導(dǎo)線與線夾接觸不良發(fā)熱的熱像特征

崔 明,賈 晨,王 朔,張敬武

(1.吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院,長(zhǎng)春 130021;2.長(zhǎng)春供電公司,長(zhǎng)春 130021;3.大唐長(zhǎng)春第三熱電廠,長(zhǎng)春 130021)

電氣設(shè)備載流導(dǎo)線與壓接線夾、設(shè)備線夾接觸不良發(fā)熱,是造成導(dǎo)線燒斷事故的主要原因之一,而電氣設(shè)備接點(diǎn)接觸不良發(fā)熱故障是電力設(shè)備電流型致熱的主要故障。在接點(diǎn)接觸不良導(dǎo)致的發(fā)熱故障中,對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行威脅最大的是導(dǎo)線與壓接線夾、設(shè)備線夾接觸不良故障。2012年10月下旬,吉林某發(fā)電廠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理了導(dǎo)線與設(shè)備線夾接觸不良發(fā)熱的典型案例。本文對(duì)本起故障的形成和發(fā)展結(jié)合實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并介紹了類似的案例,提出了導(dǎo)線與線夾接觸不良故障的紅外熱像特征和缺陷性質(zhì)認(rèn)定判據(jù)調(diào)整意見(jiàn)。

1 故障發(fā)現(xiàn)

2012年 10月 22日,吉林某發(fā)電廠進(jìn)行特殊氣象條件下紅外檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)220 kV RSY線U相套管設(shè)備線夾附近導(dǎo)線多處過(guò)熱,東側(cè)導(dǎo)線最高熱點(diǎn)溫度 31.0℃,同位置溫差 17.0 K,發(fā)熱導(dǎo)線熱像呈螺旋狀,西側(cè)導(dǎo)線發(fā)熱股較少,發(fā)熱集中在 1至 2根導(dǎo)線上,且 2根導(dǎo)線可見(jiàn)多處斷股,診斷為導(dǎo)線與線夾嚴(yán)重接觸不良,判定為危急缺陷,建議安排停電處理。 RSJ和 RSY線導(dǎo)線型號(hào)皆為 JL/G1A-500/45,雙導(dǎo)線聯(lián)接,套管線夾為 U形線槽,導(dǎo)線直接放入線夾線槽內(nèi),上敷壓豆使用雙 U形螺栓緊固。運(yùn)行方式:1號(hào)機(jī)組單機(jī)運(yùn)行,負(fù)荷 125 MW,RSJ和RSY線并列運(yùn)行,RSY線電流 105 A。

2012年 10月 24日,環(huán)境溫度 8℃,1號(hào)機(jī)組負(fù)荷增加至286 MW,RSY線電流330 A。紅外檢測(cè) U相套管設(shè)備線夾附近東側(cè)導(dǎo)線最高熱點(diǎn)溫度 94.6℃、同位置溫差 77.4 K(見(jiàn)圖1),東側(cè)導(dǎo)線上有放電亮點(diǎn)。RSY線未退出運(yùn)行前,運(yùn)檢人員每小時(shí)對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行一次紅外檢測(cè)。 10月 30日 8時(shí)左右,環(huán)境溫度5℃,2號(hào)機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷,1、2號(hào)機(jī)組負(fù)荷520 MW,RSY線電流 620 A。紅外檢測(cè) RSY線 U相套管設(shè)備線夾附近東側(cè)導(dǎo)線最高熱點(diǎn)溫度 143.9℃,同位置溫差 138.0 K,2根導(dǎo)線斷股均有增多,當(dāng)即將 RSY線退出運(yùn)行。 10月 31日,RSY線 U相套管整條回路導(dǎo)線完成更換。

