淺議高壓輸電線路發(fā)熱故障的原因分析與處理

國(guó)網(wǎng)西安供電公司 常冀閆

以往，線路故障均是以人工方式進(jìn)行排查，其勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，特別是高壓輸電線路上相對(duì)典型的發(fā)熱故障，利用人工巡線很難全面排查。即便找到苗頭，也沒(méi)有辦法定性分析。而憑借不停電、長(zhǎng)途、效率高等諸多優(yōu)勢(shì)，紅外檢測(cè)技術(shù)在高壓輸電線路中起著重要的作用。本文梳理了高壓輸電線路溫升的原因及其判斷方法，結(jié)合具體案例進(jìn)行分析，并提出針對(duì)性的處理措施。

1 高壓輸電線路發(fā)熱故障的原因

1.1 氧化腐蝕

高壓輸電線上，接觸頭并不平整，加上長(zhǎng)時(shí)間裸露于空氣中，經(jīng)過(guò)風(fēng)吹日曬、化學(xué)腐蝕，以及復(fù)合脂封閉性遭受不同程度的破壞，使輸電線中流竄空氣，氧化甚至腐蝕導(dǎo)體接觸面，使其發(fā)生銹蝕，電阻擴(kuò)大到之前的數(shù)十甚至數(shù)百倍。同時(shí)，銅鋁節(jié)點(diǎn)處理出錯(cuò)也會(huì)引起電腐蝕，加大接觸電阻，令輸電線路發(fā)熱，最終引起故障。[1]

1.2 導(dǎo)線接頭連接不緊

螺栓不相配、未擰緊、連接部位長(zhǎng)期震動(dòng)或是抖動(dòng)，連接頭松弛或是螺絲松動(dòng)，擴(kuò)大接觸點(diǎn)原來(lái)的接觸面，增加了電阻。一旦有電流經(jīng)過(guò)，溫度隨即上升，長(zhǎng)期溫度過(guò)高必然會(huì)燒毀整個(gè)線路，對(duì)供電活動(dòng)產(chǎn)生影響。

1.3 線路安裝工藝水平低

線路安裝中，接頭通常都是選擇簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行安裝。在施工、檢修階段，由于人員能力、資質(zhì)有限，無(wú)法確保施工質(zhì)量。安裝時(shí)，接頭未能完全固定，螺絲在某個(gè)時(shí)段內(nèi)松動(dòng)；線夾、導(dǎo)線接續(xù)簽未充分清刷，未涂抹或不充分涂抹電力復(fù)合脂。這就可能令線路受潮，出現(xiàn)部分氧化，電阻增加引起發(fā)熱。導(dǎo)線、線夾規(guī)格不匹配，輸電線連接點(diǎn)的截面和導(dǎo)流功能之間不協(xié)調(diào)。鋁導(dǎo)線、銅導(dǎo)線在連接時(shí)并未使用鋁銅過(guò)渡頭；線夾結(jié)構(gòu)不合理，使其線端口斷股；對(duì)螺絲進(jìn)行固定時(shí)，沒(méi)有放置彈簧墊圈。在熱脹冷縮的作用下，螺絲經(jīng)常性松動(dòng)。這種粗糙的安裝工藝，也是線路發(fā)熱故障的最大原因之一。

2 溫升判斷方法及測(cè)量溫升方法

表1 設(shè)備溫升與缺陷嚴(yán)重程度相關(guān)性

通常，高壓架空線路溫度均是交由專(zhuān)人巡線，如遙視溫度貼片法或是紅外測(cè)溫法。遙視溫度貼片法，指的是在顏色各異的溫度貼片上，分別粘貼導(dǎo)線不同的連接點(diǎn)。當(dāng)溫度上升后，貼片也會(huì)逐漸融化。利用望遠(yuǎn)鏡，我們可以觀察到不同貼片在不同溫度值下發(fā)生的改變，以便對(duì)溫度做出基本的判斷。而遠(yuǎn)紅外測(cè)溫法，已成為目前常用的方法。利用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀來(lái)對(duì)耐張?zhí)€連接點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，要求紅外線測(cè)溫人員提前登上桿塔，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)掃描。同時(shí)，掃描位置必須和連接點(diǎn)之間相隔30m 以上，以保證結(jié)果的正確性[2]。

