變電設(shè)備導(dǎo)電回路過熱原因分析及應(yīng)對策略

趙軍

摘要：近年來，變電設(shè)備過熱缺陷頻發(fā)，特別是在高負(fù)荷的關(guān)鍵時期。變電設(shè)備導(dǎo)電回路過熱缺陷的頻發(fā)導(dǎo)致變電設(shè)備安全運行水平的下降，對于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行構(gòu)成了隱患。而且變電設(shè)備導(dǎo)電回路的過熱易導(dǎo)致主設(shè)備非停事件發(fā)生，降低設(shè)備可用系數(shù)等可靠性指標(biāo)，影響了企業(yè)在同業(yè)對標(biāo)工作的總體指標(biāo)排名。為此文中選取了一年來變電設(shè)備過熱事件進行分析，并結(jié)合設(shè)備設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、運行檢修要求，查找規(guī)律，摸清特性，力爭從根源上解決問題，制定措施。旨在降低發(fā)熱隱患事件的發(fā)生頻次，提高變電設(shè)備精益化管理水平。

關(guān)鍵詞：變電設(shè)備；過熱缺陷；高負(fù)荷；隱患；可靠性指標(biāo)

本文以電接觸理論中接觸電阻的經(jīng)典理論為基礎(chǔ)，綜合考慮設(shè)備端子設(shè)計、母排及變電設(shè)備安裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對設(shè)備發(fā)熱的原因進行了深入的分析，并結(jié)合運維檢修的經(jīng)驗和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求針對性的制定了例如針對螺桿接觸改為螺紋抱箍型接線板、銅鋁對接接觸使用復(fù)合銅鋁過渡片、螺釘緊固接觸靜觸頭環(huán)改為抱箍型接觸、例行狀態(tài)檢修開展回路電阻測試、觸指（頭）鍍銀層現(xiàn)場電刷鍍修復(fù)技術(shù)、采用力矩扳手進行緊固驗收等一系列可行的防范措施，對今后的變電設(shè)備運維檢修管理及現(xiàn)場工作均具有一定的參考價值。

1缺陷情況統(tǒng)計分析

1.1基本情況

在生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)（PMS）中統(tǒng)計的缺陷，通過人工分辨缺陷內(nèi)容、缺陷原因及處理情況共清理出設(shè)備發(fā)熱相關(guān)缺陷41條。發(fā)熱設(shè)備的電壓等級在10、35、110、220kV均有分布。由于發(fā)熱主要為導(dǎo)電回路的連接部位涉及到的設(shè)備類型為：主變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、穿墻套管、電力電容器。

1.2缺陷分布分析

從缺陷在設(shè)備類型、設(shè)備電壓等級進行了統(tǒng)計分析、并根據(jù)缺陷內(nèi)容及具體情況將缺陷在各類設(shè)備中出現(xiàn)的部位進行了分類，其中將固定連接類型定義為母線裝置；將開關(guān)類設(shè)備的活動連接部位定義為觸頭裝置，具體分布數(shù)據(jù)見表1-3。

1.3缺陷原因分析

通過缺陷的分布分析及缺陷的明細(xì)列表可以看出。從設(shè)備類型上看隔離開關(guān)和電容器設(shè)備發(fā)熱缺陷數(shù)偏高，這主要是由于：①隔離開關(guān)觸頭、觸指接觸部位刀口發(fā)熱、設(shè)備線夾與隔離開關(guān)連接處發(fā)熱、此外比較異常的為220kV鐵山變電站GW16型隔離開關(guān)的靜觸頭單螺栓緊固設(shè)計缺陷導(dǎo)致的5起發(fā)熱缺陷。其他隔離開關(guān)缺陷主要原因在與觸頭及觸指彈簧結(jié)構(gòu)的設(shè)計使得觸指壓力降低、觸指的鍍銀層的脫落損壞或根本沒有達(dá)到：導(dǎo)電回路主觸頭鍍銀層厚度應(yīng)不小于20μm的技術(shù)要求、隔離開關(guān)的連接線夾、接線抱箍的緊固螺栓銹蝕引起的緊固力下降也是隔離開關(guān)發(fā)熱缺陷的主要原因之一；②高壓電容器發(fā)熱的缺陷的主要原因在于目前普遍采用的分散式結(jié)構(gòu)，匯流軟銅線連接采用的銅端子與匯流鋁排直接連接引起的接觸部位發(fā)熱導(dǎo)致的軟銅線燒損。③對于比較重要的主變壓器可以看出缺陷的部位均出現(xiàn)在中壓或低壓側(cè)，主要原因還在于中低壓導(dǎo)電部件的單螺桿設(shè)計和安裝的質(zhì)量即連接處的受力和螺栓質(zhì)量及緊固是否滿足要求。

