特高壓換流站設(shè)備接頭發(fā)熱原因分析及治理

劉旸 郭冬青 齊建偉

【摘 ?要】隨著科技不斷發(fā)展和生活水平的步步提高，人們對電力供應(yīng)也提出了更高的要求，為了保障群眾生產(chǎn)活動能夠繼續(xù)得到保障，變電站也需與時俱進實現(xiàn)更持續(xù)、穩(wěn)定、高效的供電工作。從變電站設(shè)備的運行狀況來看，仍舊存在某些環(huán)節(jié)運作不夠完善的現(xiàn)象，而造成設(shè)備出現(xiàn)異常的原因之一往往是站內(nèi)設(shè)備接頭發(fā)熱。本文就我國變電站環(huán)境中所使用的設(shè)備接頭發(fā)熱現(xiàn)象進行分析，并提出改善這一狀況的預(yù)防策略，以期能為實際工作的執(zhí)行帶來借鑒。

【關(guān)鍵詞】變電站設(shè)備;接頭發(fā)熱;分析;預(yù)防

1 引言

我國各項基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)日臻完善，國家電力工程飛速發(fā)展起來，變電站建設(shè)項目在各項現(xiàn)代化技術(shù)的支撐下為社會創(chuàng)造了極高的價值。現(xiàn)階段，在諸多自動化設(shè)備及技術(shù)的整合應(yīng)用之下，國家電網(wǎng)系統(tǒng)的整體功能較以往有了很明顯的提升，電力系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量也有所提高，這些成績的取得與變電站的日常運行管理的加強密切相關(guān)。從整體來看，變電站設(shè)備的日常維護工作的有序執(zhí)行對于電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運作而言至關(guān)重要?；诖?，需要采取一切有效措施來避免變電站設(shè)備出現(xiàn)異常情況。具體來看，就要針對變電站設(shè)備接頭發(fā)熱現(xiàn)象進行解決處理。

2 發(fā)熱原因分析

2.1螺栓頭和螺帽的大小設(shè)計不合理

電氣觸頭當(dāng)中的有效載流面積指的是充足壓力作用下的電氣觸頭導(dǎo)體的面積，螺帽表面的截面積以及螺帽作用于觸頭導(dǎo)體之處的面積均為有效的載流截面積。在使用尋常的螺栓對電氣觸頭進行緊固的過程中，由于螺帽的外徑較小，導(dǎo)致電氣觸頭的有效載流截面積的大小無法滿足相關(guān)要求;如果在螺帽下安裝彈墊，相較于螺帽外徑而言，彈墊的外徑較小，在對其進行緊固的過程當(dāng)中，螺帽所施加的作用力通常會作用于彈墊上，彈墊的受力側(cè)面積即彈墊作用于平墊上的面積，實際直接著力于觸頭上的面積與彈墊受力側(cè)的面積相等，即有效的電氣觸頭載流面積，其有效的載流截面積相對更小，進而造成設(shè)備局部產(chǎn)生大量熱量。

2.2接頭或線夾的表面氧化

電氣設(shè)備之間的連接接頭通常使用螺栓進行連接，當(dāng)連接接頭由于流入電流的密度過大或者冬夏季節(jié)氣候的變更等原由發(fā)生設(shè)備過熱現(xiàn)象的時候，便會造成其發(fā)生膨脹，而銅與鋁的膨脹系數(shù)相較鋼而言較大，由于受到鋼制墊圈的限制，母線接頭不可任意發(fā)生膨脹;當(dāng)由于母線電流的減小等原由致使溫度發(fā)生下降的時候，相較于螺栓而言，母線的收縮較大，進而使壓力降低，形成間隙，這個時候接觸面的位置相互錯開，接觸壓力得以下降，而接觸電阻卻相應(yīng)加大。溫度上升會造成母線接觸面發(fā)生氧化，對原有的接頭金屬面直接接觸造成破壞，形成氧化膜，進而造成接觸電阻的增大。每次的溫度循環(huán)都會致使接觸電阻發(fā)生增大，進而造成二次循環(huán)時的熱量得以提升，高溫會使得接觸發(fā)生更為巨大的惡化。此外，金屬在空氣當(dāng)中均會發(fā)生氧化，進而造成氧化薄膜的形成。