3 高壓線路發(fā)熱故障實(shí)例分析

3.1 工程概況

某110kV 輸電線路，長(zhǎng)期超負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行。為確保線路安全，現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)本線路展開(kāi)了特巡。期間，輸電人員利用紅外線技術(shù)來(lái)檢測(cè)桿塔上各個(gè)跳線連接點(diǎn)上顯示的溫度?？梢?jiàn)，#8桿A相跳線上，大號(hào)側(cè)第2只并溝線夾可見(jiàn)異常的發(fā)熱現(xiàn)象，峰值72.7℃，而環(huán)境、正常點(diǎn)溫度分別是29.0℃、29.1℃。據(jù)悉，相對(duì)溫差接近于99.6%，負(fù)荷76MW，電流大小399A；#13桿A 相跳線，也有發(fā)熱的現(xiàn)象，溫度峰值141.6℃，而正常點(diǎn)僅37.5℃，相對(duì)溫差達(dá)到99.2%。線路負(fù)荷：81MW，電流：430A。當(dāng)負(fù)荷擴(kuò)大后，發(fā)熱點(diǎn)溫度也會(huì)持續(xù)地上升。因此，需要選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)將其消除。否則，電網(wǎng)運(yùn)行也會(huì)大受威脅。

3.2 高壓線路發(fā)熱原因分析

3.2.1 #8桿發(fā)熱情況分析

架空線路跳線，通常會(huì)選擇2個(gè)并溝線夾過(guò)流。一般情況下，發(fā)熱的僅僅為線夾之一（設(shè)線夾2檢測(cè)出發(fā)熱現(xiàn)象）。很多人認(rèn)為，這是因?yàn)榫€夾2接觸不良，也就是電阻過(guò)大導(dǎo)致。因此，他們僅會(huì)對(duì)線夾2進(jìn)行處理。過(guò)段時(shí)間，線夾2再次發(fā)熱。作者認(rèn)為，線夾2發(fā)熱是由于線夾1自身的接觸電阻來(lái)決定。假如接觸電阻偏小，就算線夾2電阻略大，也不至于發(fā)熱。

眾所周知，當(dāng)電流I 穿越電阻為R 的接頭時(shí)，其功率為：

P——接頭發(fā)熱主要的能量源。假如無(wú)法散熱，P 會(huì)增加接頭原來(lái)的溫度。其實(shí)，散熱、發(fā)熱兩種現(xiàn)象是同步的。因此，溫升ΔT 并非直線上升。相反，屬于指數(shù)曲線上升狀態(tài)。在某個(gè)時(shí)段后，接近于平穩(wěn)。我們?cè)谝獾牟⒎菧厣^(guò)程，而是溫升值ΔT。

P——熱流，也就是熱功率；Rr——接頭熱阻，單位K/W。

回歸分析模型的復(fù)確定系數(shù)（Rsquare）代表模型對(duì)數(shù)據(jù)的解釋度，范圍0～1。通常，解釋度越接近1，模型的解釋度越強(qiáng)；相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值越大，越具有強(qiáng)大相關(guān)性。由2條曲線走勢(shì)并結(jié)合復(fù)確定系數(shù)R2=0.909（復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.954），可以得出預(yù)測(cè)曲線與實(shí)測(cè)曲線擬合度很好的結(jié)論。

當(dāng)溫升處于相對(duì)平穩(wěn)后，電流I 也會(huì)利用接頭，釋放出一定的功率P ＝I2R，也就是熱流。

Rr——每瓦熱流時(shí)反饋得到的穩(wěn)定溫升值。根據(jù)傳導(dǎo)、輻射，以及對(duì)流，向外界傳遞的熱量大小。散熱越是迅速，穩(wěn)定溫升ΔT 相對(duì)則會(huì)越小。換句話(huà)說(shuō)，熱阻自然會(huì)越小。反過(guò)來(lái)，也是如此。據(jù)式（3），影響接頭溫升的因素共有3個(gè)：一是接頭電阻R，二是負(fù)荷電流I，三是熱阻Rr。后續(xù)分析中，線路上顯示的負(fù)荷電流I、熱阻Rr均為定數(shù)。設(shè)線夾1、2的電阻依次是R1、R2，類(lèi)似于并聯(lián)。代入式（3），則：