2設(shè)備發(fā)熱的機理分析

2.1接觸電阻簡介

導(dǎo)電回路電流型致熱最關(guān)鍵的原因在于導(dǎo)體接觸部位接觸電阻的增大。由霍爾姆（Holm）接觸電阻理論可知，在導(dǎo)體相互連接的接觸面上存在接觸電阻，接觸電阻Rj可以分為兩部分：Rj=Rc+Rb，其中Rc為收縮電阻；Rb為膜層電阻。任何接觸表面都是由許多不同形狀的微凸峰和凹谷組成，呈現(xiàn)一定的表面幾何特征。表面幾何特征可采用形貌參數(shù)來描述，最常用的表面形貌參數(shù)是表面粗糙度，它取表面上某一個截面的外形輪廓曲線來表示。電流從各個相接觸的小面積尖峰處通過，因此，接觸面的總電阻等于各個接觸點的電阻的并聯(lián)值。

根據(jù)霍爾姆理論，流過這種非金屬膜層的電流是通過隧道效應(yīng)完成的，導(dǎo)體與導(dǎo)體接觸處由于有接觸電阻的存在，當(dāng)電流通過它時必然產(chǎn)生焦耳熱使接觸點局部區(qū)域溫度升高。溫度升高又會促進表面膜的生長，使接觸電阻增大，嚴(yán)重時接觸點的溫度可達(dá)到接觸元件材料的軟化點、熔化點，甚至沸騰點。在實際工程當(dāng)中根據(jù)已有的接觸電阻和接觸力的關(guān)系來估算總的接觸電阻。計算接觸電阻Rj的經(jīng)驗公式：

式中：Kj為與接觸材料、表面狀況等有關(guān)的系數(shù)，銅板與銅板接觸時取0.08～0.14；F為接觸壓力，N；m為當(dāng)為接觸面時，取1。接觸電阻與兩接觸面之間的接觸力大小成反比，當(dāng)接觸力越大時接觸電阻越小，但當(dāng)接觸力超過一定的極限時會損壞兩連接件。通過對接觸電阻的形成理論分析，今后對導(dǎo)體部位的運維工作主要從接觸部位影響收縮和膜層電阻的相關(guān)因素進行質(zhì)量控制。降低接觸電阻，減少設(shè)備的發(fā)熱缺陷率。

2.2變電設(shè)備端子設(shè)計（GB5273—1985）標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)備發(fā)熱因素分析

1）接線端子分為3種型式：螺桿型、圓棒型、板型。

2）接線端子技術(shù)要求：接線端子的接觸表面應(yīng)潔凈，不得有裂紋、明顯傷痕、毛刺、腐蝕斑痕、凹凸缺陷及其他影響電接觸和機械強度的缺陷。鑄造成型的接線端子其接觸面及連接孔不得有氣孔、砂眼和夾渣等缺陷；板型接線端子的連接面應(yīng)平整，其連接孔口不得有毛刺。

3）接線端子應(yīng)帶有為接線用的配套緊固件（如螺母、螺栓和墊圈等），并應(yīng)有防松措施。

2.3母線裝置安裝（GBJ149—1990）標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)備發(fā)熱因素分析

1）母線表面應(yīng)光潔平整，不應(yīng)有裂紋、折皺、夾雜物及變形和扭曲現(xiàn)象。

2）母線與母線，母線與分支線，母線與電器接線端子搭接時，其搭接面的處理應(yīng)符合下列規(guī)定。銅與銅：室外、高溫且潮濕或?qū)δ妇€有腐蝕性氣體的室內(nèi)，必須搪錫，在干燥的室內(nèi)可直接連接。鋁與鋁：直接連接。鋼與鋼：必須搪錫或鍍鋅，不得直接連接。銅與鋁：在干燥的室內(nèi)，銅導(dǎo)體應(yīng)搪錫，室外或空氣相對溫度接近100%的室內(nèi)，應(yīng)采用銅鋁過渡板，銅端應(yīng)搪錫。

