電網系統的接點發(fā)熱問題分析及治理措施

董方炳 徐為志

摘 要：在電網系統中運行的發(fā)電設備、供電設備、用電設備等都是靠高低壓線路連接起來的。設備內部各零部件的連接，連接線路的分段、分支，需要連接的地方很多，這些連接點因生產的需要都必須將連接的導線斷開再重新搭接起來。這種斷開再重新搭接的方式，的確方便了生產，但由于接點的連接方法沒有引起足夠重視又造成了接點發(fā)熱的問題，文章對此進行分析。

關鍵詞：接點發(fā)熱；導電材料；連接金具；連接方法

中圖分類號：TM755 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）24-0099-02

近年來，我國電力事業(yè)飛速發(fā)展，但接點發(fā)熱問題還是沒有得到徹底的解決。在提倡節(jié)約、反對浪費、鼓勵創(chuàng)新的新形勢下，徹底解決接點發(fā)熱問題應當成為我們今后工作的重點，從目前的技術看，實現徹底解決接點發(fā)熱的問題并不難，而且還可以更加節(jié)省成本。這是一個系統工程，牽扯的制造廠家較多，需國家、行業(yè)重視，從標準入手，制定相應政策才可做到。從供電部門的角度看，解決這一問題非?？尚?。只要規(guī)定哪方面的接點采用哪種技術制造和改造標準，達到什么標準等就能徹底改變。

1 導電材料的導電原理

導電材料的分子結構是立方晶格，導電的方式是晶格間電子的定向移動。導電材料在常溫條件下的斷開再搭接，斷開了的分子立方晶格不會再連接成一個整體。由于在搭接的材料介面之間存有間隙，沒有分子間的鍵連接，所以就不能形成正常的電子移動導電。但此時還有很少一部分介面接觸較好，介面間隙趨近于零；局部區(qū)域還是能夠實現電子導電的。還有一部分介面雖存有間隙，但是間隙很小，可以通過電磁的形式參與導電。雖說這兩部分面積同時參與導電，但導電面積很小，它們發(fā)熱是因為參與導電的面積小造成的。這種長時間的持續(xù)發(fā)熱會引起介面的老化，進而造成導電面積的進一步減小，會加快老化的程度，直至造成燒壞設備的事故。當電流太大時，介面積聚的電壓會直接擊穿間隙產生電弧導電。持續(xù)或多次的弧光燒蝕便會很快燒壞接點，導致事故的發(fā)生。怎樣直觀的理解介面間隙的大小，粘結技術有這樣的描述：“兩塊固體是不能用壓合的方法連接起來的。因為結合要靠化學鍵、氫鍵或范德華力，這些作用的有效距離各為1-2 A、2-3 A、3-5 A。然而，即便是磨光的金屬鏡面，也是凹凸不平的，其高峰和深谷之間的平均距離在250 A左右，遠大于5 A。兩固體相合只是在表面最高峰處相互接觸，所能接觸面積僅為實際面積的1%。

2 目前使用連接金具的狀況

為進一步認識接點發(fā)熱和尋找解決接點發(fā)熱的有效辦法，對目前使用中接觸類連接金具的工作狀況進行分析：目前電網系統中接觸類連接金具大都采用的是平面接觸搭接，螺栓壓緊結合（以下簡稱“平面結合”）原理來加工制造的。下面以”平面結合“的設備線夾SY-LGJ-240組裝成引流線夾為例作分析，設備線夾SY-LGJ-240，連接部分為50×85×10，最大結合面面積4 154.967 mm2，單只重0.54 kg。1只M10壓緊螺栓，墊圈按C級標準，最小外徑Φ118.7 mm，內孔最大直徑Φ211.43 mm，面積S=172.04 mm2。為方便研究，假設M10壓緊螺栓能提供足夠的壓緊結合力，墊圈的強度足夠，無論在多大的壓緊力下都不會發(fā)生變形。