圖1 2012年 10月 24日紅外熱像分析圖

2 導(dǎo)線與線夾接觸電阻測(cè)量及解體檢查

2.1 接觸電阻測(cè)量

220 kV RSY線 U相套管引線、設(shè)備線夾更換過(guò)程中,對(duì)更換前后的導(dǎo)線與線夾接觸電阻進(jìn)行測(cè)量,新導(dǎo)線與線夾的平均接觸電阻為 11.8μ Ω,更換前 RSY線 U相套管東側(cè)導(dǎo)線與線夾及導(dǎo)線層間的接觸電阻合計(jì)為 178.3μ Ω,為新導(dǎo)線與線夾平均接觸電阻的15.11倍;更換前 RSY線 U相套管西側(cè)導(dǎo)線與線夾及導(dǎo)線層間的接觸電阻合計(jì)為71.3μ Ω,為新導(dǎo)線與線夾平均接觸電阻的6.04倍。

2.2 解體檢查

導(dǎo)線型號(hào)為 JL/G1A-500/45,采用雙分裂結(jié)構(gòu),單根導(dǎo)線鋁芯共 48股,外層 22股,鄰?fù)鈱?16股,內(nèi)層 10股,鋼芯 7股。

東側(cè)導(dǎo)線斷 12股 ,外層導(dǎo)線斷 11股,鄰?fù)鈱訉?dǎo)線斷1股。其中1股斷在線夾內(nèi)部,1股在線夾根部;距線夾100～180 mm內(nèi)斷7股,距線夾270 mm處斷1股,距線夾 500 mm處斷 2股:斷股率 25%。

西側(cè)導(dǎo)線斷 8股,均為外層導(dǎo)線斷股。距線夾100～180 mm內(nèi)斷 6股,距線夾 350 mm處斷 1股,距線夾500 mm處斷1股:斷股率16.67%。導(dǎo)線斷股均呈熱熔狀態(tài)。外層多股導(dǎo)線過(guò)熱,表面呈鋁高溫氧化后的黃色。線夾與外層導(dǎo)線接觸面,導(dǎo)線嚴(yán)重電蝕。線夾內(nèi)各層導(dǎo)線接觸面,導(dǎo)線存在不同程度的電蝕現(xiàn)象。

2.3 導(dǎo)線抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

外層過(guò)熱變色導(dǎo)線的單股平均抗拉強(qiáng)度為 70 MPa,遠(yuǎn)低于 GB 1179— 2008《圓線同心絞架空導(dǎo)線》中不小于160×95%MPa的抗拉強(qiáng)度要求。外層未過(guò)熱變色導(dǎo)線的單股平均抗拉強(qiáng)度為 158 MPa,也不能滿足 GB 1179— 2008要求。鄰?fù)鈱訉?dǎo)線的單股平均抗拉強(qiáng)度為 171 MPa,內(nèi)層導(dǎo)線的單股平均抗拉強(qiáng)度為 167 MPa,滿足 GB 1179— 2008要求。

2.4 單線的電阻率試驗(yàn)

單線的電阻率 28.179 n Ω· m,滿足 GB 1179—2008中 不大 于 28.264 n Ω· m的 電 阻 率要求。

3 相關(guān)案例及模擬試驗(yàn)

3.1 相關(guān)案例

a.220 kV隔離開(kāi)關(guān)引線壓接管接觸不良發(fā)熱。某220 kV變電站例行紅外檢測(cè),發(fā)現(xiàn)一 220 kV間隔內(nèi)隔離開(kāi)關(guān)引線發(fā)熱,其溫度最高點(diǎn)位于距壓接管口約100 mm的導(dǎo)線上,最高熱點(diǎn)溫度48.0℃,同位置溫差 34.1 K,導(dǎo)線壓接管、設(shè)備線夾連接處溫度最高溫度34.0℃,比導(dǎo)線最高熱點(diǎn)低 14.0 K,為壓接管與導(dǎo)線接觸不良。停電處理測(cè)量壓接管與導(dǎo)線的接觸電阻為 1 141μ Ω,等長(zhǎng)導(dǎo)線電阻為 11μ Ω,壓接管解體檢查發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線、壓接管表面嚴(yán)重氧化變黑。經(jīng)計(jì)算,故障狀態(tài)下系統(tǒng)短路電流0.65 s即能將線夾及壓接管內(nèi)導(dǎo)線全部熔化。