3整改措施

1）對于螺桿型導(dǎo)電設(shè)計。尤其是主變壓器的中低壓樁頭，建議進行設(shè)計改型，由原來的單桿單孔連接改為接線抱箍的方式，即接線座與導(dǎo)電螺桿通過內(nèi)外螺絲連接并通過螺栓緊固，設(shè)備線夾與接線抱箍導(dǎo)電板連接。整改時，首先核實變壓套管導(dǎo)電螺桿的設(shè)計尺寸，然后下達(dá)接線板內(nèi)螺栓的加工尺寸，同時考慮接線板的寬度以保證相間安全電氣距離為依據(jù)以及接線連接線夾尺寸為依據(jù)進行考慮。對于GW16型隔離開關(guān)靜觸頭原有的設(shè)計為螺桿緊固導(dǎo)電桿與接線抱箍板，運行過程中發(fā)熱缺陷率較高，整改的措施為將螺桿緊固改為抱箍緊固導(dǎo)電桿設(shè)計，增加接觸面積與加大接觸部位緊固壓力。

2）對于銅鋁對接設(shè)計。對于運行電流不是較大（1600A以下）的設(shè)備在安裝尺寸允許的前提下通過較薄的銅鋁過渡片過渡后連接。否則必須對銅進行搪錫工藝處理后再連接。對于GW5（4）型隔離開關(guān)存在部分接線抱箍導(dǎo)電桿為鋁材質(zhì)但接線座內(nèi)的導(dǎo)電帶為軟銅片結(jié)構(gòu)的設(shè)計，該型導(dǎo)致建議結(jié)合檢修更換銅接線抱箍導(dǎo)電桿結(jié)構(gòu)的接線座。對于成套的電容器組，在招標(biāo)時應(yīng)將連接的設(shè)計要求納入技術(shù)協(xié)議，在基建驗收過程中必須要求整改。對于電容器組的軟銅線導(dǎo)線自身發(fā)熱的問題，結(jié)合檢修檢查其是否有松股、散股現(xiàn)象同時更換時建議使用透明護套進行收縮保護，防止出現(xiàn)運行過程中應(yīng)松散導(dǎo)致的發(fā)熱現(xiàn)象；對于戶外35kV配套有外置式電流互感器的斷路器，應(yīng)檢查其電流互感器與斷路器之間的連接是否存在銅鋁對接的設(shè)計，目前較多的斷路器為鋁接線板、電流互感器使用的是銅接線板，連接使用的是銅伸縮節(jié)連接，不滿足長期大電流運行要求，常出現(xiàn)斷路器接線板過熱的現(xiàn)象。

3）對于內(nèi)拉式觸指彈簧設(shè)計。結(jié)合大修技改更換為外壓式觸指設(shè)計，同時結(jié)合停電檢修工作檢查觸指彈簧的運行工況，有銹蝕或疲勞的進行更換，同時加強彈簧的保養(yǎng)，涂抹二硫化鉬鋰基脂進行保養(yǎng)。對于觸指鍍銀層檢修過程中按照工藝要求進行檢查和維護，不滿足要求的必須更換，同時考慮鍍銀工藝的現(xiàn)場化應(yīng)用的可行性。為了減少戶外環(huán)境對隔離開關(guān)觸頭、觸指接觸面的影響，可以考慮對目前10kV戶外隔離開關(guān)安裝絕緣的防雨罩，對觸指、觸頭進行進一步的保護。

4）導(dǎo)電回路中的安裝尺寸。嚴(yán)格按照母線施工工藝要求，根據(jù)導(dǎo)體尺寸及安裝位置選擇合格的固定孔個數(shù)和尺寸。同時對于引線可能擺動較多的位置接線端子建議不用單孔連接。對于母排或線夾在沖（鉆）孔后必須對孔洞邊緣打磨干凈，對接觸面進行細(xì)致的打磨去除氧化物及凹凸點，同時在涂抹導(dǎo)電膏時嚴(yán)禁用鋸條、螺栓刀等硬物，防止出現(xiàn)劃痕損壞導(dǎo)電接觸面，長期運行后引線接觸面過熱。

5）對于（長、大）導(dǎo)線、母排連接的端子。保證好導(dǎo)線的馳度，減少導(dǎo)線擺動和導(dǎo)線過短引起的設(shè)備線夾與設(shè)備接線端子之間的額定機械受力，對于壓接式線夾，尤其是正立安裝的設(shè)計線夾必須在尾部打排水孔，防止線夾內(nèi)雨水結(jié)冰損壞線夾以及積水加速鋼芯鋁絞線內(nèi)鋼芯銹蝕，引起發(fā)熱事件。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳鑫，李劍，盧賓文. 主變中性點套管接頭過熱的原因分析及處理[J]. 電力安全技術(shù)，2017，19（5）：56-58.