10 千伏電容器連接線接頭發(fā)熱分析

曹 亮 蔡衛(wèi)東 顧珺明 張怡捷 夏世超

（國網(wǎng)上海市電力公司金山供電公司，上海 200540）

無功功率不足會增加輸電線路的損耗、導致系統(tǒng)電壓下降，降低電網(wǎng)的電能質量，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行構成巨大的威脅，通過投切電容器，能夠對電網(wǎng)中的無功功率進行快速調節(jié)，從而實現(xiàn)無功功率平衡，使電力系統(tǒng)的功率因數(shù)維持在規(guī)定的范圍內，維護電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行[1]。

電容器在運行中會出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，其中電容器連接線接頭發(fā)熱是常見缺陷之一，電容器連接線接頭發(fā)熱會影響電容器運行的可靠性，威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

本文通過對某35kV 變電站10kV 電容器連接線接頭發(fā)熱現(xiàn)象進行研究，找出電容器連接線接頭發(fā)熱的原因，提出降低電容器連接線接頭發(fā)熱的方法，從而降低電容器的故障概率，確保電網(wǎng)的供電安全。

1 異?，F(xiàn)象

在對某35kV 變電站10kV 電容器組進行紅外測溫時發(fā)現(xiàn)，乙組電容器的某臺電容器B 相連接線接頭存在明顯發(fā)熱點，如圖1 所示。

圖1 電容器B 相連接線接頭過熱紅外成像圖

分別測量電容器A、B、C 三相連接線接頭的溫度，如表1 所示，電容器A 相連接線接頭的最高溫度為32.5℃，B 相連接線接頭的最高溫度為56.8℃，C 相連接線接頭的最高溫度為31.2℃，B 相溫度相較于A、C 兩相溫度明顯偏高。

表1 電容器連接線接頭溫度 ℃

2 接頭發(fā)熱原因

電容器A、B、C 三相負荷電流如表2 所示，A 相負荷電流174A，B 相負荷電流177A，C 相負荷電流175A，三相負荷電流大小無明顯差異。

表2 電容器三相負荷電流 A

電容器負荷電流I 流過連接線接頭時會產(chǎn)生熱量，產(chǎn)生的熱量可通過焦耳定律計算。

式中I 為電容器的負荷電流，R 為電容器連接線接頭的電阻，Q 為時間t 內電流I 流過電容器連接線接頭產(chǎn)生的熱量。

電容器連接線接頭產(chǎn)生的熱量會引起接頭溫度升高，連接線接頭產(chǎn)生的熱量與接頭溫升之間的關系可以通過溫升公式計算。

式中Q 為電容器連接線接頭產(chǎn)生的熱量，c 是電容器連接線接頭的比熱容，m 是電容器連接線接頭的質量，t 是電容器連接線接頭的最終溫度，t0是電容器連接線接頭的初始溫度[1]。

對于同批次的產(chǎn)品，電容器連接線接頭的質量m、比熱容c相同，電容器A、B、C 三相連接線接頭處在相同的環(huán)境中，連接線接頭的初始溫度t0相同，因此，電容器連接線接頭的發(fā)熱量越大，其最終溫度越高。

分層教學法是一種新型的教學方式，該種教學方式的有效落實，不僅可以極大地提升教學效率，同時還可以有效地提升教學水平。因此諸多高校正在積極努力的落實這一教學方式。就高中化學分層教學模式而言，為了能夠保證該種教學模式能夠順利的實施，相關的化學教職人員必須要從以下三個方面著手進行具體的教學工作，其一為對教學目標進行準確的劃分，其二為對教學內容進行準確的劃分，其三為對教學評價進行準確的劃分。

電容器B 相連接線接頭溫度最高，可判斷B 相連接線接頭的發(fā)熱量最大。由于電容器三相負荷電流I 無明顯差異，時間t相同，通過焦耳定律可判斷電容器B 相連接線接頭發(fā)熱的原因是B 相連接線接頭電阻R 變大。

電容器連接線接頭結構如圖2 所示，連接線接頭由連接線和緊固件構成，連接線為多股細軟的鍍錫銅絞線，緊固件由銅線夾、螺母、彈簧墊片、墊片構成，緊固件將連接線固定在電容器接線端子上。

圖2 電容器連接線接頭

電容器連接線接頭的電阻由連接線、緊固件的本體電阻，連接線與緊固件之間的接觸電阻構成。

3 接頭電阻變大的原因

連接線、緊固件的本體電阻是鍍錫銅絞線、銅線夾、螺母、彈簧墊片、墊片的電阻。連接線與緊固件之間的接觸電阻是鍍錫銅絞線與銅線夾之間的接觸電阻。

3.1 本體電阻變大

緊固件由銅線夾、螺母、彈簧墊片、墊片構成，它們都是堅硬的金屬固體，結構不易被破壞，因此，緊固件的本體電阻幾乎不變。連接線為多股細軟的鍍錫銅絞線，若對其施加的壓力過大，其結構易被破壞，從而導致本體電阻變大。