2.3接觸面不平整

在對電氣設(shè)備連接接頭材料的接觸面進行加工的過程當(dāng)中，不管怎樣處理，從微觀上而言，接觸面的表面總是呈現(xiàn)不平整狀態(tài)，所以接觸面的吻合度也是不夠的。當(dāng)兩個金屬表面進行相互接觸的時候，僅少部分凸出點進行了切實的接觸，當(dāng)中只是很少部分的準(zhǔn)金屬接觸或者金屬接觸的斑點可以進行導(dǎo)電。當(dāng)電流經(jīng)過該些較小的導(dǎo)電斑點的時候，相關(guān)電流線勢必會發(fā)生收縮的情況。由于電流線的收縮，致使通過導(dǎo)電斑點的電流路徑得以加長，進而導(dǎo)致有效導(dǎo)電面積的縮小，其電阻也隨之增加，進而造成接頭發(fā)熱的現(xiàn)象發(fā)生。

2.4設(shè)計原因?qū)е螺d流密度超過規(guī)定值

從設(shè)計著手，尤其是在新型的螺栓、連接導(dǎo)線及接頭截面等的載流密度的探究方面應(yīng)當(dāng)保持高度重視。相關(guān)廠家在對設(shè)備接頭進行設(shè)計的過程當(dāng)中，沒有進行較為認(rèn)真的核算，進而致使載流密度相較規(guī)定值較大，造成接觸電阻的增大。相關(guān)電氣設(shè)備接頭的橫截面積以及所運用螺栓、導(dǎo)線等在載流量方面都存在著相應(yīng)的限制，倘若相關(guān)廠家沒有對電磁場與核算體系進行詳細的分析，經(jīng)過長時間的大電流、高電壓運行，很快便會造成電力設(shè)備的大面積發(fā)熱。

3 變電站設(shè)備接頭發(fā)熱現(xiàn)象的有效預(yù)防措施

3.1 電氣設(shè)備接頭的分類

通過對變電站設(shè)備接頭發(fā)熱現(xiàn)象的深入探究，并且，結(jié)合不同情況下設(shè)備接頭發(fā)熱的原因，可以將電氣設(shè)備接頭分為2類：影響負(fù)荷傳輸類和不影響負(fù)荷傳輸類。從本質(zhì)上來看，無論是這兩類中的任何一類狀況發(fā)生，都可能會對整個電網(wǎng)環(huán)境的穩(wěn)定運行帶來一定程度上的威脅。因此，分別就兩類接頭提出相關(guān)建議處理措施和控制指標(biāo)。

1）探究影響負(fù)荷傳輸?shù)脑O(shè)備接頭發(fā)熱現(xiàn)象的預(yù)防措施。針對變電站設(shè)備接頭發(fā)熱狀況的判斷，需要相關(guān)技術(shù)人員具備一定的經(jīng)驗，因為在某些情況下，可以憑借過往經(jīng)驗來判別接頭根部導(dǎo)線是否有異常的情況發(fā)生。大體上來看，如若設(shè)備故障致使電力負(fù)荷發(fā)生變化，則預(yù)防電氣設(shè)備接頭發(fā)熱的措施主要有兩方面內(nèi)容：一方面，要嚴(yán)格按照檢修工藝的硬性規(guī)定來檢修或維護設(shè)備，尤其在選擇設(shè)備接頭材料時，更要選擇優(yōu)質(zhì)的電力復(fù)合脂來強化設(shè)備的性能，還要在設(shè)備接頭處的表面增設(shè)一個防氧化、防水保護層，起到防止水份進入，并隔絕空氣，增強導(dǎo)電性和減少接觸電阻。另一方面，要做到有效控制接頭接觸電阻，或者將接頭接觸電阻控制在既定的范圍內(nèi)，從而避免發(fā)熱現(xiàn)象的產(chǎn)生。盡量采用扭矩扳手判斷壓力，杜絕人為力量因素盲目僅將螺栓擰緊為止。即母線等接頭處的對接螺栓，不能擰的太緊。一般環(huán)境下，擰緊一點，環(huán)境溫度高時，擰松一點。

