特高壓換流站設備接頭發熱原因分析及治理

劉旸 郭冬青 齊建偉

【摘 ?要】隨著科技不斷發展和生活水平的步步提高，人們對電力供應也提出了更高的要求，為了保障群眾生產活動能夠繼續得到保障，變電站也需與時俱進實現更持續、穩定、高效的供電工作。從變電站設備的運行狀況來看，仍舊存在某些環節運作不夠完善的現象，而造成設備出現異常的原因之一往往是站內設備接頭發熱。本文就我國變電站環境中所使用的設備接頭發熱現象進行分析，并提出改善這一狀況的預防策略，以期能為實際工作的執行帶來借鑒。

【關鍵詞】變電站設備;接頭發熱;分析;預防

1 引言

我國各項基礎設施建設日臻完善，國家電力工程飛速發展起來，變電站建設項目在各項現代化技術的支撐下為社會創造了極高的價值。現階段，在諸多自動化設備及技術的整合應用之下，國家電網系統的整體功能較以往有了很明顯的提升，電力系統的服務質量也有所提高，這些成績的取得與變電站的日常運行管理的加強密切相關。從整體來看，變電站設備的日常維護工作的有序執行對于電網系統的正常運作而言至關重要。基于此，需要采取一切有效措施來避免變電站設備出現異常情況。具體來看，就要針對變電站設備接頭發熱現象進行解決處理。

2 發熱原因分析

2.1螺栓頭和螺帽的大小設計不合理

電氣觸頭當中的有效載流面積指的是充足壓力作用下的電氣觸頭導體的面積，螺帽表面的截面積以及螺帽作用于觸頭導體之處的面積均為有效的載流截面積。在使用尋常的螺栓對電氣觸頭進行緊固的過程中，由于螺帽的外徑較小，導致電氣觸頭的有效載流截面積的大小無法滿足相關要求;如果在螺帽下安裝彈墊，相較于螺帽外徑而言，彈墊的外徑較小，在對其進行緊固的過程當中，螺帽所施加的作用力通常會作用于彈墊上，彈墊的受力側面積即彈墊作用于平墊上的面積，實際直接著力于觸頭上的面積與彈墊受力側的面積相等，即有效的電氣觸頭載流面積，其有效的載流截面積相對更小，進而造成設備局部產生大量熱量。

2.2接頭或線夾的表面氧化

電氣設備之間的連接接頭通常使用螺栓進行連接，當連接接頭由于流入電流的密度過大或者冬夏季節氣候的變更等原由發生設備過熱現象的時候，便會造成其發生膨脹，而銅與鋁的膨脹系數相較鋼而言較大，由于受到鋼制墊圈的限制，母線接頭不可任意發生膨脹;當由于母線電流的減小等原由致使溫度發生下降的時候，相較于螺栓而言，母線的收縮較大，進而使壓力降低，形成間隙，這個時候接觸面的位置相互錯開，接觸壓力得以下降，而接觸電阻卻相應加大。溫度上升會造成母線接觸面發生氧化，對原有的接頭金屬面直接接觸造成破壞，形成氧化膜，進而造成接觸電阻的增大。每次的溫度循環都會致使接觸電阻發生增大，進而造成二次循環時的熱量得以提升，高溫會使得接觸發生更為巨大的惡化。此外，金屬在空氣當中均會發生氧化，進而造成氧化薄膜的形成。

2.3接觸面不平整

在對電氣設備連接接頭材料的接觸面進行加工的過程當中，不管怎樣處理，從微觀上而言，接觸面的表面總是呈現不平整狀態，所以接觸面的吻合度也是不夠的。當兩個金屬表面進行相互接觸的時候，僅少部分凸出點進行了切實的接觸，當中只是很少部分的準金屬接觸或者金屬接觸的斑點可以進行導電。當電流經過該些較小的導電斑點的時候，相關電流線勢必會發生收縮的情況。由于電流線的收縮，致使通過導電斑點的電流路徑得以加長，進而導致有效導電面積的縮小，其電阻也隨之增加，進而造成接頭發熱的現象發生。

2.4設計原因導致載流密度超過規定值

從設計著手，尤其是在新型的螺栓、連接導線及接頭截面等的載流密度的探究方面應當保持高度重視。相關廠家在對設備接頭進行設計的過程當中，沒有進行較為認真的核算，進而致使載流密度相較規定值較大，造成接觸電阻的增大。相關電氣設備接頭的橫截面積以及所運用螺栓、導線等在載流量方面都存在著相應的限制，倘若相關廠家沒有對電磁場與核算體系進行詳細的分析，經過長時間的大電流、高電壓運行，很快便會造成電力設備的大面積發熱。