電容器連接線接頭本體電阻變大的原因：

（1）鍍錫銅絞線在運輸、存儲過程中發(fā)生擠壓，表面受力不均勻，局部承受的壓力超過鍍錫銅絞線本體所能夠承受的最大壓力，導致鍍錫銅絞線內部結構發(fā)生變化，發(fā)生松股、散股或斷股，從而導致鍍錫銅絞線本體電阻變大。

（2）鍍錫銅絞線安裝過程中螺母擰得過緊，銅線夾施加在鍍錫銅絞線上的壓力過大，超過鍍錫銅絞線本體所能承受的最大壓力，使其內部結構發(fā)生變化，發(fā)生松股、散股或斷股，從而導致鍍錫銅絞線本體電阻變大[2]。

3.2 接觸電阻變大

電容器連接線接頭接觸電阻由兩部分構成，分別是電容器連接線接頭的收縮電阻和電容器連接線接頭膜電阻，下面將從收縮電阻變大和膜電阻變大兩方面闡述接觸電阻變大的原因。

（1）線夾與連接線之間的壓緊力不足，電容器安裝過程中沒有嚴格按照安裝工藝的要求進行，螺母沒有擰緊，線夾施加在連接線上的壓力沒有達到規(guī)定值，線夾與連接線之間金屬直接接觸的面積較小，導致電容器連接線接頭的收縮電阻變大。同時，由于壓緊力不足，電容器連接線接頭在長期運行后出現(xiàn)松動，導致連接線與線夾之間的接觸點進一步變少、接觸面積進一步變小，電容器連接線接頭的收縮電阻進一步增大。由此可知，線夾與連接線之間的壓緊力不足會導致接觸電阻變大，并在運行的過程中進一步變大。

（2）電容器連接線接頭的線夾由黃銅制成，黃銅直接與空氣接觸時，容易在潮濕的環(huán)境下發(fā)生電化學腐蝕，表面形成電阻率很高的氧化層。

電容器安裝時若環(huán)境濕度過大，線夾和連接線表面會受潮，隨著時間的推移，線夾表面逐漸被氧化，線夾與連接線之間的膜電阻變大，導致接觸電阻變大。

電容器在運行過程中，若環(huán)境濕度過大，潮濕的空氣進入線夾，線夾表面逐漸被氧化，形成高阻值的氧化膜，線夾與連接線之間的膜電阻變大，導致接觸電阻變大[4]。

4 防范措施

為避免電容器連接線接頭運行中出現(xiàn)溫度異常升高，本文從防止電容器連接線接頭本體電阻變大、接觸電阻變大兩方面提出相應的防范措施。

4.1 規(guī)范電容器連接線的運輸、存儲程序，并且在安裝前測量連接線的本體電阻，避免將松股、散股、斷股的連接線安裝到電容器上，導致的連接線本體電阻變大。

4.2 電容器安裝時嚴格按照安裝的工藝要求進行，使用力矩扳手[5]，將扳手的扭矩調整到規(guī)定值，使線夾與連接線之間的壓緊力充足，避免壓緊力不足，線夾松動而導致的接觸電阻變大；避免壓緊力過大，連接線松股、散股、斷股而導致的本體電阻變大。

4.3 增加線夾的抗氧化能力，使用表面鍍錫的銅線夾代替裸露的銅線夾，如圖3 所示。錫鍍膜具有良好的抗腐蝕性能[6]，能夠避免銅線夾與潮濕的空氣直接接觸發(fā)生氧化形成高阻值氧化膜而導致的接觸電阻變大。

圖3 表面鍍錫的銅線夾

5 結論

本文研究的是一起電容器連接線接頭發(fā)熱缺陷，對導致發(fā)熱缺陷的原因進行分析，提出電容器連接線接頭電阻變大是導致發(fā)熱缺陷的原因，分別從防止連接線本體電阻變大、連接線與緊固件之間的接觸電阻變大進行分析，提出安裝前測量連接線的本體電阻、安裝時使用力矩扳手、使用表面鍍錫的銅線夾代替裸露的銅線夾來防止電容器連接線接頭電阻變大。

同時，還應根據(jù)電容器的歷史運行數(shù)據(jù)、同類設備的運行數(shù)據(jù)、當前的電網(wǎng)負荷情況，加強對電容器的巡視，結合紅外測溫，盡早發(fā)現(xiàn)缺陷、消除缺陷，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。