ΔT2代表線夾2相應(yīng)的穩(wěn)定溫升。

如果電流I、熱阻Rr維持恒定，線夾2的溫升很大程度上是由數(shù)值來(lái)決定。R1越大，意味著溫升ΔT2相對(duì)也就會(huì)越大。R1越大，R2穿過(guò)的分流自然也就會(huì)越大。R1、Rr是個(gè)定數(shù)，故溫升ΔT2相對(duì)也會(huì)越高。線夾2發(fā)熱，其根源并非僅僅線夾2接觸不良，某些情況下也會(huì)遭受線夾1接觸電阻的干擾。和接頭2相比，接頭1的電阻也會(huì)大很多。為此，不少負(fù)荷電流能夠順利地穿過(guò)接頭2。接頭溫升，與電流平方存在顯著的正相關(guān)。正因此，發(fā)熱的只有接頭2，但接頭1發(fā)熱并非如此。電阻越大，接頭2溫升反而會(huì)更顯著。對(duì)發(fā)熱故障進(jìn)行處置時(shí)，我們不能只考慮接頭2，而忽略接頭1。否則，后續(xù)接頭2會(huì)再次發(fā)熱。

處理方法：最好的方式，是對(duì)線夾1、2進(jìn)行重新清理，同時(shí)涂抹一層導(dǎo)電油脂，并以細(xì)鋼進(jìn)行涂刷，并重新安裝。

3.2.2 #13桿A 相跳線并溝線夾發(fā)熱分析

登桿檢查：#13桿A 相跳線尾線也會(huì)暴露出散股，和并溝線夾相比，跳線溫度高了很多。#13桿鋪設(shè)于農(nóng)田，附近還有一家食品廠，其生態(tài)遭到不同程度的污染。從相片來(lái)看，跳線上黏附較多的污染物。另外，溝線夾表面同樣可見(jiàn)較多的污染。從外觀來(lái)看，并溝線夾的性能、質(zhì)量相對(duì)較差，同時(shí)線夾外表顏色偏黑，有少量的坑洼。

實(shí)踐表明，在高壓線路上，線路金具容易出現(xiàn)突出的熱缺陷，尤其是耐張線夾、跳線線夾以及接續(xù)管等重要的連接部位。根據(jù)近年對(duì)數(shù)千個(gè)外部熱故障數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得知在外部熱故障中，線夾、刀閘觸頭的占比高達(dá)77%，其平均溫升接近于30℃，剩余外部接頭，其溫升介于20℃～25℃。對(duì)此，我們分析過(guò)熱是由下列三個(gè)原因?qū)е碌摹Ｒ皇茄趸g。導(dǎo)體接頭長(zhǎng)時(shí)間裸露于空氣中，日曬雨淋、結(jié)露，加上表面有化學(xué)氣體的入侵，令導(dǎo)體表面受到銹蝕甚至氧化。此時(shí)，金屬接觸面表現(xiàn)的電阻率也會(huì)隨之增大，相比原來(lái)增加數(shù)十甚至百余倍。二是接頭松動(dòng)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)械振動(dòng)或是風(fēng)力影響，導(dǎo)體連接點(diǎn)反復(fù)地?cái)[動(dòng)，其壓接螺絲也有不同程度的松動(dòng)。三是安裝不到位。未提前對(duì)接頭緊固件進(jìn)行擰緊；螺絲上下尚未擺放專(zhuān)業(yè)的彈簧墊圈，一旦溫度有異常，也會(huì)導(dǎo)致松動(dòng)；未提前對(duì)導(dǎo)線、線夾進(jìn)行仔細(xì)的清刷，也沒(méi)有使用電力復(fù)合脂，加上復(fù)合脂也未完全封閉，使其頻繁地侵入潮氣，造成氧化，接觸電阻隨之?dāng)U大，致使發(fā)熱；銅接點(diǎn)或是鋁導(dǎo)線均未使用任何的銅鋁接頭；線夾錯(cuò)亂，端口嚴(yán)重地?cái)喙?；線夾、導(dǎo)線并不協(xié)調(diào)，影響了自身的導(dǎo)流能力；磁滯渦流過(guò)度地?fù)p耗[3]。