3 變電站設備接頭發熱現象的有效預防措施

3.1 電氣設備接頭的分類

通過對變電站設備接頭發熱現象的深入探究，并且，結合不同情況下設備接頭發熱的原因，可以將電氣設備接頭分為2類：影響負荷傳輸類和不影響負荷傳輸類。從本質上來看，無論是這兩類中的任何一類狀況發生，都可能會對整個電網環境的穩定運行帶來一定程度上的威脅。因此，分別就兩類接頭提出相關建議處理措施和控制指標。

1）探究影響負荷傳輸的設備接頭發熱現象的預防措施。針對變電站設備接頭發熱狀況的判斷，需要相關技術人員具備一定的經驗，因為在某些情況下，可以憑借過往經驗來判別接頭根部導線是否有異常的情況發生。大體上來看，如若設備故障致使電力負荷發生變化，則預防電氣設備接頭發熱的措施主要有兩方面內容：一方面，要嚴格按照檢修工藝的硬性規定來檢修或維護設備，尤其在選擇設備接頭材料時，更要選擇優質的電力復合脂來強化設備的性能，還要在設備接頭處的表面增設一個防氧化、防水保護層，起到防止水份進入，并隔絕空氣，增強導電性和減少接觸電阻。另一方面，要做到有效控制接頭接觸電阻，或者將接頭接觸電阻控制在既定的范圍內，從而避免發熱現象的產生。盡量采用扭矩扳手判斷壓力，杜絕人為力量因素盲目僅將螺栓擰緊為止。即母線等接頭處的對接螺栓，不能擰的太緊。一般環境下，擰緊一點，環境溫度高時，擰松一點。

2）探究不影響負荷傳輸的設備接頭發熱現象的預防措施。從現實情況來看，并非所有的設備接頭發熱現象都會導致電力系統的負荷傳輸效率，但都或多或少地影響到電網環境的穩定性，所以，仍需要對這種情況進行有效預防。理想化的設備接頭既可以在實際操作中拆裝便捷，又能在運行的過程中接頭接觸良好，因此，在實際工作中，需要采取科學化的檢測手段來保證設備的有序運行。其中，最為重要的預防措施，便是確保設備在安裝或檢修過程中所采用的工藝技術水平達標。此外，從我國長期以來所執行的無人值班變電站的管理模式來看，通常采取“集控站”管理模式，即變電站日常監控與系統操作等環節按照區域集控站的職責分配來進行統一管理。在這一要求下，各項技術及策略需要進行科學運用與籌劃。由此可見，我國基層變電站系統的有效運作有賴于設備性能的發揮以及設備的有效維護。

3.2表面處理

首先必須保證接頭表面平整光潔，并清除氧化層和均勻涂抹導電膏。導電膏可以在接觸面處形成一層保護膜，起到防止水份進入，并隔絕空氣，增強導電性和減少接觸電阻。對接頭的檢查處理時，必須對接頭表面進行處理并將導電膏重新更換，避免原來導電膏灰塵等雜物影響接頭接觸電阻。

3.3加強點檢、定期維護工作

以上措施能有效杜絕一些電氣設備接頭過熱事故，但有時由于各種原因還可能會出現過熱的情況，必須加強定期的設備巡檢和溫度監視，堅決杜絕此類事故的發生。從過去的涂蠟判斷，到點溫計測量，目前采用熱成像技術的應用，能及時發現電氣設備溫度的變化情況。

4.結語

綜上所述，伴隨著特高壓直流輸電的不斷發展，一旦特高壓換流站設備電路接觸部位產生較大熱量，便會造成非常大的危害，更甚至造成直流閉鎖的現象或一次設備發生毀壞的現象，進而對特高壓直流的穩定安全運轉造成極為嚴重的影響。所以，對于接頭產生熱量這一問題，應當采用相應的防范措施對其進行及時地解決，從解決問題或設備安裝的根源上采取相應的對策，進而使檢修與施工的質量得以提升，降低接頭發熱現象的發生率。

參考文獻：

[1]中國電力科學院.電氣設備交接試驗標準[M].北京：中華計劃出版社，2016.

[2]張血琴，高波，包健康.500kV輸電線路耐張線夾電接觸計算及其發熱研究[J].中國電力，2016，49（11）：25-30.

（作者單位：山西省電力公司檢修分公司）