主變變高套管引線接頭異常發熱原因分析

于平瀾

摘要：變壓器變高套管引線接頭異常發熱是變壓器非計劃停電的重要原因，本文通過理論研究、有限元法分析了變壓器變高套管引線接頭異常發熱原因，對降低其異常發熱溫度及次數有一定的指導意義。

關鍵詞：變壓器;變高套管引線接頭;異常發熱

變壓器變高套管引線接頭頻繁、異常發熱是廣大運維人員經常遇到的缺陷之一，同一臺主變同個發熱點反復發熱的情況時有發生，不但帶來大量重復操作，而且嚴重影響電網安全、穩定運行。因此，找到其異常發熱影響因素并能予以正確處理就顯得尤為迫切。本文從理論研究、有限元法兩個方面來分析變壓器變高套管引線接頭異常發熱原因，并給出了相應解決措施。

一、套管引線接頭異常發熱理論原因分析

根據熱能公式：Q=I2×R×T，在單位時間內流過導體的電流越大、電阻越大，則導體的發熱量越大，溫度越高。因流過變壓器變高套管引線接頭的電流受主變、線路運行方式、天氣溫度、用戶負荷等多重因素影響，在客觀上不可隨意改變，所以降低其發熱溫度、頻率主要通過減少接觸電阻即增大引線接頭部件導體接觸面積來實現。

變高套管引線接頭主要由禁錮螺栓、接線端子、導電頭等幾個部分組成。導電頭、接線端子通過禁錮螺栓連接固定。主變長時間運行會持續不斷振動，禁錮螺栓的應力會慢慢減小，與接線端子連接逐漸變松，導電頭、接線端子接觸面隨之變小，接觸電阻逐漸變大;主變一般置于室外，會受到雨、雪、風等天氣影響，雨、雪會引起導電頭、接線端子銹蝕，致使其接觸電阻逐漸變大。大風吹動主變上引線搖擺，帶動下端禁錮螺栓松動，同樣會增大接觸電阻。綜上幾個無法避免的客觀原因，引線接頭的接觸電阻會隨著主變長時間戶外運行而逐漸變大，引線接頭的發熱量、溫度會逐漸升高直至不得不停電處理。

二、套管引線接頭異常發熱有限元法原因分析

根據主變變高套管及引線接頭實際結構完全建模，在COMSOL Multiphysics有限元軟件中建立其三維幾何模型，對幾何模型進行自由三角形網格剖分，單元大小選擇超細化，并且在場強變化大的地方，進行局部的網格細化，保證計算的足夠精度。在進行電磁-熱耦合場的計算時，需要考慮磁-熱耦合場兩者之間的相互影響：電流流過導體和介質之間產生熱量，影響溫度變化，同時溫度的變化會影響材料介電等參數進而影響電場的分布。在電流和固體傳熱兩個模塊下對模型進行多物理場耦合，添加焦耳熱多物理場接口，進行頻域-穩態下的研究計算，用雙向耦合方式，在電磁和傳熱之間反復迭代，直到滿足收斂標準為止，最終得到電磁場和溫度場耦合下的仿真結果如圖一、圖二所示。

由圖一“引線接頭及套管內部的場強分布圖”可知，引線接頭及引出線位置場強大小有明顯的梯度變化，中心電纜線芯與墊圈連接處的場強值最大，墊圈位置的場強值最低，在主變套管的導電頭和墊圈位置場強有明顯的畸變;從圖二“套管及引線接頭的傳導熱通量矢量圖”可知，在中心電纜線芯靠近絕緣層部分和引線接頭連接處的熱通量有較大值，從仿真模擬上顯示套管接頭部分更容易發熱;熱通量矢量箭頭方向從銅線端部指向接頭部件，根據傳熱學理論分析，導體線芯溫升和介質損耗熱量通過導熱的方式傳到了引線接頭上，升高了引線接頭正常運行時的溫度。

通過以上有限元仿真計算可知，在套管導電線芯和半導電部件連接處電導率有較大差值部分電勢、電場畸變較大且比較集中，同時發熱量也更高;套管引線接頭處的熱通量較大，溫度較高，并且引線接頭處的部分溫升是由套管內部導體線芯發熱和介質損耗（部件間電導率差異較大）發熱傳導至其上引起的。

三、套管引線接頭異常發熱改善措施

由理論分析結論可得，在主變變高套管引線接頭生產時，應盡可能地選擇阻抗小、防腐蝕、抗生銹能力強的金屬部件;安裝時，應將部件打磨光滑平整后使其接觸緊密，盡量消除彼此空隙，增大接觸面積，同時應確保引線接頭受力均勻，禁錮螺栓松緊一致，盡量避免主變變高套管引線接頭受外力影響而松動。

由有限元法仿真結論可得，主變變高套管引線接頭在現有結構設計下，在其正常運行時容易發熱;套管內導電線芯和部件的電導率合理配合，對部件結合處的場強、電場畸變有抑制作用，可以減少套管內部傳導至引線接頭上的熱量。例如可以通過調節密封圈和導電頭的電導率來改善電場分布，降低線芯、套管引線接頭發熱，但是在改變部件電導率的同時，需保證其他電學參數沒有下降或明顯下降，即電導率提高，擊穿場強沒有明顯下降，介電常數和介電損耗沒有明顯增加，以上可通過在半絕緣材料中添加輔助交聯劑來改善其電氣性能來實現，本文不做討論。