220kV變電站架空地線金具溫度異常原因分析與處理措施

李鑫 孫鵬

(山東淄博供電公司,山東淄博 255000)

220kV變電站架空地線金具溫度異常原因分析與處理措施

李鑫 孫鵬

(山東淄博供電公司,山東淄博 255000)

本文章對在日常變電設備檢修測溫工作中發現的220kV架空地線的金具存在溫度異常的現象進行跟蹤檢查,最終對存在溫度異常升高的現象進行分析總結,并將此異常現象根本消除,保證電網的可靠安全運行。其中,主要論述了金具溫度異常出現的原因進行分析、總結,并針對主要原因采取措施解決,并消除異常。

架空地線 金具 溫度異常

2008年7月份，我檢修工區試驗班在對220kV某變電站架空地線金具進行紅外測溫時發現溫度異常，并對其進行了長達2年的跟蹤測溫。

1 異常現象描述

此220kV變電站的220kV川峪II線與220kV川峪I線同桿架設，川峪II線架空地線金具與變電站地網連接于220kV變電站高壓室東外墻。

2008年7月至2010年11月期間，從川峪II線架空地線接地金具紅外測溫圖片中可看出其發熱溫度最高可達116℃，最低為13．4℃。上午、下午、晚上三個時間段均有發熱現象。

2010年11月9日對川峪II線架空地線金具進行兩個方位的溫度測量，從最后一次測溫情況看，該金具發熱情況有所好轉，在11月22日凌晨1：00至2：00期間再次對其進行紅外測溫，其溫度已經恢復正常(當時室外溫度為2℃)，由于與周圍環境溫度一致，故無法拍攝清析紅外熱圖。

2 溫度異常產生原因分析

2.1 環流作用

隨著我國經濟的飛速發展，線路通道所需的土地成本不斷增加，為有效減少線路通道及建設費用，同桿并架雙回線路甚至是多回線路的應用已經越來越普遍。正如文章開頭介紹的，220kV川峪II線與220kV川峪I線為同桿架設。因線路間的電磁耦合，架空地線上將會產生感應電壓與感應電流，如果某一時刻感應電流通過架空線路接入變電站內地網，地網不能被視作理想電極，電流不會在瞬間瀉入大地，而是帶有延時的暫態變化過程。如果考慮地網結構與土壤、墻壁電阻率的影響，地網可視為一個等效的“地回路”，當川峪II線架空線路與地網相連時，架空線路與地網就形成了一個等效的回路，回路中有感應電流流過。

Ca、Cb、Cc和MA、MB、MC分別為運行線路A、B、C三相與架空線路互電容與互電感。設L為架空線路電感，當架空地線兩端都接地時，兩端電壓U1=U2=0，則地線中感應電流為：I=-(MAIA+MBIB+MCIC)/L，其中IA、IB、IC分別運行線路三相電流。

架空地線的首末兩端均接地，感應電流的電磁感應分量起決定性作用，感應電流的電磁感應分量與回路間互感成正比。川峪II線有兩根架空地線，與帶電線路所呈不同角度，也就是說兩根地線與運行線路間互感不同，感應電流的大小不同。根據上面的分析，兩根地線通過“地回路”會產生環流。

2.2 金具磨損

川峪II線兩根架空地線位置對于運行線路差別不大，高度相近(也就是說地網等效阻抗值差不多)。而另一條架空地線沒有出現發熱的情況。所以，感應環流大并不是使金具發熱的唯一原因。

此220kV變電站的地理位置特殊，位于山丘之上，平時站內風級可達6～7級。在長期的風力作用下，架空地線部件極易磨損，最常見的磨損發生在地處風口且垂直及水平檔距較大的220kV直線塔架空地線U形螺絲式懸垂線夾，也就是報告中指出的發熱金具。川峪II線架空地線U形懸垂線夾恰巧位于風口出，并且與垂直角度大于60°。

對該架空地線進行停電檢修時，拆除該懸垂線夾，并對墻上與地網連接的U形環進行接地導通試驗，測得接地電阻為2．5mΩ，符合規程要求，所以排除地網接觸不良造成發熱。拆下來的U形環主要受力點已經出現了明顯的磨損。

2.3 電化學腐蝕

此變電站附近有水泥廠，該站處于中度污穢地區，U形金具在大氣中受水分、化學氣體、鹽類物質的作用會發生腐蝕，其腐蝕形態分為化學腐蝕和電化學腐蝕，并以電化學腐蝕為主，首先是從金具表面開始腐蝕。

架空地線上長期通有一定的感應電流。當金屬表面存在腐蝕介質時，在電流作用下會與金屬構件發生電化學腐蝕反應。電化學腐蝕的速率與金具單位面積上的泄漏電流密度有關，腐蝕過程釋放的能量與電流的大小成正比。

同時，當地線上電流較大時，如果線夾連接受風力影響，出現松動或磨損導致接觸面減小，連接處的空氣間隙就有可能被電離造成電弧燃燒。在電弧燒熔階段，若溫升超過導體的熔點，就會產生亮點、發紅等現象。

