電容器發(fā)熱缺陷分析

胡運(yùn)禮

摘 要：針對220 kV馬井變電站10kV電容器組發(fā)熱問題頻發(fā)的情況，對近2年電容器組的發(fā)熱問題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。認(rèn)為導(dǎo)致電容器組發(fā)熱問題頻發(fā)的主要原因是接頭接觸面處理工藝存在問題。通過對發(fā)熱接觸面的分析，指出了接觸面處理存在的誤區(qū)，并提出了接觸面處理的正確工藝，以便在電容器組發(fā)熱缺陷處理時(shí)更有針對性。

一 引言

無功設(shè)備在調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，改善供電質(zhì)量，提高功率因數(shù)方面發(fā)揮著重大作用。尤其在夏季、冬季大負(fù)荷來臨時(shí).電容器組的投切更加頻繁，由于電容器組的運(yùn)行電流較大，較大的運(yùn)行電流，較多的銅鋁過渡連接，再加上安裝、檢修過程中處理工藝的不嚴(yán)格，使電容器組的發(fā)熱問題頻繁發(fā)生。在2013～2014年無功設(shè)備的停電消缺次數(shù)中，由于發(fā)熱問題引起的停電次數(shù)占到了總停電次數(shù)的70%以上。因此，分析無功設(shè)備發(fā)熱缺陷頻發(fā)的深層次原因，規(guī)范正確的處理工藝，對無功設(shè)備乃至電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行很有必要。根據(jù)近2年處理無功設(shè)備發(fā)熱問題的經(jīng)驗(yàn)，對發(fā)熱的各種原因進(jìn)行分析，對容易發(fā)熱的接觸面的處理重點(diǎn)進(jìn)行介紹。

二 電容器發(fā)熱缺陷分析

對德陽電網(wǎng)的10kV電容器組的發(fā)熱缺陷分析中發(fā)現(xiàn)，電容器的發(fā)熱缺陷主要存在以下問題：

1.接觸面積不足或加工不良導(dǎo)致接觸電阻過大

1）接觸面設(shè)計(jì)不合理，接觸面積過小，導(dǎo)致發(fā)熱：

2）使用材料為鋁質(zhì)，而由于鋁排硬度較小，在使用鋁排沖孔機(jī)沖孔時(shí)，螺孔周圍容易產(chǎn)生凹陷的現(xiàn)象.而且難以打磨平整，導(dǎo)致母排接觸面積減少，在運(yùn)行中容易發(fā)熱；

2.接觸面處理工藝不良導(dǎo)致接觸電阻增大

由于變電站大多數(shù)設(shè)備運(yùn)行在露天環(huán)境下工作.各個(gè)連接點(diǎn)經(jīng)常遭受到風(fēng)吹雨打、冰凍雪融等自然條件的影響和侵蝕，接觸面如果不嚴(yán)格按照正確的工藝要求.接頭位置極容易發(fā)生氧化和腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生氧化膜，造成連接處接觸電阻增大，而接觸電阻增大，接觸面就會發(fā)熱。如果得不到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，接頭的氧化程度會隨著發(fā)熱現(xiàn)象進(jìn)一步惡化。造成無功設(shè)備局部溫度驟然上升.嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致設(shè)備接頭燒損，發(fā)生設(shè)備跳閘故障。

2.1 接觸面（含銅鋁過渡片）未涂抹導(dǎo)電膏嚴(yán)重氧化

鋁是一種活潑的金屬.在干燥的空氣中鋁表面立即形成1層致密氧化膜，使鋁不會進(jìn)一步氧化。金屬氧化物的導(dǎo)電性能非常差，電阻率可達(dá)1xlO—1×108 Q·m，這大大地增加了接觸面的接觸電阻。因此在金屬接觸面一定要使用導(dǎo)電膏。導(dǎo)電膏，也就是新型電力復(fù)合脂。其滴點(diǎn)范圍為180℃—220℃，凝固點(diǎn)范圍為一20℃—30℃，其中所含的鎳、鋅、鉻等金屬細(xì)粒填充在接頭接觸表面的縫隙中。金屬細(xì)粒在螺栓的緊固力作用下。能破碎接觸面的氧化膜層，降低接觸電阻。同時(shí)還可以在接頭整個(gè)表面形成1個(gè)保護(hù)層而起到隔絕空氣和滲入的水分，起到防止氧化的作用。因此正確使用導(dǎo)電膏能有效地改善接觸面的導(dǎo)電性能，防止接觸面的氧化和電化學(xué)腐蝕作用，使接觸面在長期的運(yùn)行中保持良好的導(dǎo)電性能阻塒。

2.2 接觸面（含銅鋁過渡片）導(dǎo)電膏涂抹太厚

這里需要指出的是。導(dǎo)電膏并非良導(dǎo)體。它在接觸面上的導(dǎo)電性能是借“隧道效應(yīng)”來實(shí)現(xiàn)的。所謂“隧道效應(yīng)”就是指離子通過一個(gè)勢能大于總能量的優(yōu)先區(qū)域。因此，涂抹導(dǎo)電膏時(shí)不能太厚。厚度太大的導(dǎo)電膏阻止了其發(fā)揮“隧道效應(yīng)”的性能，反而使接觸電阻增大，并最終導(dǎo)致發(fā)熱。