b.66 kV隔離開(kāi)關(guān)引線壓接管接觸不良發(fā)熱。某 220 kV變電站 66 kV例行紅外檢測(cè),發(fā)現(xiàn)一 66 kV間隔內(nèi)隔離開(kāi)關(guān)引線異常發(fā)熱,導(dǎo)線最熱點(diǎn)溫度116.2℃,距壓接管口約 120 mm,第 2熱點(diǎn)溫度77.9℃,距第 1熱點(diǎn)約 70 mm,壓接管本體 29.7℃,參考體溫度 6℃,導(dǎo)線最高熱點(diǎn)處外層 1股導(dǎo)線熔斷,2根導(dǎo)線過(guò)熱變色,導(dǎo)線的第 2熱點(diǎn)為外層導(dǎo)線繞回至面對(duì)紅外熱像儀一側(cè)位置,為壓接管與導(dǎo)線接觸不良。

c.220 kV間隔人字引導(dǎo)線 T形線夾接觸不良過(guò)熱。某220 kV變電站220 kV電流互感器人字引導(dǎo)線 2處發(fā)熱,導(dǎo)線最高熱點(diǎn)溫度 42.57℃,距 T形線夾壓接管約 50 mm,導(dǎo)線的第 2熱點(diǎn)為外層導(dǎo)線繞回至面對(duì)熱像儀一側(cè)位置,距第 1熱點(diǎn)約 120 mm,T形線夾壓接管本體最高熱點(diǎn)溫度 30.16℃。為 T形線夾壓接管與導(dǎo)線接觸不良。

d.220 kV間隔隔離開(kāi)關(guān)間人字引導(dǎo)線斷線。某220 kV變電站 220 kV間隔 U相東、西隔離開(kāi)關(guān)間人字引導(dǎo)線正常運(yùn)行時(shí)距 T形線夾約 100 mm處導(dǎo)線熔斷,2臺(tái)主變壓器二次主斷路器跳閘,母線全停。熔斷導(dǎo)線斷口整齊,鋼芯斷口各股呈金屬熔化后拔絲的錐狀。人字引導(dǎo)線型號(hào)為JL/G1A-185/25,鉗壓壓接工藝。測(cè)量導(dǎo)線熔斷后壓接管與導(dǎo)線的接觸電阻為 57μ Ω。

3.2 模擬試驗(yàn)

某220 kV變電站發(fā)生220 kV設(shè)備人字引導(dǎo)線熔斷事故后,使用原人字引同型號(hào)舊導(dǎo)線采用原壓接工藝模擬T形線夾壓接管接觸不良狀態(tài)和正常接觸狀態(tài)兩種模式聯(lián)接導(dǎo)線,測(cè)量長(zhǎng)度 150 mm,導(dǎo)線電阻為23μ Ω,模擬故障試品線夾與導(dǎo)線的電阻為27 μ Ω,試品線夾與導(dǎo)線的接觸電阻略大于導(dǎo)線電阻值。實(shí)驗(yàn)在兩試品同時(shí)連續(xù)施加400 A交流電流60min,拍攝熱像圖進(jìn)行分析。 T形線夾與導(dǎo)線接觸不良熱像圖見(jiàn)圖2,模擬試驗(yàn)導(dǎo)線紅外熱像圖及溫度場(chǎng)分布曲線見(jiàn)圖3。模擬試驗(yàn)紅外熱像圖分析如下。