從紅色標記處，可以看出發生過電弧燒熔現象，應該是發生在磨損過程中，接觸面最小的時候，當接觸面穩定之后，電弧燒熔現象也隨之消失。

綜上所述，該金具發熱原因應該是由三方面原因造成的：(1)架空地線之間的感應環流；(2)金具磨損；(3)電化學腐蝕。

3 處理方法與效果檢查

針對以上原因分析，因兩條兩條出線為同塔架設，兩條架空地線在進站鐵塔處交匯一點的特殊布置形式，我們將該架空地線接地點金具拆除，更換為絕緣瓷瓶，這樣取消了該地線的接地效果，只利用另一根地線接地，這樣既保證了架空地線的可靠連接，又避免了兩根地線感應電壓電路不同而產生環流的可能，因此從主觀上消除了發熱的可能。

之后我工區又對川峪II線的兩條架空線路進行了三次紅外測溫跟蹤監測，溫度正常，無發熱現象。

4 防范措施

4.1 加強對地處風力較大變電站架空地線的紅外測溫工作

目前，電力系統中的電氣設備，在運行中會因為外部或內部故障而引起其表面及內部的溫度狀態發生異常，特別對于地處風力較大的變電站，站內設備金具磨損情況嚴重，通過監視電氣設備的這種溫度狀態變化，可以對設備的故障情況做出判斷。電力系統采用的紅外測溫技術就是根據這個原理發展起來的，與傳統的預防性試驗和離線診斷相比，具有不接觸、不停電、不解體的優勢，可實現大面積快速掃描成像且狀態顯示快捷、靈敏、形象、直觀，成為電氣設備安全檢測的一種重要手段，也是解決以上相關因金具之間接觸出現發熱問題的便捷途徑。

4.2 選擇耐腐蝕、耐磨程度高的金具

目前使用的金具材料一般采用鑄鐵和鍛壓鋼，連接處的干摩擦、線夾上存在鐵銹，加雨水的銹蝕，將加速金具的磨損。風力作用下線夾掛板受扭轉作用而不能自持平衡，承壓面減小使掛板磨損加劇。

在金具材料性能的選用上，應選用耐磨損程度高、抗氧化、耐酸雨、耐腐蝕的金具。其中，可以采用耐磨堆焊形成防磨層，減輕前期的磨損(但磨損層失效后，磨損仍然產生)。新型材料的選用特別對于接觸面隨著間隙放電和氧化、銹蝕、氧化膜的破裂等現象有著更好減落作用。還可以對掛板或耳軸進行碳氮共滲低溫回火熱處理，可大幅減少金具的磨損。

4.3 改變金具連接方式,采用雙聯,由單個線夾承力變成兩個線夾共同承擔受力

該做法的優點是減少了單個線夾的磨損，且部件較多，耗能位置也多，可減少關鍵部件的部分磨損。其中存在轉動不靈活，U型環與墻體連接處受的彎矩較大，U型環與耐張線夾處的磨損依然存在，但相應單個U行環的受力程度減輕。

4.4 選擇合適的架空地線連接角度,同時達到減小感應電流與受風力影響小的目的

針對同桿架設的線路布置情況，通過改變兩條架空地線橫向排列為縱向排列，改變原有的電磁場分布，減少所受到的感應電流的影響；通過架空地線連接角度的改變，不僅可以減弱感應電流影響，同時減輕風偏對架空地線連接金具磨損的影響，提高金具使用壽命，降低發熱溫度。

5 對策及建議

結合變電設備狀態檢修的開展，在對設備狀態評價時應加入地線金具檢查項目，加強對帶有掛接隱蔽部位的檢查，建立所轄地域的地線金具磨損臺賬，加強對易磨損地段變電站、塔號的定檢、定測，隨時掌握金具磨損速度，及時發現隱患并更換。積極開展耐磨金具的研究工作，提高線路安全運行的可靠性。

6 結語

針對此次220 kV架空輸電線路地線金具嚴重磨損現象，分析了地線金具磨損原因，提出我們自身的處理解決方法及幾種改進防范措施，并對各項措施進行分析，進而對預防地線金具磨損的線路維護提出相關建議，僅供借鑒。

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The article in the daily work of substation equipment maintenance temperature 220kV overhead ground wire found in the existence of gold with the phenomenon of temperature anomalies follow-up examination, and ultimately the existence of the phenomenon of elevated temperature anomalies analyzed and summarized, and simply eliminate this anomaly ensure the safe operation of a reliable power grid. Among them, the paper discusses the gold anomaly has arisen due to a temperature analysis, summarized, and the main reason for taking steps to address and eliminate the exception.

Overhead ground wire Fittings Temperature anomaly

李鑫(1984-),男,工程師,技師,長期從事電網調度運行等工作。

孫鵬(1983-),男,技師,長期從事電網變電一次設備檢修、維護及改造等工作。