高壓線路連接裝置發(fā)熱分析及處理

陳繼祥 李之波

摘 ? 要：文章敘述了架空輸電線路、配電刀閘設(shè)備發(fā)熱的原因及如何正確利用帶電作業(yè)檢修手段處理發(fā)熱隱患，以及在工程建設(shè)和日常維護(hù)中如何管控安裝質(zhì)量的防范措施，在設(shè)備制造源頭提出改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：接觸電阻;高溫;旁路;帶電作業(yè)

隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、線路運(yùn)行過(guò)程中各種因素的共同作用和線路負(fù)荷的不斷攀升，輸配電線路跳線接頭、刀閘樁頭、變壓器跌落式熔斷器等故障頻繁，特別是用并溝線夾連接的接頭。運(yùn)行一段時(shí)間后，個(gè)別線夾由于螺栓施工扭矩不夠、鋁表面氧化等多種原因，促使這類(lèi)設(shè)備的接觸電阻增大，當(dāng)通過(guò)大負(fù)荷電流時(shí)，在線夾接觸面局部區(qū)域產(chǎn)生壓降，繼而導(dǎo)致溫度升高，極端情況下不可避免地出現(xiàn)燒熔成洞或者表面燒成凹凸不平的嚴(yán)重后果，最終導(dǎo)致燒斷跳線（或引下線）、設(shè)備停運(yùn)等事故。根據(jù)以往此類(lèi)設(shè)備檢修方法，必須采用停電作業(yè)的方式進(jìn)行更換，在當(dāng)前供電可靠性指標(biāo)約束下，停電處理的可能性越來(lái)越小，為避免單一缺陷處理而引發(fā)大面積停電情況，處理這類(lèi)缺陷應(yīng)結(jié)合實(shí)際，充分發(fā)揮帶電作業(yè)檢修的優(yōu)勢(shì)，從理論上分析帶電處理發(fā)熱隱患的可行性，制定可行的操作規(guī)程，并進(jìn)行論證，實(shí)現(xiàn)不停電處理接頭發(fā)熱缺陷。

1 ? ?線路接頭發(fā)熱原因分析

根據(jù)以往的實(shí)際案例及其紅外檢測(cè)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，高壓線路中，存在缺陷較多的往往集中在線路金具，其中，主要包括接續(xù)管、耐張線夾等連接部分。通過(guò)統(tǒng)計(jì)近年來(lái)高壓線路中熱故障較多的案例并進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在高壓線路線頭發(fā)熱故障中，發(fā)熱部位主要集中在耐張線夾、接續(xù)線夾、引流線夾方面。進(jìn)一步分析發(fā)熱原因發(fā)現(xiàn)主要有以下3方面影響因素。

1.1 ?空氣氧化腐蝕造成線路老化

電路及其設(shè)備都需要長(zhǎng)期暴露在空氣中，并且由于雨、雪、霧、風(fēng)塵等多變天氣，造成大量的水分和灰塵在線路上集聚，長(zhǎng)此以往會(huì)對(duì)高壓線路造成侵蝕，成倍地增加金屬接觸面的電阻率。

1.2 ?導(dǎo)線接頭松動(dòng)

高壓線路在大風(fēng)或者地面震動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生搖晃或者共振，長(zhǎng)期抖動(dòng)以及缺乏及時(shí)的加固就容易造成導(dǎo)體壓接螺絲松動(dòng)。

1.3 ?安裝質(zhì)量差

安裝質(zhì)量也很大程度上決定了高壓線路長(zhǎng)期的質(zhì)量穩(wěn)定與否。如果安裝階段沒(méi)有按照相應(yīng)規(guī)程操作或者操作不當(dāng)，也會(huì)對(duì)各個(gè)部位產(chǎn)生長(zhǎng)期影響。

