穿墻套管線夾連接處過熱原因分析及改進

國網(wǎng)保定供電公司 王賀英 齊少猛

電力系統(tǒng)中，電氣設(shè)備之間的電氣觸頭在實際運行中常出現(xiàn)發(fā)熱故障，導(dǎo)體接觸表面溫度若過高，則會強烈氧化，接觸部分的彈性元件退火，機械強度下降，壓力降低，有效接觸面積將減小，接觸電阻就會增加；當(dāng)負荷電流繼續(xù)增大時，溫度將相應(yīng)增加，接觸電阻因熱效應(yīng)而進一步增大，如此惡性循環(huán)，可能導(dǎo)致接觸部分燒熔，無法正常工作，甚至可能釀成重大火災(zāi)事故。[1]

1.案例概況

2010年11月220kVXX變電站35kV車北線351-5刀閘與穿墻套管連接處嚴重過熱，當(dāng)時負荷為30A，351-5刀閘母排與穿墻套管接頭溫度約為40℃，套管壓接最熱部位溫度為61℃，其它接觸部位溫度在20～30℃，嚴重威脅到設(shè)備的安全可靠運行如圖1。將間隔轉(zhuǎn)檢修檢查連接部位，接觸部位變紅，套管導(dǎo)電壓接部位變色，局部氧化發(fā)黑。測量接觸電阻，直阻為179微歐。當(dāng)時環(huán)境溫度正常，也未發(fā)生過負荷及短路故障，因此判斷觸頭接觸電阻大是造成過熱的主要原因。

圖1 351-5刀閘與套管連接處過熱圖

打開套管連接部位，清理表面氧化層，用酒精清洗掉觸頭表面其余的臟污和氧化層弧痕，打磨平整光潔、露出銀氧化物面后，在接觸部位均勻涂抹適量的導(dǎo)電膏適當(dāng)緊固定位螺栓，增大有效接觸面。復(fù)測接觸電阻值小于40μΩ。

經(jīng)過一段時間運行，2011年1月5日，35kV車北線351-5刀閘與穿墻套管連接處又發(fā)生過熱現(xiàn)象。

2005年-2010年導(dǎo)桿連接方式套管缺陷共發(fā)生37次，通過對以上缺陷分析，過熱缺陷占缺陷總數(shù)的89.2%，（如圖2.1所示）；為進一步說明問題，調(diào)查了過熱缺陷發(fā)生部位，可以看到線夾連接處過熱占過熱缺陷總數(shù)的94%，（如圖2.2所示）是關(guān)鍵的因數(shù)！[2]

圖2 導(dǎo)桿連接方式穿墻套管缺陷統(tǒng)計

2.原因分析

根據(jù)對同一間隔（定縣302、325）設(shè)備在兩年內(nèi)經(jīng)不同水平人員檢修后連續(xù)發(fā)生過熱缺陷分析，此類設(shè)備缺陷的發(fā)生并不是操作人員技術(shù)水平低造成、檢修工藝規(guī)程不詳細、接觸面涂抹導(dǎo)電膏、設(shè)備處于重度污染區(qū)、用電量增長快等原因所致。

通過對套管接觸方式分析（如圖3所示），可以看出電氣觸頭過熱的主要原因是由于普通螺栓緊固的電氣觸頭不滿足電的特殊性，從而使它所連接的電氣觸頭易發(fā)生過熱問題。

圖3 導(dǎo)桿連接方式套管與普通穿墻套管

導(dǎo)電螺母為紫銅制成（如圖3.2所示），材質(zhì)較軟，不能擰到足夠力矩，否則會損傷螺紋造成脫扣。同時導(dǎo)電面只依靠一條鎖緊螺母（如圖3.2所示）提供接觸壓力，運行一段時間后受熱脹冷縮力容易松脫。

根據(jù)對上述問題的分析，得出以下三點結(jié)論：

(1)電氣觸頭的有效載流截面積是基礎(chǔ)，即有足夠壓力作用下電氣觸頭的接觸面積。電氣觸頭的接觸電阻與截面積成反比。

(2)電氣觸頭的接觸壓力是關(guān)鍵。電氣觸頭表面不是絕對平整，從微觀角度看仍然是凹凸不平的，要保證凹凸面有效接觸，接觸面必須有足夠壓力，否則，因為有效載流截面積減小，而導(dǎo)致接觸電阻增加。

(3)電氣觸頭及緊固件材質(zhì)容易疲勞。運行中觸頭長期受熱，電氣觸頭和緊固件的機械強度會逐漸減弱，使電氣觸頭松動變形，從而導(dǎo)致接觸電阻增大。[3]

根據(jù)上述分析，可以判斷導(dǎo)桿連接方式套管接觸部分過熱與運行無關(guān)，主要是設(shè)計和制造上的原因，其中設(shè)計又是首要因素。

3.解決方案

對導(dǎo)桿連接方式的穿墻套管觸頭過熱的主要原因進行分析后，我們采取了如下處理措施：[4]