①引流線夾組裝好，將壓緊螺栓扭緊至墊圈壓緊壓平。此時結合體處在不發(fā)生任何變形時的最大受力狀態(tài)。這時墊圈正下方的結合體受正壓力，其余部分受彎曲力。在整個結合面上會均勻分布大小相同的反作用力。由于壓緊螺栓的壓緊結合力小，有效導電面積就小，此種結合情況并無使用價值。

②這是“平面結合”原理制造的所有接觸類連接金具的正常工作情況。組裝后將墊圈扭緊至有明顯下陷。此時結合體已產生變形，四周彎曲翹起，結合面積明顯減少，結合面上產生的反作用力分布不均勻。墊圈下方反作用力最大是均勻分布的。其余部分沿墊圈的周邊由45 ？觷遞減至零。此時螺栓的壓緊結合力已是很大。有效結合面積是1 176.282 mm2，單位面積受力較高，但仍結合不好，結合面仍有間隙。所以型式試驗仍達不到國家熱力標準的要求。

③這時螺栓的壓緊結合力已超出結合材料的抗壓能力，進入冷擠壓變型狀態(tài)。實際結合面積會按不同的厚度沿墊圈外沿呈45 ？觷減小。結合材料越厚，結合面積越小。這時的結合面間隙已趨近于零，導電情況良好，達到理想狀態(tài)。

另外，通過分析可以認識到“平面結合”原理制造的連接金具用增加壓緊螺栓的個數是不能解決接點發(fā)熱的。雖然提高的結果像電阻并聯一樣，是自身電阻的倒數和。這只能起到一點改善，不能解決根本問題。因為這時單位面積上結合力沒有發(fā)生改變，只是同等情況下結合面積的增大，結合間隙的大小沒有發(fā)生根本改變，所以間隙產生的內阻仍大于同規(guī)格導線的內阻。這種解決方法實際上就是在不合格情況下的以大代小，也就是目前系統中解決發(fā)熱問題的習慣方法。這種方法仍不能解決根本性問題。總的說來選“平面結合”制造連接金具是錯誤的，它無法達到絕大多數的介面間隙為零或趨近于零，必然造成接點發(fā)熱，應當糾正。

3 三種不會造成接點熱的連接方法

在實際工作中我們已經找到了三種不會造成接點熱的連接方法：如果能將這三種連接方法合理地綜合應用，完全可以徹底解決電網系統中所有接點的發(fā)熱問題。

3.1 焊接連接法

焊接連接是最理想的連接方法。因為焊接時的高溫能使斷開了的分子立方晶格結構得到重新恢復和重建。這種連接的導電性能可以得到完全的恢復，所消耗的材料也非常少。只是適用的范圍較小，只能在固定連接的地方使用。由于施工條件復雜，不大利于野外作業(yè)。焊接時易熔入雜質而影響導電，操作技術要求高，須專業(yè)人員，成本較高。

3.2 壓接連接法

這種方法是通過壓縮性收縮變型來達到連接的目的，壓縮后連接介面間隙趨近于零，導電效果好，各項指標都能達到國家標準，如壓接管與導線的壓縮連接。

按說壓接技術是在常溫下進行的，搭接的兩部分導電材料是彼此分開的，壓接后分子間的立方晶格也不會溶為一體，也是彼此分開的。而這時的導電性能卻很好，沒有發(fā)熱現象。完全可以理解為此時這兩部分導電材料在搭接的兩個介面之間雖然沒有分子鍵產生，但因其分子之間的距離已被壓的很小，或趨近于零。這種分子零距離的接觸是仍能形成電子移動導電而不發(fā)熱的。也就是說在常溫的條件下，只要設法產生足夠的壓緊結合力，導電材料的搭接連接是不會發(fā)熱的。這種壓接也可以理解為介面間隙被擠壓的很小時，即便是在間隙中還是電磁導電的形式，由于間隙距離很小，所以產生的熱量也很小。在自身有效散熱的情況下，不會引起溫升，不會造成影響。