2 ? ?發(fā)熱缺陷處理手段

針對(duì)線路接頭發(fā)熱隱患必須及時(shí)處理消缺的方法，主要有停電處理和不停電處理。停電處理優(yōu)點(diǎn)是一步到位，隱患處理質(zhì)量高，不需要重復(fù)勞動(dòng)，缺點(diǎn)是造成大面積停電和繁雜的停電操作，一定程度上造成人力、物力成本的增加，如果是單回供電的線路，不可避免造成大面積停電的不良影響。在當(dāng)前供電可靠性要求非常高的前提下，停電消缺模式應(yīng)逐漸淡化。另外一種消缺模式就是當(dāng)前新穎的帶電作業(yè)法檢修模式。根據(jù)工作的不同環(huán)境、絕緣條件、電壓等級(jí)、缺陷形式等可以分別采用等電位、地電位、中間電位方法進(jìn)行作業(yè)。帶電作業(yè)優(yōu)點(diǎn)主要有3點(diǎn)：（1）靈活性強(qiáng)。（2）避免煩瑣的工作程序。停電檢修需要變電所停電、倒閘操作、檢修措施等一系列安全保護(hù)程序，時(shí)間長(zhǎng)，人員參與多，生產(chǎn)費(fèi)用大，所有這些充分體現(xiàn)出帶電檢修無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)所在。（3）最大限度減少停電次數(shù)，實(shí)現(xiàn)多供少損，增加了經(jīng)濟(jì)效益。

通過(guò)近幾年我們地區(qū)線路發(fā)生的各類(lèi)線路接頭發(fā)熱處理經(jīng)驗(yàn)，利用帶電作業(yè)的方法進(jìn)行缺陷處理，主要采用等電位和地電位對(duì)發(fā)熱元件安裝旁路引流線的方法，成功消除了發(fā)熱隱患，同時(shí)，避免了全線路停電，極大提高了供電可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。采用并聯(lián)旁路法消除發(fā)熱故障時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。

并聯(lián)旁路法如圖1所示，在一般情況下，是由于線夾2接觸不好，即電阻大所引起，在經(jīng)過(guò)處理后，線夾2的溫度應(yīng)該降低，但是如果線夾1存在接觸電阻大，不久線夾2又會(huì)發(fā)熱。筆者認(rèn)為在經(jīng)過(guò)處理后，線夾2發(fā)熱與否在很大程度上取決于線夾1的接觸電阻，如果線夾1的接觸電阻小，即使線夾2的接觸電阻大些（當(dāng)然不是很大），線夾2也不會(huì)發(fā)熱，具體分析如下。

當(dāng)電流I通過(guò)電阻為R的接頭時(shí)，所消耗的功率為：

P=I2R（1）

P是使接頭發(fā)熱的能量來(lái)源，如果不存在散熱的話，P將使接頭的溫度不斷升高，但事實(shí)上，散熱和發(fā)熱是同時(shí)存在的，所以溫升ΔT不是直線上升，而是呈指數(shù)曲線上升，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后達(dá)到穩(wěn)定。我們關(guān)心的并不是發(fā)熱的溫升過(guò)程，而是穩(wěn)定以后的溫升值ΔT：

ΔT=PRr（2）

式中，P—熱流，即熱功率。

Rr—接頭的熱阻，單位K/W。

在溫升達(dá)到穩(wěn)定后，電流I通過(guò)接頭所產(chǎn)生的功率P=I2R，即熱流。

ΔT=I2RRr（3）

Rr表示通過(guò)每瓦熱流時(shí)引起的穩(wěn)定溫升值，意味著通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流、幅射3種形式向外散發(fā)熱量的多少，如果散熱越快，通過(guò)相同的熱流P引起的穩(wěn)定溫升ΔT就越小，也就是熱阻越小，反之亦然。

由式（3）可知，影響接頭溫度溫升的條件有3個(gè)：接頭本身的電阻R，負(fù)荷電流I及表示散熱多少的熱阻Rr。在3個(gè)條件中，R是必須條件。當(dāng)R很小時(shí)，即使通過(guò)較大的電流I，接頭也不會(huì)發(fā)熱，所以R具有一定的數(shù)值是接頭發(fā)熱的必要條件。

為了防止旁路接頭發(fā)熱，在帶電跨接旁路線時(shí)要盡量減小旁路接頭電阻，這是防止接頭發(fā)熱的最根本的措施，也就是說(shuō)旁路接頭要使用相同的線夾，作相同的處理，使其電阻大致相等。110 kV線路引流線發(fā)熱旁路分流效果如圖2所示。

