特高壓直流輸電管母跳線發(fā)熱缺陷原因分析

潘靈敏，宋恒東，王志明，吳 偉，白 樸

(國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京 211102)

0 引言

隨著輸電線路電壓等級的升高，絕緣子串和跳線長度增長，為保持跳線與鐵塔間的距離滿足跳線風偏后對塔身的電氣間隙，特高壓輸電線路出現(xiàn)了剛性跳線形式。剛性跳線是國內(nèi)外超高壓、特高壓線路中普遍采用的一種跳線形式，可以有效減少跳線風偏和弧垂，壓縮桿塔結(jié)構(gòu)尺寸。

常見的剛性跳線形式有2種，即鼠籠式和鋁質(zhì)管母式。以下主要討論鋁質(zhì)管母式剛性跳線。

鋁質(zhì)管母式剛性跳線是將跳線下側(cè)一段普通軟跳線用2根鋁管替代，通過引流線連接到耐張絕緣子串上。鋁管既導流，又起支撐作用。根據(jù)管母跳線長度設計要求，為方便鋁管運輸及現(xiàn)場施工，每根管母線多分為2節(jié)，2節(jié)管母線通過管母內(nèi)接頭定位支撐，外加管母外接頭連接導流。由于2節(jié)管母線對接時僅靠管母外接頭的握力固定，在實際運行過程中往往出現(xiàn)因管母接頭螺栓松動，導致運行時管母對接處出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。

直流特高壓架空輸電線路輸送容量很大，線路運行中出現(xiàn)此發(fā)熱缺陷，將嚴重影響線路安全可靠運行，需要深入分析產(chǎn)生發(fā)熱的原因，及時消缺，以保障直流特高壓輸電線路的健康狀況。直流特高壓線路停電檢修時，將影響區(qū)域電網(wǎng)的潮流和運行方式，為保證供電可靠性，對于管母跳線發(fā)熱缺陷的處理，應盡可能采用帶電作業(yè)方式。

1 管母跳線發(fā)熱缺陷的原因分析

2016年8月，在±800 kV錦蘇線滿功率(7 200 MW)運行期間，線路運維人員利用遠紅外成像儀對耐張管進行測溫，發(fā)現(xiàn)3處管母跳線接頭和1處管母跳線本體發(fā)熱超標，如圖1所示。

部分發(fā)熱點與正常相溫差對比如表1所示。

直流特高壓管母跳線接頭發(fā)熱主要原因是管母接頭和管母之間的有效接觸面積減小，使得電阻值增大，造成通流受阻，從而產(chǎn)生接頭發(fā)熱現(xiàn)象。

圖1 管母跳線發(fā)熱的紅外測溫圖像

表1 ±800 kV錦蘇線發(fā)熱點與正常相溫差對比 ℃

經(jīng)過分析，導致接觸面積減小、接觸電阻增大的原因有以下幾點。

1.1 跳線接頭設計存在風險

直流特高壓管母跳線設計規(guī)格為Φ150/130的鋁合金管。由于電力設計院校核的跳線剛性部分較長，一般為12—18 m，整根管母線不方便生產(chǎn)加工和運輸，施工現(xiàn)場無法進行焊接，因此設計院將鋁制跳線串中的管母線分為2節(jié)對接使用。2節(jié)長度相差約2 m(如16 m管母線分2節(jié)，即9 m和7 m)，在2節(jié)管母線接頭處加裝管母線外接頭。通過螺栓扭緊力，使管母外接頭和管母線間產(chǎn)生摩擦力，以緊固2段管母線。

直流特高壓鋁制管母式跳線內(nèi)外接頭連接形式如圖2所示。當作用于管母線上的軸向力大于接頭位置摩擦力時，就會使2段管母線產(chǎn)生位移，造成接觸面積減小，產(chǎn)生通流受阻現(xiàn)象，甚至導致2段管母線拉開。