壓接技術方法簡單機動靈活，可以在很多地方使用，野外施工也很方便，是多股導線與壓接管連接時最好的方法。壓接連接技術給我們提供了另外一種解決接點發(fā)熱的有效思路，就是只要結合力提高到一定的程度，就可以解決接點發(fā)熱的問題。

另外由于壓縮后的鋁、銅導電材料，分子間扭曲的立方晶格和機械強度在常溫的條件下有慢慢自我修復和衰減的物理特性。在長期的工業(yè)運行中壓接的緊密性和機械強度可能出現老化衰減的問題，如果在壓接管的外圍再套一層無縫鋼管，利用這種復合材料的壓接管，將徹底解決壓接技術的老化問題。

3.3 錐面結合螺栓壓緊的連接方法

這種原理加工制造的電力金具，是我們?yōu)榻鉀Q接點發(fā)熱問題而設計制造的。用NY-LGJ-240內錐線端子和WY-LGJ-240外錐雙頭等經連接頭組裝的錐型引流線夾為例進行分析來認識錐型線夾的導電性。這種結合方式的壓緊結合螺栓選用得較小，是斜面作用把它的壓緊能力提高了很多。另外，雖然這種結合在投影結合面上產生的壓強很大，但是由于斜面的原因，實際工作面是投影工作面的3.696倍。這能夠有效降低由于壓強大而對結合體造成的破壞程度，從而體現出保護結合體不被壓縮，型體不被破壞的優(yōu)點。錐面結合連接技術除具有靈活多變，多功能的特點外，還有一個最大的優(yōu)點就是可以重復多次組合，可以全面替代平面結合線夾的功能。

4 結 語

電網系統的接點發(fā)熱問題只要做到：①慎重設置接點，盡量減少那些不必要的接點。②徹底不用“平面結合”的連接，改用焊接，壓接或錐型連接。具體的各類接點的制造和舊接點的改造，概括提出以下初步設想，供參考：

①線路部分：原螺栓式耐張線夾可繼續(xù)延用，改配錐型引流線夾。將原壓縮式耐張線夾的平面連接板改為焊內錐連接板，配錐型引流線。線路的分段、變徑、分支，連接頭0～90 ？觷的彎曲都可以用雙頭外錐連接頭和內錐2孔、多孔連接板自由組合來實現。

②站用部分：變壓器、互感器、斷路器等絕緣套管上的進出線樁頭，要按額定電流的等級從大到小進行外錐連接頭的改造和內錐連接板的焊接改造。在母排上運用時，只要改變一下母排的寬厚比或者將母排改為母管或棒料，即可采用內錐連接端子。改平面連接的母線伸縮節(jié)為錐型連接的母線伸縮節(jié)。在這方面的設備內部要盡量使用錐型伸縮節(jié)直接連接觸頭不讓機構參與導電，可減少接點的個數。像跌落保險一樣使用復合觸頭、滅弧觸頭，可保護工作觸頭不被燒傷，以保持其結合精度。斷路器為保留其斷開時的靈活性，工作觸頭的錐度要大一些，盡量提高機構的結合力來滿足結合的要求。建議再并聯上一只錐型重力顯示熔絲管，作為工作保險。原跌落保險作為操作的先導保險。合閘時先合跌落保險，再安裝錐型重力熔絲管，裝好后再取下跌落保險的熔絲管。斷開時先裝好跌落保險熔絲管，再取下錐型重力熔絲管，再拉開跌落保險的熔絲管。這個操作和隔離開關與主斷路器的操作程序相同。也只有這樣，才能解決好這個地方的發(fā)熱問題。

參考文獻：

[1] 董吉諤.電力金具手冊[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2] 上海交通大學冷擠壓技術編寫組.冷擠壓技術[M].上海：上海人民出版社，1976.

[3] 洪慎章.實用冷擠壓模具結構圖冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008.