输变电设备载流元件接头发热原因及处理

输变电设备载流元件接头发热原因及处理输变电设备载流元件接头发热，在电力行业缺陷统计中也称“接触不良过热”。近年，随着电力设备制造质量及工艺的不断提升，其内部元件接头过热故障逐渐减少，但其与外部连接，或现场组装的元件(如隔离开关等动静触头)接头发热导致的严重或危急性质的缺陷大幅上升，如某省电力公司2011年1～9月10kV及以上变电类缺陷统计分析表明，共有严重及危急性缺陷1198条记录，其中主要载流元器件接头部位接触不良过热类缺陷就有125条，约占1O，绝大部分缺陷发生在电网迎峰度夏的高温大负荷期间。在供电十分紧张的情况下，出现超过标准规定值的缺陷，必须紧急处理，否则将酿成事故。分析这类缺陷的原因并制定防范措施十分必要。1载流元件接头发热部位载流元件接头发热经常出现的部位：隔离刀闸动静触头间；一次设备与引线接头处；引线间连接处。2导致载流元件接头发热的原因分析从载流元件接头红外测温图可以清晰看到，出现较高温度的部位在负荷电流经过的接头处，通常叫做“接触不良发热”，之所以出现高于正常结构部件的温度，根据焦耳一楞次定律：物体发热量Q与下列公式有关，Q一0．241。Rt(卡)，其中参数(A)为流过物体的电流；R()为接触处电阻；t(s)为时间。通常，连接处流过的电流应小于或等于设备的额定值，除非系统出现异常情况；正常情况下，接头处电阻应等于或小于同等截面的导体电阻，而接触电阻增大与接头处接触不良、接触面积不足密切相关，是引起连接处发热的主要原因。2．1接触面材质或异物导致接头发热接触不良与刀闸动静触头压力、不同材料(如铜铝板结合面)、压紧力不够、结合面有异物、材质不良等有关。如某供电公司2007年6月22日下午，变电部专业人员根据值班人员的反映情况，对柏林变设备进行红外热像仪跟踪测温，发现220kV柏01开关C相TA两侧接线板固定螺栓处温度进一步增加，高达22O℃，同时，柏10旁路开关C、B相TA靠刀闸侧温度也接近100℃。当晚将柏林变220kV2号母线停电，对柏01开关及2号母线静触头进行紧急检查处理；通过停电检查发现缺陷的具体情况为：①柏O1开关TA接线板处发热及柏112刀闸C相管母静触头与导线圈两侧接点处温度过高，是因为设备出厂时防止导电部位氧化的保护膜在安装时未拆除，导致接触面接触不良，引起设备温度过高。②在静触头分解处理中，发现导线下夹件与静触头板面问有炭化的纸质保护膜，呈灰白色的粉末状，均匀分布在接触面之间。触头表面均匀分布点状放电痕迹，接触面之间氧化严重，形成较硬的氧化层。③电流互感器接头处理过程中发现夹件板面间有炭化的纸质保护膜，呈灰白色的粉末状，均匀分布在接触面之间。接触不良引起发热的原因分析如下：静触头出厂时，为防止接触面氧化，在各导电面涂有中性凡士林，并用薄纸覆盖，防止污染接触面。覆盖纸张为绝缘材质、小于夹件接触面积，且在安装过程中导线下夹件不用拆卸，就可直接安装导线，外观检查不易发现纸张的存在。由于接触面间的纸张存在，而纸张面积小于夹件面积，当负荷增大时，载流面积明显不足，接触电阻较大，使两接触面问放电，加重铝板的氧化造成了接点电阻的进一步增大，是造成接点发热的主要原因。由于夹件发热，导致固定螺栓高温过热，弹簧垫圈失去弹性，螺栓松动，压紧力不够，因此增加了发热程度。电流互感器外连接点发热，主要是因为保护膜未清除，接触面间存在杂质，造成接触不良引起发热。为了证实防氧化保护膜对导电性能的影响程度，在故障处理结束后，专门对一套新刀闸静触头固定金具及TA接线板处T型线夹模拟现场情况进行有保护膜和无保护膜状况下的接触电阻值测试比较，测试结果见表1。从测试结果中可以看出，两种不同的测试设备测试结果基本相似。设备压接面有防氧化保护膜与设备压接面无防氧化保护膜的测试结果存在很大的差别，由于导电设备的发热情况与导体的电阻值有很大的关系，阻值越大，发热越严重，所以柏林变电站的设备发热缺陷与防氧化膜未拆除有很大的关系。