1.2 跳線施工引流線長度問題

如圖3所示，鋁制硬跳線通過絕緣子串懸吊在桿塔下方，兩端連接引流跳線。若兩端軟質(zhì)跳線弧度較小，張力過大，就會產(chǎn)生較大的沿管母線軸向作用力，造成管母線從外接頭處滑移，甚至滑脫。

1.3 管母線和金具產(chǎn)品質(zhì)量問題

管母外接頭與管母線的接觸面為圓柱形，要保證管母外接頭能安裝在管母線上，管母外接頭內(nèi)徑必須要比管母線外徑大；同時為保證一定的導流接觸面積，外接頭內(nèi)徑又不能太大。若金具廠家加工的管母外接頭和管母線配合不好，或管母線本身材質(zhì)存在質(zhì)量問題等，就會使管母外接頭內(nèi)徑和管母線表面有效接觸面積過小而產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象。

1.4 現(xiàn)場施工原因

線路施工時，管母線外接頭的緊固螺栓未按扭力矩要求進行完全緊固。在運行過程中，長期受電動力、風力及熱脹冷縮等影響，會造成螺栓脫落或不同程度的松動現(xiàn)象，影響螺栓的夾緊，從而影響產(chǎn)品的導流。

1.5 其他原因

除上述原因外，外界氣溫、灰塵、雜質(zhì)、腐蝕等原因也會造成管母線接頭發(fā)熱的現(xiàn)象。

2 停電消缺

圖2 管母內(nèi)外接頭連接形式

2017年4月，結(jié)合線路停電綜合檢修，國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司對±800 kV錦蘇線開展紅外測溫時，發(fā)現(xiàn)4處跳線管母接頭及管母本體存在發(fā)熱缺陷并進行消缺處理。具體的消缺措施為：打開管母外接頭，用砂紙打磨除銹，刷涂導電脂后復位緊固等。

圖3 引流線將管母接頭拉脫

消缺送電后，運維人員用紅外熱像儀檢測管母及管母接頭，溫度恢復正常狀態(tài)。但消缺作業(yè)過程費時費力，且必須是在線路停電期間才能實施。

3 帶電消缺

3.1 管母橋接裝置設計方案

考慮到管母接頭發(fā)熱的根本原因是管母外接頭和管母之間實際接觸面積變小，使得2段管母接頭處接觸電阻增大，通流受阻。

因此，在不拆除管母外接頭的情況下，在接頭處并聯(lián)1個導流結(jié)構(gòu)，即橋接1個導流裝置，起到分流作用，可有效減少通過接頭處的電流，從而消除管母接頭發(fā)熱缺陷。

3.2 橋接分流裝置設計

橋接方法有2種：(1) 硬連接形式，即在接頭處并聯(lián)一段管母線；(2) 軟連接形式，即在接頭兩端并聯(lián)一段導線。

3.2.1 硬連接裝置

硬連接管母橋接裝置由橋接夾持間隔棒2套、管母線1根；封端蓋2只組合而成。為方便施工和統(tǒng)一模具，裝置夾持間隔棒選用和工程用跳線鋁管支撐間隔棒同材質(zhì)同規(guī)格產(chǎn)品；裝置并聯(lián)的管母線選用與工程使用管母規(guī)格相同的Φ150/130鋁合金管。管母長度考慮夾持部位避開管母外接頭位置，整體長度設計為1 100 mm，并在兩端用封端蓋進行封堵，封端蓋和管母用沉頭螺釘固定。具體如圖4所示。

圖4 硬連接管母橋接裝置

并聯(lián)管母理論通流能力為4 400 A，管母線間隔棒線夾寬度為220 mm，理論導流能力約為8 553 A。

3.2.2 軟連接裝置

軟連接管母橋接裝置采用管母伸縮線夾形式來實現(xiàn)管母間的過流。線夾分為2部分：一部分為線夾，用于夾持固定管母線；另一部分為焊接導線，是線夾導流的橋梁。具體如圖5所示。