3.1 改進鋁排與線夾的連接方式

為了改進原有觸頭的連接方式，解決接觸面積小、接觸電阻大的問題，我們設(shè)計了一種新的線夾，如圖4。80×80mm矩形接觸面使線夾與鋁排有足夠接觸面積，同時增大引流能力，通過預(yù)留四顆螺孔，可以壓接四條螺絲，使接觸壓力均勻，同時滿足省電力公司反措要求。鋁排與線夾采用壓接的方式連接，壓接后鋁絞線和鋁夾件融合為一體，它們之問的銜接更為緊密，并且增大了鋁排與線夾的接觸面積，使其導(dǎo)電性更好、更可靠。我們對壓接后的鋁排與線夾進行了接觸電阻測量，最高接觸電阻為15μΩ，遠小于規(guī)程規(guī)定的l00μΩ。[2]

圖4 80*80矩形接觸面的線夾

3.2 確定接觸面線夾后部與導(dǎo)電螺桿連接結(jié)構(gòu)

線夾與導(dǎo)電螺桿連接結(jié)構(gòu)的配合間隙過大，影響導(dǎo)電的良好性，降低運行可靠性。采用類似螺紋管式線夾，線夾尾部帶有螺紋能旋入導(dǎo)電螺桿實現(xiàn)導(dǎo)電。這種結(jié)構(gòu)缺點：對螺紋孔徑要求嚴格，需要額外鎖緊。優(yōu)點：不需要對套管進行復(fù)雜加工，同時能保證足夠的接觸壓力?；趯€夾前部、后部結(jié)構(gòu)的綜合考慮，最終確定線夾結(jié)構(gòu)（如圖6所示）。線夾后部為帶有螺紋的銅導(dǎo)電管結(jié)構(gòu)，通過兩顆鎖緊螺絲鎖緊并導(dǎo)電。線夾前部為紫銅結(jié)構(gòu)引線線夾，上面有四個眼距30m的螺孔，可以通過M12的螺絲與母排引線連接。

圖6 帶有螺紋的銅導(dǎo)電管結(jié)構(gòu)的線夾

我們對壓接后的鋁絞線和特制鋁夾件進行了接觸電阻測量，最高接觸電阻為20μΩ，遠小于規(guī)程規(guī)定的l00μΩ。[5]

4.試驗及實際運行情況

4.1 試驗分析

我們對螺紋銅導(dǎo)電管結(jié)構(gòu)線夾與普通螺栓緊固的電氣觸頭作了溫升對比試驗，用相同規(guī)格的螺紋銅導(dǎo)電管結(jié)構(gòu)線夾與普通螺栓連接的鋁排制作的兩個電氣觸頭分別放在統(tǒng)一裝置中（如圖7所示），環(huán)境溫度和散熱條件相同，分別通過相同電流和時間，對比電氣觸頭的運行情況。

表1 螺紋銅導(dǎo)電管結(jié)構(gòu)線夾與普通螺栓緊固的電氣觸頭溫升試驗結(jié)果（A螺紋銅導(dǎo)電管結(jié)構(gòu)線夾，B普通螺栓緊固電氣觸頭）

圖7 接觸觸頭溫升試驗

試驗表明（如表1所示），螺紋銅導(dǎo)電管結(jié)構(gòu)線夾比普通螺栓緊固的觸頭溫升比率要小。

4.2 運行效果

該螺紋銅導(dǎo)電管結(jié)構(gòu)線夾已在保定供電公司使用兩年多，主要應(yīng)用于原來用普通螺栓緊固經(jīng)常出現(xiàn)過熱問題，而多次處理尚未解決的電氣觸頭，該結(jié)構(gòu)線夾使用后，三年以來再無出現(xiàn)一例過熱問題，為公司創(chuàng)造了客觀的經(jīng)濟效益

4.3 經(jīng)濟、社會效益

如表2所示，螺紋銅導(dǎo)電管結(jié)構(gòu)線夾使用，使導(dǎo)桿連接方式穿墻套管缺陷發(fā)生率的大大降低，提高了設(shè)備運行可靠性，確保了電網(wǎng)安全，并且對周邊地區(qū)的有序用電、客戶滿意情況、經(jīng)濟社會發(fā)展等都產(chǎn)生了無形效益。[2]表2所示是對比更換套管和更換線夾費用的對比。

5.結(jié)束語

螺紋銅導(dǎo)電管結(jié)構(gòu)的線夾試驗測試和長時間的實際運行表明，使用帶有螺紋管式結(jié)構(gòu)線夾能有效避免普通螺栓緊固電氣觸頭出現(xiàn)的過熱問題，從根本上解決或降低過熱缺陷發(fā)生率，對保障用電高峰期電網(wǎng)安全有著重要作用。

表2 更換套管和更換線夾費用對比

[1]年泓昌.低壓開關(guān)觸頭過熱原因分析及防治措施[J].電工技術(shù),2012.

[2]保定供電公司檢修試驗工區(qū)變電檢修三班,降低導(dǎo)桿連接方式套管缺陷發(fā)生率[Z].保定供電公司創(chuàng)新成果,2011.

[3]任雪蓮,任義.解決電器觸頭過熱問題的實用新型緊固件[J].電工技術(shù),2006.

[4]呂念明，220kV變電站隔離開關(guān)靜觸頭過熱原因分祈及解決方案[J].電工技術(shù),2006.

[5]電氣裝置安裝工程母線裝置施工及驗收規(guī)范[S].中華人民共和國國家標準.