为了进一步证实防氧化膜在不同温度下对接触电阻的影响情况，对带有防氧化保护膜的模拟设备进行人工加热，在不同温度下进行测试，测试结果见表2。从测试结果中可以看出，带有防氧化保护膜的线夹在不同温度下设备压接面的接触电阻变化不大。防氧化保护膜在安装时若未拆除，将直接影响设备的导电性能，而且不会随温度的升高减小影响程度。2．2接触面积不足导致接头发热接触面积不足(设计不合理、工艺粗糙、螺栓配备较少、接触面小)。如2007年7月24日对磁湖变电站进行测温工作，发现多处220kV隔离刀闸接线板有发热现象(见表3)。发热原因分析：现场检查发现，导致发热的主要原因有：(1)制造工艺差，刀闸接线板接触面工艺较差，光洁度、平整度较低，存在明显的突起、凹痕；(2)结构不合理，引线与刀闸问加装过渡板且过渡板厚度不足，现场出现变形、弯曲、翘起等现象；(3)安装工艺不足，现场发现有过渡板导流面与非导流面装反、部分螺栓出现松动现象。处理方法：针对上述问题，采取的工艺措施：(1)仔细处理接触面，采用金相砂纸对接触面进行处理，提高接触面的光洁度和平整度；(2)清理接触面，接触面处理完毕后，用丙酮进行清洗，去掉接触面上的杂质；(3)均匀紧固，保证接触面的良好接触；(4)修后测试，处理完毕后，测量接触电阻来检查处理质量，接触电阻不合格的重新进行处理。2．3接头间电化学腐蚀增大接触电阻众所周知，许多电力设备如开关、刀闸、母线接头与变压器接头的金属表面，由于受湿热、工业大气(SO、H。S、NO、CO)盐雾、霉菌、手汗等介质的作用，产生电化学腐烛，形成不导电的腐蚀产物，使表面电阻不断增大，导致接头发热。3载流元件接头发热早期诊断与防范3．1设备发热故障诊断基本方法有如下几种(1)表面温度判断法。根据所测设备发热点表面的温度(或温升)，依据(GB763～90)《交流高压电器在长期工作时的发热》3．2条中规定，同时参考被测设备的额定载流、所测温度(温升)下的载流进行综合判定发热故障性质(详见DL／T664(带电设备红外诊断技术应用导则》，此方法主要用于电流致热性外部缺陷(故障)诊断。(2)相对温差判断法。根据相对温差定义或公式(at一×lOO，t发热点的温度；t正常相对点的温度；t。环境参照体的温度)。计算出发热设备相对温差6￡。一般情况下，当2O8f80时为一般缺陷，80≤8￡95时为重大缺陷，6≥95时为紧急缺陷。此方法主要用于电流致热型设备缺陷诊断(注：当设备发热点温升值小于1OK时，不能采用此判断法)。(3)同类比较法。也称横向比较法，利用同一类型设备在同一运行条件下，同一部位的温度(温升)进行比较判断。(4)热图谱分析法。根据同类或同一设备在正常状态和异常状态下热图谱的差异来判断设备状况是否正常。(5)档案分析法。即纵向比较法，通过同一设备不同时期的检测数据(温升、相对温差)或图谱，分析设备致热趋势和变化速率，来判断设备是否正常。3．2带电流测温传统的带电流测温运行设备发热接点的检查方法有：(1)雨天看接点。下雨天看接点若是干燥的，温度约50~C左右；如雨滴立即气化蒸发，温度约在100℃以上；如发出吱吱声，雨滴呈滚落状，温度约在200℃以上。雪天看接点，若接点上雪融化，温度在0~C以上；如果接点干燥，温度在50℃以上。(2)接点气流观察。此方法实际上利用发热体表面温度与环境温度差而产生的对流热气进行观察。如同样在环温20℃，接头温度40℃时，即能看到微小气流；如接头温度达到100~C时，“热气流”就非常明显；如接头温度达到200oC以上，“热气流”就非常容易被看到；如果接头是由几个接点组合而成，看“热气流”也能分辨出那点。(3)红外线测温设备看接点。可分为红外热成像仪和红外测温计，这是目前应用最为广泛的设备，其具有较好的灵敏性、快速性、准确性，深受现场人员欢迎。3．3无电流情况下的诊断方法实际上，准确测量接头处电阻是防范发热故障于之前的有效方法。通常在现场采用电桥测电阻法、加电流运用欧姆定律计算电阻、小电流下的温度推算等(运用公式Q一12Rt)。3．