高壓線路連接裝置發熱分析及處理

陳繼祥 李之波

摘 ? 要：文章敘述了架空輸電線路、配電刀閘設備發熱的原因及如何正確利用帶電作業檢修手段處理發熱隱患，以及在工程建設和日常維護中如何管控安裝質量的防范措施，在設備制造源頭提出改進建議。

關鍵詞：接觸電阻;高溫;旁路;帶電作業

隨著電網規模不斷擴大、線路運行過程中各種因素的共同作用和線路負荷的不斷攀升，輸配電線路跳線接頭、刀閘樁頭、變壓器跌落式熔斷器等故障頻繁，特別是用并溝線夾連接的接頭。運行一段時間后，個別線夾由于螺栓施工扭矩不夠、鋁表面氧化等多種原因，促使這類設備的接觸電阻增大，當通過大負荷電流時，在線夾接觸面局部區域產生壓降，繼而導致溫度升高，極端情況下不可避免地出現燒熔成洞或者表面燒成凹凸不平的嚴重后果，最終導致燒斷跳線（或引下線）、設備停運等事故。根據以往此類設備檢修方法，必須采用停電作業的方式進行更換，在當前供電可靠性指標約束下，停電處理的可能性越來越小，為避免單一缺陷處理而引發大面積停電情況，處理這類缺陷應結合實際，充分發揮帶電作業檢修的優勢，從理論上分析帶電處理發熱隱患的可行性，制定可行的操作規程，并進行論證，實現不停電處理接頭發熱缺陷。

1 ? ?線路接頭發熱原因分析

根據以往的實際案例及其紅外檢測結果分析發現，高壓線路中，存在缺陷較多的往往集中在線路金具，其中，主要包括接續管、耐張線夾等連接部分。通過統計近年來高壓線路中熱故障較多的案例并進行分析發現，在高壓線路線頭發熱故障中，發熱部位主要集中在耐張線夾、接續線夾、引流線夾方面。進一步分析發熱原因發現主要有以下3方面影響因素。

1.1 ?空氣氧化腐蝕造成線路老化

電路及其設備都需要長期暴露在空氣中，并且由于雨、雪、霧、風塵等多變天氣，造成大量的水分和灰塵在線路上集聚，長此以往會對高壓線路造成侵蝕，成倍地增加金屬接觸面的電阻率。

1.2 ?導線接頭松動

高壓線路在大風或者地面震動過程中會產生搖晃或者共振，長期抖動以及缺乏及時的加固就容易造成導體壓接螺絲松動。

1.3 ?安裝質量差

安裝質量也很大程度上決定了高壓線路長期的質量穩定與否。如果安裝階段沒有按照相應規程操作或者操作不當，也會對各個部位產生長期影響。

2 ? ?發熱缺陷處理手段

針對線路接頭發熱隱患必須及時處理消缺的方法，主要有停電處理和不停電處理。停電處理優點是一步到位，隱患處理質量高，不需要重復勞動，缺點是造成大面積停電和繁雜的停電操作，一定程度上造成人力、物力成本的增加，如果是單回供電的線路，不可避免造成大面積停電的不良影響。在當前供電可靠性要求非常高的前提下，停電消缺模式應逐漸淡化。另外一種消缺模式就是當前新穎的帶電作業法檢修模式。根據工作的不同環境、絕緣條件、電壓等級、缺陷形式等可以分別采用等電位、地電位、中間電位方法進行作業。帶電作業優點主要有3點：（1）靈活性強。（2）避免煩瑣的工作程序。停電檢修需要變電所停電、倒閘操作、檢修措施等一系列安全保護程序，時間長，人員參與多，生產費用大，所有這些充分體現出帶電檢修無與倫比的優勢所在。（3）最大限度減少停電次數，實現多供少損，增加了經濟效益。

通過近幾年我們地區線路發生的各類線路接頭發熱處理經驗，利用帶電作業的方法進行缺陷處理，主要采用等電位和地電位對發熱元件安裝旁路引流線的方法，成功消除了發熱隱患，同時，避免了全線路停電，極大提高了供電可靠性和經濟效益。采用并聯旁路法消除發熱故障時應注意的幾個問題。

并聯旁路法如圖1所示，在一般情況下，是由于線夾2接觸不好，即電阻大所引起，在經過處理后，線夾2的溫度應該降低，但是如果線夾1存在接觸電阻大，不久線夾2又會發熱。筆者認為在經過處理后，線夾2發熱與否在很大程度上取決于線夾1的接觸電阻，如果線夾1的接觸電阻小，即使線夾2的接觸電阻大些（當然不是很大），線夾2也不會發熱，具體分析如下。