2）探究不影響負(fù)荷傳輸?shù)脑O(shè)備接頭發(fā)熱現(xiàn)象的預(yù)防措施。從現(xiàn)實情況來看，并非所有的設(shè)備接頭發(fā)熱現(xiàn)象都會導(dǎo)致電力系統(tǒng)的負(fù)荷傳輸效率，但都或多或少地影響到電網(wǎng)環(huán)境的穩(wěn)定性，所以，仍需要對這種情況進行有效預(yù)防。理想化的設(shè)備接頭既可以在實際操作中拆裝便捷，又能在運行的過程中接頭接觸良好，因此，在實際工作中，需要采取科學(xué)化的檢測手段來保證設(shè)備的有序運行。其中，最為重要的預(yù)防措施，便是確保設(shè)備在安裝或檢修過程中所采用的工藝技術(shù)水平達標(biāo)。此外，從我國長期以來所執(zhí)行的無人值班變電站的管理模式來看，通常采取“集控站”管理模式，即變電站日常監(jiān)控與系統(tǒng)操作等環(huán)節(jié)按照區(qū)域集控站的職責(zé)分配來進行統(tǒng)一管理。在這一要求下，各項技術(shù)及策略需要進行科學(xué)運用與籌劃。由此可見，我國基層變電站系統(tǒng)的有效運作有賴于設(shè)備性能的發(fā)揮以及設(shè)備的有效維護。

3.2表面處理

首先必須保證接頭表面平整光潔，并清除氧化層和均勻涂抹導(dǎo)電膏。導(dǎo)電膏可以在接觸面處形成一層保護膜，起到防止水份進入，并隔絕空氣，增強導(dǎo)電性和減少接觸電阻。對接頭的檢查處理時，必須對接頭表面進行處理并將導(dǎo)電膏重新更換，避免原來導(dǎo)電膏灰塵等雜物影響接頭接觸電阻。

3.3加強點檢、定期維護工作

以上措施能有效杜絕一些電氣設(shè)備接頭過熱事故，但有時由于各種原因還可能會出現(xiàn)過熱的情況，必須加強定期的設(shè)備巡檢和溫度監(jiān)視，堅決杜絕此類事故的發(fā)生。從過去的涂蠟判斷，到點溫計測量，目前采用熱成像技術(shù)的應(yīng)用，能及時發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備溫度的變化情況。

4.結(jié)語

綜上所述，伴隨著特高壓直流輸電的不斷發(fā)展，一旦特高壓換流站設(shè)備電路接觸部位產(chǎn)生較大熱量，便會造成非常大的危害，更甚至造成直流閉鎖的現(xiàn)象或一次設(shè)備發(fā)生毀壞的現(xiàn)象，進而對特高壓直流的穩(wěn)定安全運轉(zhuǎn)造成極為嚴(yán)重的影響。所以，對于接頭產(chǎn)生熱量這一問題，應(yīng)當(dāng)采用相應(yīng)的防范措施對其進行及時地解決，從解決問題或設(shè)備安裝的根源上采取相應(yīng)的對策，進而使檢修與施工的質(zhì)量得以提升，降低接頭發(fā)熱現(xiàn)象的發(fā)生率。

參考文獻：

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[2]張血琴，高波，包健康.500kV輸電線路耐張線夾電接觸計算及其發(fā)熱研究[J].中國電力，2016，49（11）：25-30.

（作者單位：山西省電力公司檢修分公司）