圖5 軟連接管母橋接裝置

線夾內(nèi)徑為Φ150，線夾寬度160 mm，焊接導線為4根LJ-630純鋁絞線，理論導流能力為4 400 A左右。

3.3 試驗研究

為驗證管母橋接裝置橋接分流能力，分別對2種橋接裝置進行直流電阻和溫升大電流模擬試驗。試驗方案按照實際使用工況制定。試驗使用Φ150/130的鋁合金管母線，管母線1和管母線2通過管母內(nèi)接頭定位和管母外接頭固定導流，方案中的管母T型線夾、設備線夾和導線等為輔助設備。試驗輸入電流為4 500 A。

試驗照片如圖6所示。

根據(jù)電路原理，加裝管母橋接裝置后相當于并聯(lián)了1個電阻，總電阻降低，通過電流能力增強，溫升較小，試驗效果和理論分析情況相符合。

圖6 管母橋接裝置試驗

3.4 管母橋接分流裝置現(xiàn)場應用及推廣

2017年8月，在±800 kV錦蘇線滿功率運行時，運維人員通過紅外檢測發(fā)現(xiàn)4146及4174號塔管母跳線，存在發(fā)熱缺陷，隨即利用研制的管母橋接裝置完成了帶電安裝作業(yè)。經(jīng)紅外檢測，效果明顯，管母線和管母接頭溫度正常，如圖7所示。

2種橋接裝置的制作及現(xiàn)場安裝情況如下。

(1) 軟連接管母橋接裝置由于產(chǎn)品體積小和重量較輕，安裝時只需1位等電位電工，耗時1 h；硬連接管母橋接裝置由于產(chǎn)品體積大和重量較重，安裝時需要2位等電位電工，耗時2 h。

(2) 就裝置制作成本而言，軟連接管母橋接裝置比硬連接管母橋接裝置要低許多。

圖7 管母橋接裝置試驗

從制作成本和作業(yè)效率而言，特高壓跳線管母接頭處發(fā)熱缺陷宜采用軟連接管母橋接分流裝置消缺，而跳線管母本體發(fā)熱缺陷宜采用硬連接管母橋接裝置消缺(可根據(jù)管母發(fā)熱段長度調(diào)整硬連接的管母長度)。

4 結(jié)論

(1) 特高壓直流輸電線路運行中出現(xiàn)的管母跳線發(fā)熱缺陷主要是因為管母接頭位置電阻增大。產(chǎn)品本身質(zhì)量、安裝不良等，或是在運行過程中長期受電動力、風力及熱脹冷縮等影響，連接螺栓松動、設備線夾腐蝕、管母套接處接觸不良等，都會影響產(chǎn)品的導流，造成發(fā)熱異常。

(2) 管母跳線發(fā)熱缺陷影響著線路安全可靠運行，需要及時消缺，以保障特高壓直流輸電線路的健康狀況。由于特高壓直流輸電線路輸送容量很大，線路停電影響區(qū)域電網(wǎng)的潮流和運行方式，對于管母跳線發(fā)熱缺陷應盡可能地采用帶電作業(yè)方式進行處理，以保證供電可靠性。

(3) 研制的特高壓直流輸電管母橋接分流裝置通過了實驗室驗證并成功應用于±800 kV錦蘇線，有效解決了特高壓直流輸電管母本體及管母接頭發(fā)熱缺陷。采用并聯(lián)橋接裝置方式處理發(fā)熱缺陷，不需要換掉整個跳線串，節(jié)省了檢修費用；施工過程簡單，不需要拆除管母外接頭、管母間隔棒等部件，減少了施工量。采用并聯(lián)橋接裝置，有效降低了管母接頭處的接觸電阻，使導流性能得到保障，避免了多次維修的可能。

(4) 對于管母跳線接頭處的發(fā)熱缺陷，建議采用軟連接管母橋接分流裝置進行帶電消缺。硬連接管母橋接分流裝置可用于處理管母本身發(fā)熱缺陷，硬連接的管母長度可結(jié)合管母線發(fā)熱段長度進行適當調(diào)整。