當電流I通過電阻為R的接頭時，所消耗的功率為：

P=I2R（1）

P是使接頭發熱的能量來源，如果不存在散熱的話，P將使接頭的溫度不斷升高，但事實上，散熱和發熱是同時存在的，所以溫升ΔT不是直線上升，而是呈指數曲線上升，經過一定時間后達到穩定。我們關心的并不是發熱的溫升過程，而是穩定以后的溫升值ΔT：

ΔT=PRr（2）

式中，P—熱流，即熱功率。

Rr—接頭的熱阻，單位K/W。

在溫升達到穩定后，電流I通過接頭所產生的功率P=I2R，即熱流。

ΔT=I2RRr（3）

Rr表示通過每瓦熱流時引起的穩定溫升值，意味著通過傳導、對流、幅射3種形式向外散發熱量的多少，如果散熱越快，通過相同的熱流P引起的穩定溫升ΔT就越小，也就是熱阻越小，反之亦然。

由式（3）可知，影響接頭溫度溫升的條件有3個：接頭本身的電阻R，負荷電流I及表示散熱多少的熱阻Rr。在3個條件中，R是必須條件。當R很小時，即使通過較大的電流I，接頭也不會發熱，所以R具有一定的數值是接頭發熱的必要條件。

為了防止旁路接頭發熱，在帶電跨接旁路線時要盡量減小旁路接頭電阻，這是防止接頭發熱的最根本的措施，也就是說旁路接頭要使用相同的線夾，作相同的處理，使其電阻大致相等。110 kV線路引流線發熱旁路分流效果如圖2所示。

3 ? ?發熱處理過程中注意事項

由于高壓線路的安全非常重要，故障處理也必須采用穩定安全的手段。當接頭過熱時，就需要采取停電處理的手段加以解決。在故障解決過程中，必須要嚴格遵循操作規程和操作工序。因為一旦處理不夠全面或者不到位，就會造成接頭反復發熱，影響線路的正常工作，也會造成重復勞動，影響電網正常運行。根據多次處理接頭發熱的經驗，總結如下。

（1）先要對接觸面進行打磨，去除掉線路中受到污染和腐蝕的一些氧化層和污垢。在打磨接觸面時要注意打磨力度，不能破壞接觸面原有結構，以免影響接觸面積和后續使用效果。

（2）涂抹導電硅脂。處理完接觸面的污垢后，在接觸面涂抹導電硅脂。由于導電硅脂是一種導電性能較好的油性物質，對于修復受損的接觸面以及提升導電性能都有一定的幫助。完整涂抹導電硅脂還能夠在接觸面形成較為完整的密封層，有助于后續隔離濕氣和污染物，防止接觸面再次被污染。

（3）更換不符合要求或老化的連接部件、產生發熱故障的接頭，連接附件或自身都有可能存在一定的缺陷，若及時更換部件，可以徹底消除某些固有缺陷。

4 ? ?發熱隱患處理案例

配網案例：2018年盛夏，10 kV牛冷線1#塔出線刀閘紅外測溫發現異常，刀閘樁頭高溫150 ℃，經過勘查，樁頭金屬因高溫已經變色、部分出線電弧而融化，說明此時150 ℃并不是溫度的高峰值，此時負荷電流約為120 A，大量用戶在高溫用電高峰期間不可能停電處理，經過研究，決定采用帶電作業不停電方式對刀閘故障相進行旁路連接、短接過渡處理。

旁路短接故障相必須具備條件：（1）具備實施絕緣隔離等絕緣措施的作業空間。（2）適當對部分符合電流進行轉移，盡可能減少故障刀閘運行電流。（3）旁路短接操作過程中必須保證故障相刀閘可靠接觸。

5 ? ?結語

電氣接頭發熱在電力生產中比較常見，運行人員要對其有足夠的認識，因為它對電網安全運行有著很大的影響，一個接頭的發熱有可能給安全生產帶來不可估量的損失。降低接頭發熱故障，除了加大設備改造以及更換力度外，重點還應在工程建設初期加強施工工藝規范和驗收把關，日常運行中通過氣象、紅外成像、示溫蠟片、紅外測溫儀來發現并及時處理問題，避免因接頭發熱而導致事故的發生。處理類似隱患手段方面要不斷拓寬思路，對變電設備的發熱裝置采取可行的帶電作業方法及對應的帶電作業處理工具進行缺陷處理，提高電網運行可靠性。