圖2 T形線夾與導(dǎo)線接觸不良熱像圖

圖3 模擬試驗(yàn)導(dǎo)線紅外熱像圖及溫度場(chǎng)分布曲線

a.線夾與導(dǎo)線接觸不良溫度場(chǎng)為線夾溫度較低0 mm處(40℃),線夾外導(dǎo)線溫度迅速上升,到線夾管口處(150 mm處)105℃,300 mm處導(dǎo)線最高熱點(diǎn)溫度達(dá)到117℃后溫度略有下降;600～1 800 mm導(dǎo)線溫度穩(wěn)定在103℃左右;1 800～3 000 mm導(dǎo)線溫度緩慢下降;到3 300 mm線夾管口處導(dǎo)線溫度下降至 44℃;到 3 450 mm線夾處溫度 33℃(見(jiàn)圖3)。

b.線夾與導(dǎo)線接觸不良,其發(fā)熱區(qū)域?yàn)榫€夾與導(dǎo)線的接觸部位,熱量由接觸部位分別通過(guò)線夾截面向線夾表面?zhèn)鲗?dǎo)和通過(guò)導(dǎo)線截面向?qū)Ь€軸向傳導(dǎo)。前者提高了線夾溫度,后者提高了導(dǎo)線溫度。由于線夾表面積較大,散熱較好,溫度相應(yīng)較低。由于導(dǎo)線表面積比線夾表面積小,線夾外導(dǎo)線遠(yuǎn)比線夾內(nèi)導(dǎo)線松散,所以導(dǎo)線的線芯向?qū)Ь€表面?zhèn)鳠崮芰h(yuǎn)小于線夾芯線向線夾表面?zhèn)鳠?。因?yàn)闇囟仁怯筛呦虻蛡鲗?dǎo),所以距離線夾較近導(dǎo)線的熱量向表面溫度較低的線夾傳導(dǎo),因此靠近線夾的導(dǎo)線溫度較低,于是形成了導(dǎo)線最高熱點(diǎn)不是在線夾本體和線夾壓接管口的導(dǎo)線上。 3.1d中變電站220 kV間隔 U相東、西隔離開(kāi)關(guān)間人字引導(dǎo)線正常運(yùn)行時(shí)距 T形線夾約 100 mm處導(dǎo)線熔斷,與模擬試驗(yàn)導(dǎo)線熱場(chǎng)分布吻合。

c.模擬試驗(yàn)為新的壓接試品,雖然使用了與現(xiàn)場(chǎng)熔斷導(dǎo)線型號(hào)相同的導(dǎo)線和線夾,但設(shè)置的缺陷與長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行形成的缺陷有一定差別。

4 結(jié)論

a.無(wú)論采用何種工藝完成的導(dǎo)線與線夾聯(lián)接,當(dāng)導(dǎo)線與線夾接觸不良時(shí),其溫度最高區(qū)域不在線夾本體,而在距線夾約 30～300 mm的區(qū)域內(nèi),這一規(guī)律與文獻(xiàn)[1]中規(guī)定的“線夾或接頭接觸不良,以線夾和接頭為中心的熱像,熱點(diǎn)明顯”的定義不符。

b.導(dǎo)線經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行各層、各股導(dǎo)線表面氧化,股、層間電流轉(zhuǎn)移的能力下降?，F(xiàn)場(chǎng)大量線夾與導(dǎo)線接觸不良的紅外熱像圖細(xì)化分析時(shí),均會(huì)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線溫度高于線夾溫度,相當(dāng)部分紅外熱像圖導(dǎo)線溫度場(chǎng)呈等間距螺旋狀。線夾與導(dǎo)線聯(lián)接結(jié)構(gòu),導(dǎo)線溫度高于線夾溫度、導(dǎo)線熱像呈等間距螺旋發(fā)熱是線夾與導(dǎo)線接觸不良的2個(gè)主要熱像特征。

c.外層導(dǎo)線單股或數(shù)股過(guò)熱熔斷主要集中在距線夾管 100～180 mm范圍。

d.線夾與導(dǎo)線接觸不良缺陷形成的原因?yàn)?設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后,導(dǎo)線與線夾聯(lián)接的結(jié)合部有雨水等水分滲入,水中的鹽分使水具備電解功能,特別是發(fā)電廠排除的二氧化碳等酸性氣體增大了水中的電解液濃度,線夾與導(dǎo)線金屬成分不能完全相同,材料接觸面電化腐蝕情況嚴(yán)重。