4慎重选用接头间导电材料如某些以矿油加石墨或金属粉末制成的“导电膏”广泛应用在母线接头上，虽然收到一定效果，但实践证明其效果尚不理想。因矿油容易挥发变干，变干后石墨脱落、金属粉末被氧化，导电性能逐步下降直至完全丧失。因此，对解决输电线路铜铝接头发热，防止电化学腐蚀等问题，必须慎重选用导电材料。3．5接头发热的标准(注意值、极限值)接头发热是否危及到输变设备的正常运行，在无电流状态下一般用电阻值判定；运行状态下(带电流)一般用温度值判定。如并联电容器(串联电容器)、耦合电容器、金属氧化物避雷器允许的相间温差及最大工作温升参考值；各种电缆的最高允许工作温升；电流互感器、电磁型电压互感器允许的最大温升和相间温差值；少油断路器内外部温差参考值；FZ型避雷器允许的工作温升及相问温差参考值等都应按照相应的标准执行。应当关注以下设备：(1)变电站主要设备。变压器(站用变)、高压断路器、高低压开关柜、组合电器、封闭母线、电力电容器、四小器(耦合电容器、TA、TV或CVT、避雷器)、阻波器(含内部避雷器、电容器)、电力电缆、刀闸、绝缘子串、支撑绝缘子、母线、设备连接导线、穿墙套管、主设备辅助低压电器及二次回路等。(2)线路设备。所有存在载流致热发生故障的线路设备各部位。(3)配电设备。所有存在载流致热发生故障的配网架空线路、电缆线路设备各部位；变压器(箱变)、柱上开关(刀闸)、避雷器、全封闭环网柜、负荷开关柜、电缆分接箱、并联补偿装置等。3．6提高导线温度对接头温度的影响随着温度的升高，金具握力(将导线、接续管和耐张线夹按压接工艺要求连接在一起的综合强度)逐渐下降。与2O℃时金具握力相比，7O℃时最大下降不过2．72％，8O℃时最大下降约4．07，高于导线实际拉断力的95，100℃时最大下降约10．O3。由此可见，将导线运行温度从7O℃提高到80℃，导线金具握力损失是可以接受的。导线接续处两端点之间的电阻，对于压接型金具应不大于同样长度导线的电阻；导线接续处的温度应不大于被接续导线的温度；承受电气负荷金具的载流量应不小于被连接导线的载流量。研究表明，随着温度升高，导线的温度始终高于金具的温度，导线配套金具的通流温度约为导线温度的609／6～80oA；金具与等长导线交流电阻比均小于1，温度升高后金具的电气性能符合相关标准要求。试验研究表明，导线温度90℃时，金具温度不超过70~C，配套金具在载流时的工作情况，优于导线本身；从常温到100℃，金具电阻与等长导线的电阻之比都在35～66范围以内，符合要求。因此，提高导线允许最高温度，并不影响其配套金具的安全运行。3．7温度升高对接续金具和耐张线夹接触传导表面长期运行的影响由于引渡载流的接续金具和耐张线夹接触传导表面日久老化，在一定条件下，过高的载流量可能使老化表面陷入“升高接触面温度一一增加接触电阻——提高接触面量——升高接触面温度”的恶性循环，以致产生金具破坏的严重风险。1980年国际大电网会议第22组，原苏联代表的报告提出钢芯铝绞线本身的允许温度可以取为150℃，为避免导线连接处接触点高温氧化，导线的连续运行温度必须不超过70℃。1979年版线路设计规程将钢芯铝线允许温度从90℃降至7O℃，主要是考虑避免线路连续运行中线夹因接触传导表面累积氧化而落入恶性升温循环导致的事故。1980年CIGRE会议论文及国内、外导线配套金具试验表明，正常情况下，导线温度90℃时，其配套金具温度不超过7O℃。按照经验公式核算标准线夹接触传导面积，允许电流密度的裕度将近一倍。《导体和电器选择设计技术规定》(SDGJ14—86)已将设备线夹的允许温度提高到80℃。由以上情况可以确信，采取适当的控制和维护措施后，配合导线8O℃允许温度，引渡载流的金具也可以保持长期安全运行。4结语输变电设备连接头发热是目前存在的普遍性问题，尤其是电力系统在高温、大负荷运行期间，“接触不良过热”导致的严重缺陷、危急缺陷频频造成设备停运处缺，电网安全稳定运行受到威胁、供电可靠性难以保障。建议从以下五个方面做