2.3 接觸面（含銅鋁過渡片）導(dǎo)電膏涂抹不均

在工程安裝中，導(dǎo)電膏的使用存在誤區(qū)，安裝人員不是將導(dǎo)電膏均勻地涂抹在接觸面上，而是在接觸面上點(diǎn)上2處。依靠接觸面的壓緊力將導(dǎo)電膏壓平。這樣就形成了如圖3所示的現(xiàn)象，導(dǎo)電膏分布在接觸面的有限部分，沒有將接觸面全部覆蓋，因此不能阻止接觸面的氧化，并導(dǎo)致發(fā)熱，長期發(fā)熱，造成引流線被燒斷，對設(shè)備安全運(yùn)行造成嚴(yán)重危害。

2.4 銅鋁接觸面未采用銅鋁過度片

不同金屬的膨脹效應(yīng)引起。鋼制螺栓的金屬膨脹系數(shù)要比銅質(zhì)、鋁質(zhì)材料小得多，尤其是螺栓型設(shè)備接頭，在運(yùn)行中隨著負(fù)荷電流及溫度的變化，其鋁或銅與鐵的膨脹和收縮程度將有差異而產(chǎn)生蠕變。所謂蠕變就是金屬在應(yīng)力的作用下緩慢的塑性變形，蠕變的過程還與接頭處的溫度有很大的關(guān)系。當(dāng)負(fù)荷電流減少溫度降低回到原來接觸位置時(shí)，由于接觸面氧化膜的覆蓋，不可能是原安裝時(shí)金屬間的直接接觸。每次溫度變化的循環(huán)所增加的接觸電阻，將會使下一次循環(huán)的熱量增加，所增加的較高溫度又使接頭的工作狀況進(jìn)一步變壞，因而形成惡性循環(huán)。

不同材質(zhì)接頭接觸表面的微電池腐蝕效應(yīng)。據(jù)有關(guān)試驗(yàn)文獻(xiàn)資料表明，銅的標(biāo)準(zhǔn)電勢為+0.34V，鋁的標(biāo)準(zhǔn)電勢為-1.28V，銅鋁之間的電勢差為+1.62V。由于兩極直接接觸，便會有微弱的電流流動(dòng)，在電解液的作用下，使接觸表面逐漸腐蝕，引起接觸電阻增大而發(fā)熱。

2.5 接觸面壓緊力不當(dāng)導(dǎo)致接觸電阻過大

不同金屬的膨脹效應(yīng)引起。鋼制螺栓的金屬膨脹系數(shù)要比銅質(zhì)、鋁質(zhì)材料小得多，尤其是螺栓型設(shè)備接頭，在運(yùn)行中隨著負(fù)荷電流及溫度的變化，其鋁或銅與鐵的膨脹和收縮程度將有差異而產(chǎn)生蠕變。所謂蠕變就是金屬在應(yīng)力的作用下緩慢的塑性變形，蠕變的過程還與接頭處的溫度有很大的關(guān)系。當(dāng)負(fù)荷電流減少溫度降低回到原來接觸位置時(shí)，由于接觸面氧化膜的覆蓋，不可能是原安裝時(shí)金屬間的直接接觸。每次溫度變化的循環(huán)所增加的接觸電阻，將會使下一次循環(huán)的熱量增加，所增加的較高溫度又使接頭的工作狀況進(jìn)一步變壞，因而形成惡性循環(huán)。

現(xiàn)階段各類設(shè)備引線端子基本為螺栓緊固方式.螺栓在運(yùn)行過程中由于震動(dòng)逐漸松動(dòng)，使接觸面壓緊力不足，導(dǎo)致接觸電阻增大。在此我們需要糾正一個(gè)錯(cuò)誤認(rèn)識.那就是認(rèn)為在對連接螺栓進(jìn)行緊固時(shí)擰得越緊越好.當(dāng)螺母壓力達(dá)到一個(gè)臨界值時(shí)，如果材料的強(qiáng)度較差，而外力進(jìn)一步增加時(shí)，將會導(dǎo)致接觸面變形出現(xiàn)隆起的現(xiàn)象。這樣不但不能增加接觸面積反而使得接觸面積減小，造成接觸電阻增大。另外由于銅、鋁材質(zhì)膨脹系數(shù)相差很大。在運(yùn)行中經(jīng)電流作用多冷熱循環(huán)，會使接觸點(diǎn)處產(chǎn)生較大的間隙而影響接觸，也增大了接觸電阻。而接觸電阻的增大，運(yùn)行中就會引起溫度升高。高溫下氧化腐蝕就會加劇，產(chǎn)生惡性循環(huán)，使連接質(zhì)量進(jìn)一步惡化。因此選擇合適的緊固壓力進(jìn)行螺栓緊固時(shí)，螺栓不能擰得過緊，以彈簧墊圈壓平即可。有條件時(shí)，應(yīng)用力矩板手進(jìn)行緊固。

三 防范措施

綜上所述，在進(jìn)行設(shè)備檢修和安裝過程中，安裝及下料前應(yīng)根據(jù)額定電流考慮接觸面的面積及接觸面的接觸效果，按施工工藝要求將接觸表面處理干凈、平整后再進(jìn)行安裝。在設(shè)備間的連接時(shí)，應(yīng)該對設(shè)備的接頭進(jìn)行處理.尤其應(yīng)該注意接觸面的防氧化處理。同時(shí)應(yīng)在加強(qiáng)現(xiàn)場巡視檢查的基礎(chǔ)上，還應(yīng)采用必要的技術(shù)手段進(jìn)行接頭運(yùn)行中溫度的在線監(jiān)測。如紅外線測溫儀、紅外線熱成像儀等。以便在發(fā)現(xiàn)缺陷后準(zhǔn)確分析、及時(shí)處理。