相B、C兩相之間相對溫差均超過80%,A相線夾發(fā)熱缺陷達到嚴重缺陷類型,須盡快消除缺陷[20]。

2 基于有限元法線夾發(fā)熱仿真計算

由紅外測溫圖譜可知,發(fā)熱部位在壓接管處,初步認為該發(fā)熱隱患為壓接管與鋼芯鋁絞線之間壓接松動,接觸電阻增大,最終導(dǎo)致線夾發(fā)熱。基于有限元法,對上述發(fā)熱缺陷進行仿真計算,并與實測值進行對比分析。

2.1 線夾發(fā)熱仿真計算模型

線夾結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2。

表2 線夾結(jié)構(gòu)參數(shù) mm

根據(jù)表2所示的線夾結(jié)構(gòu)、尺寸建立線夾溫度場有限元仿真計算模型,其仿真計算模型見圖2。

圖2 線夾溫度場仿真計算模型

2.2 線夾發(fā)熱仿真計算結(jié)果及與實測值比較

停電后對回路電阻進行測量,測得回路電阻為587 μΩ,根據(jù)回路電阻和負荷大小計算線夾熱生成率,作為仿真模型激勵源,模型發(fā)熱功率設(shè)置為220 W,線夾及鋼芯鋁絞線熱導(dǎo)率為238 W·(m·K)-1,風(fēng)速為4 m·s-1,外界環(huán)境溫度為8.7 ℃。線夾溫度場分布數(shù)值計算結(jié)果云圖見圖3。

圖3 線夾發(fā)熱隱患處理前溫度場仿真計算結(jié)果

由圖3可知,壓接管部分最高溫度為59.7 ℃,實際測量為61.5 ℃,仿真計算與實際測量結(jié)果誤差見表3。

表3 線夾發(fā)熱溫度實測值與仿真計算值結(jié)果對比

由圖1(a)、圖3、表3可以看出,當(dāng)通過電流為601.2 A時,實測線夾溫度和數(shù)值仿真計算的線夾溫度場分布趨勢相同且溫度的最大值吻合。實測和仿真計算最大值之間存在一定誤差,原因如下:線夾溫度場的分布是內(nèi)部因素和外部因素共同作用的結(jié)果,內(nèi)部因素包括負荷電流、回路電阻等,外部因素包括風(fēng)速、光照以及環(huán)境溫度等,且需要有時間積累過程,仿真計算中風(fēng)速、環(huán)境溫度和負荷電流大小均設(shè)置為定值,實際中這些因素均在不斷變動,因此,仿真與實測之間存在差異。數(shù)值仿真計算值與實測值存在差異并非仿真計算無意義,仿真計算旨在分析線夾的發(fā)熱機理。

3 線夾發(fā)熱隱患處理方法及應(yīng)用

3.1 線夾發(fā)熱隱患處理方法

經(jīng)過測量回路電阻和對線夾溫度場的仿真計算,得出線夾發(fā)熱是壓接管與鋼芯鋁絞線之間壓接接觸不良和接觸電阻過大所致。為減少停電時間,提高能量的可用率,在不拆除原發(fā)熱線夾的情況下,于原發(fā)熱壓接線夾背面加裝一個螺栓,連接引流線夾,背靠背線夾機械結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。

圖4 背靠背線夾機械結(jié)構(gòu)示意圖

此時新安裝螺栓的連接線夾與原線夾在機械上呈背靠背連接結(jié)構(gòu),在電氣上形成并聯(lián)連接結(jié)構(gòu),背靠背線夾電氣連接示意圖見圖5。

圖5中I為流過此線路電流,R1、R2為螺栓連接線夾、壓接線夾回路電阻,I1、I2為通過螺栓連接線夾、壓接線夾電流,根據(jù)并聯(lián)電路電流之比與電阻之比成反比(I1/I2=R2/R1),此時電流主要通過新安裝螺栓連接線夾,即I1遠遠大于I2,由歐姆定律可知,

圖5 背靠背線夾電氣連接示意圖

此時原發(fā)熱線夾發(fā)熱量大幅降低,線夾發(fā)熱隱患得到治理。

3.2 線夾發(fā)熱隱患處理方法的應(yīng)用

停電檢修期間,采用上述方法對該發(fā)熱線夾進行處理,加裝螺栓連接線夾之后再次對回路電阻進行測量,測量值為7.7 μΩ,小于20 μΩ,滿足交流場回路電阻要求。

在室外環(huán)境溫度為-0.5 ℃,風(fēng)速為5 m·s-1時,根據(jù)紅外測溫要求,通電24 h后,對線夾進行紅外測溫,測得A、B、C三相線夾溫度分別為5.8,5.2,4.5 ℃。線夾發(fā)熱隱患處理后紅外測溫圖譜見圖6。

圖6 線夾發(fā)熱隱患處理后A、B、C相的紅外測溫圖譜

根據(jù)式(1)計算可得三相之間的相對溫差及絕對溫差見表4。

表4 發(fā)熱隱患處理后三相線夾相對溫差與絕對溫差

由表4可知:修復(fù)后,A相線夾溫升正常,與B、C兩相線夾的相對溫差均小于35%,在要求范圍內(nèi),3332A相線夾發(fā)熱缺陷消除。

4 結(jié)束語

本工作采用所述線夾發(fā)熱隱患治理方法對靈寶站3332A相線夾進行處理,線夾回路電阻測量結(jié)果和通電24 h后線夾紅外測溫結(jié)果均滿足要求,證明此方法實際可行。

本工作提出的解決輸電線路線夾發(fā)熱隱患的方法,無須拆除原發(fā)熱線夾,安裝簡單、可靠,易于實施,在很大程度上實現(xiàn)減少工作量和縮短工期,節(jié)約了成本,有利于提高能量可用率。

此次靈寶站3332A相線夾發(fā)熱為壓接管部分與鋼芯鋁絞線接觸不良,接觸電阻過大所致。建議改善壓接工藝,從根本上預(yù)防壓接線夾發(fā)熱隱患,同時需要定期對通流線夾進行紅外測溫和回路電阻測量,做到隱患早發(fā)現(xiàn)、早分析、早治理。