3 ? ?發(fā)熱處理過(guò)程中注意事項(xiàng)

由于高壓線路的安全非常重要，故障處理也必須采用穩(wěn)定安全的手段。當(dāng)接頭過(guò)熱時(shí)，就需要采取停電處理的手段加以解決。在故障解決過(guò)程中，必須要嚴(yán)格遵循操作規(guī)程和操作工序。因?yàn)橐坏┨幚聿粔蛉婊蛘卟坏轿?，就?huì)造成接頭反復(fù)發(fā)熱，影響線路的正常工作，也會(huì)造成重復(fù)勞動(dòng)，影響電網(wǎng)正常運(yùn)行。根據(jù)多次處理接頭發(fā)熱的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)如下。

（1）先要對(duì)接觸面進(jìn)行打磨，去除掉線路中受到污染和腐蝕的一些氧化層和污垢。在打磨接觸面時(shí)要注意打磨力度，不能破壞接觸面原有結(jié)構(gòu)，以免影響接觸面積和后續(xù)使用效果。

（2）涂抹導(dǎo)電硅脂。處理完接觸面的污垢后，在接觸面涂抹導(dǎo)電硅脂。由于導(dǎo)電硅脂是一種導(dǎo)電性能較好的油性物質(zhì)，對(duì)于修復(fù)受損的接觸面以及提升導(dǎo)電性能都有一定的幫助。完整涂抹導(dǎo)電硅脂還能夠在接觸面形成較為完整的密封層，有助于后續(xù)隔離濕氣和污染物，防止接觸面再次被污染。

（3）更換不符合要求或老化的連接部件、產(chǎn)生發(fā)熱故障的接頭，連接附件或自身都有可能存在一定的缺陷，若及時(shí)更換部件，可以徹底消除某些固有缺陷。

4 ? ?發(fā)熱隱患處理案例

配網(wǎng)案例：2018年盛夏，10 kV牛冷線1#塔出線刀閘紅外測(cè)溫發(fā)現(xiàn)異常，刀閘樁頭高溫150 ℃，經(jīng)過(guò)勘查，樁頭金屬因高溫已經(jīng)變色、部分出線電弧而融化，說(shuō)明此時(shí)150 ℃并不是溫度的高峰值，此時(shí)負(fù)荷電流約為120 A，大量用戶在高溫用電高峰期間不可能停電處理，經(jīng)過(guò)研究，決定采用帶電作業(yè)不停電方式對(duì)刀閘故障相進(jìn)行旁路連接、短接過(guò)渡處理。

旁路短接故障相必須具備條件：（1）具備實(shí)施絕緣隔離等絕緣措施的作業(yè)空間。（2）適當(dāng)對(duì)部分符合電流進(jìn)行轉(zhuǎn)移，盡可能減少故障刀閘運(yùn)行電流。（3）旁路短接操作過(guò)程中必須保證故障相刀閘可靠接觸。

5 ? ?結(jié)語(yǔ)

電氣接頭發(fā)熱在電力生產(chǎn)中比較常見(jiàn)，運(yùn)行人員要對(duì)其有足夠的認(rèn)識(shí)，因?yàn)樗鼘?duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行有著很大的影響，一個(gè)接頭的發(fā)熱有可能給安全生產(chǎn)帶來(lái)不可估量的損失。降低接頭發(fā)熱故障，除了加大設(shè)備改造以及更換力度外，重點(diǎn)還應(yīng)在工程建設(shè)初期加強(qiáng)施工工藝規(guī)范和驗(yàn)收把關(guān)，日常運(yùn)行中通過(guò)氣象、紅外成像、示溫蠟片、紅外測(cè)溫儀來(lái)發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理問(wèn)題，避免因接頭發(fā)熱而導(dǎo)致事故的發(fā)生。處理類(lèi)似隱患手段方面要不斷拓寬思路，對(duì)變電設(shè)備的發(fā)熱裝置采取可行的帶電作業(yè)方法及對(duì)應(yīng)的帶電作業(yè)處理工具進(jìn)行缺陷處理，提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性。