處理方法如下。

一是確保金具品質(zhì)。尤其是母線或是設(shè)備線夾，應(yīng)當(dāng)選擇性能佳、質(zhì)量達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品，使其載流量、熱穩(wěn)定性符合國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備線夾，最好是銅鋁過(guò)渡產(chǎn)品。一切粗劣不合格的產(chǎn)品，都不能投放于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中。

二是防氧化。在接頭表面，應(yīng)當(dāng)注重防氧化，將原來(lái)使用的凡士林，更換為新一代的導(dǎo)電膏，即電力復(fù)合脂。

三是接觸面處理。對(duì)于某些平整度不佳的接頭接觸面，需借助銼刀進(jìn)行鏟平，將毛刺予以銼掉，讓接觸面看上去更加光潔。不過(guò)，母線加工完畢后，其銅質(zhì)必須小于原截面的3，而鋁質(zhì)也要小于5。

四是控制好緊固壓力。在接頭連接方面，有些檢修人員可能會(huì)有錯(cuò)誤的認(rèn)知，覺(jué)得螺栓越緊就越好，實(shí)際上并非如此。緊固時(shí)，螺栓切勿擰得太緊，最好是彈簧墊圈壓平即可。若有必要，需借助力矩扳手加以緊固，避免壓力過(guò)大。

五是優(yōu)化工藝程序。對(duì)于連接點(diǎn)安裝，須編制科學(xué)的技術(shù)規(guī)范。結(jié)合連接點(diǎn)過(guò)熱的劃分，建立工藝規(guī)程。關(guān)于故障率，液壓顯著地低于爆壓線路金具。以陜西高壓線路為例，在改用液壓接續(xù)金具后，整個(gè)線路的故障率比之前下降不少。

六是檢測(cè)措施。對(duì)于運(yùn)行設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)人員要重點(diǎn)對(duì)接頭進(jìn)行檢查，判斷有無(wú)發(fā)熱。有些連接點(diǎn)，以目測(cè)的方式即可判斷。一旦連接點(diǎn)溫度過(guò)高，其表面也會(huì)變得毫無(wú)光澤。導(dǎo)體部位的連接點(diǎn)，涂刷上去的色漆相比之前也會(huì)更深。

3.3 處理結(jié)果

經(jīng)審批，決定對(duì)本線路實(shí)施停電消缺。輸電班人員需要立即對(duì)線路進(jìn)行檢修，尤其是發(fā)熱相中的所有跳線并溝線夾，都要逐一換新，以保證線夾擁有合格的導(dǎo)電性能。更換時(shí)，最好使用磨砂紙進(jìn)行初步打磨，將表面的污垢予以消除。同時(shí)，涂抹適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電脂。#13桿A 相跳線并溝線啟動(dòng)后，我們看到有1個(gè)導(dǎo)線駁口，確定為安裝遺留，與前述分析相符。處理方法均以分析數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。供電恢復(fù)后，輸電人員重新利用紅外成像測(cè)溫技術(shù)對(duì)這兩處設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，得知發(fā)熱處并溝線夾后續(xù)的溫度已基本恢復(fù)。

4 結(jié)語(yǔ)

輸配電網(wǎng)作為用戶(hù)、電力企業(yè)雙方的溝通橋梁，其線路長(zhǎng)時(shí)間暴露于野外，運(yùn)行條件相對(duì)煩瑣，線路老化，容易出現(xiàn)各類(lèi)故障。如何對(duì)輸配電線路發(fā)熱故障進(jìn)行識(shí)別、解決，這是擺在電力企業(yè)、運(yùn)行人員面前的艱巨任務(wù)。因此，輸配電線路發(fā)熱現(xiàn)象的解決，須從設(shè)備、環(huán)境和施工等各個(gè)方面入手，排查線路故障隱患，確保輸配電網(wǎng)的安全、長(zhǎng)久運(yùn)行，滿(mǎn)足群眾的用電需求。