变电设备接头发热原因分析及对策

阚　泽，黄道均，刘　瑜

（1.国网安徽省电力公司检修公司，合肥　230061；2.国网安徽省电力公司，合肥　230061）

变电设备接头发热原因分析及对策

阚泽1，黄道均1，刘瑜2

（1.国网安徽省电力公司检修公司，合肥230061；2.国网安徽省电力公司，合肥230061）

对安徽省500 kV及以上电压等级变电站一次设备接头发热缺陷进行统计分析。从发热缺陷的类型、区域、时间3个方面对变电站一次设备接头的发热缺陷情况进行总体分析。查找变电一次设备接头发热缺陷的原因，指出需要重点关注的一次设备接头和关键部位。结合设计、施工和日常运行维护等环节，提出减少变电站一次设备接头发热缺陷的措施。

一次设备；设备接头；发热缺陷；对策

0　引言

超、特高压电网中，变电站电力设备的发热缺陷严重影响电网的安全运行。对变电一次设备发热缺陷进行统计分析并采取相应控制措施，虽然不能彻底避免设备发热缺陷的出现，但对及时处理发热缺陷，降低检修成本、提高变电设备的安全可靠运行和电力可靠供应具有重要意义。

针对电流致热型设备缺陷，对输变电一次设备接头发热缺陷产生的直接原因进行分析，梳理超、特高压电网输变电一次设备接头典型发热缺陷，指出需要重点关注的设备接头和部件，并结合设计、施工和日常运行维护等环节，提出针对性防范和改进措施。

1　输变电一次设备接头发热缺陷分析

1.1发热缺陷的类型分析

按照DL/T 664—2008《带电设备红外诊断应用规范》［1］和GB 763—1990《交流高压电器在长期工作时的发热》［2］分类，过热型缺陷对电气设备运行的影响程度可以分为一般缺陷、严重缺陷和危急缺陷。

1.2发热缺陷的区域分类

2013年1月至2015年8月，安徽省电力检修公司管辖500 kV及以上变电站一次设备共发生设备发热缺陷159起，其中危急缺陷8起，占5.0%；严重缺陷43起，占27.1%；一般缺陷108起，占67.9%。

输变电一次设备载流元件接头发热缺陷，在电力行业缺陷统计中一般描述为“接触不良过热”。输变电一次设备接头经常出现发热的部位有：

1）电气设备与金属部件的接头和线夹（线夹和接头为发热中心区域）；

2）输电导线连接器，如耐张线夹、接续管、修补管、并沟线夹、跳线线夹、T型线夹、设备线夹等（导线为发热中心区域）；

3）隔离开关的转头和刀口（转头和刀口压接弹簧为发热中心区域）；

4）断路器动静触头、中间触头（动静触头发热以顶帽和下法兰为发热中心区域，其中顶帽温度大于下法兰温度，中间触头发热以顶帽和下法兰为发热中心区域，其中下法兰温度大于顶帽温度）；

5）套管顶部柱头（套管顶部触头为发热中心区域）；

6）电流互感器（以串并联出线头、大螺杆出线夹为发热中心区域）。

图1和图2为所统计变电站范围内，输变电一次设备发热缺陷按严重程度的分类情况。

图1　设备接头一般发热缺陷统计

图2　设备接头严重发热缺陷统计

从图中可以看出，一般发热缺陷中，占较大比重的接头发热主要存在于隔离开关、设备线夹，分别占42.86%和40.80%；严重发热缺陷中，占较大比重的接头发热主要存在于隔离开关和电流互感器，分别占62%和25%。

1.3发热缺陷的时间分类

图3为2013年1月至2015年8月一次设备输变电设备发热缺陷发生月份图。从图中可以看出，缺陷发现的时间大多为该区域夏季、冬季等负荷较高时段，绝大部分发热缺陷发生在电网迎峰度夏、迎峰度冬的高温大负荷期间。设备接头出现危急发热或严重发热缺陷时，须申请停运设备进行紧急处理，否则将可能酿成事故。

图3　输变电设备发热缺陷发生月份统计

2　发热缺陷原因分析

2.1接触电阻

物理上分隔开的两个金属部件连接在一起，都不可能完全接触，表面非常光滑的金属部件，在显微镜下依然能观察到5～10 μm的凸起点。实际金属接触面可分为两部分：一是金属部件间的直接接触部分，是由于接触压力或者热作用破坏界面膜形成的接触面，占实际金属接触面的10%左右；二是金属部件通过接触界面污染薄膜后接触的部分［3-5］。由于接触电阻直接接触部分和污染薄膜的存在，使得接触电阻主要由集中电阻和膜层电阻两部分组成。集中电阻为金属部件实际接触面通过电流时，电流线收缩显现出来的电阻；膜层电阻为金属部件接触面间通过表面膜层和污染薄膜所显现出来的电阻。由上，接触电阻为式中：Rj为接触电阻；Rs1和Rs2为两个金属部件的集中电阻，其和为Rs；Rm为金属部件接触面间的膜层电阻。

金属部件间的集中电阻Rs可以表示为

式中：ρ为金属接触材料的电阻率，此处认为接触材料为同一材质；ξ为材料变形系数，一般取0～0.3，当压力很大时可取为1；n为金属接触面的实际接触点数目；H为金属材料的硬度；F为金属接触压力。

金属部件间的膜层电阻为

式中：σ为面电阻率；a为各触点的半径。由此，金属部件间的接触电阻可表示为

式（4）可以看出，接触电阻的大小主要与金属接触件材质、接触面所受正压力、接触面表面状态、使用电压和电流相关。

输变电一次设备所使用的设备线夹和接头材质多为铝制或者包含铜铝过渡材质，当接触面长期裸露在大气中受到蒸汽、粉尘、水分等影响时，易在金属部件接触面形成氧化膜，从而使得接触电阻值增大。

当提高接触面间的正压力时，触点数目也会伴随增加，使得集中电阻值下降，进而使接触电阻值下降。

接触面表面存在由于灰尘、油污等机械附着形成的较松散的表膜以及由于物理吸附或者化学吸附所形成的污染膜，由于其带有微粒物质极易嵌藏在金属部件接触面的微观凹坑处，使得金属接触面减小，增大接触电阻。

使用电压达到一定阀值，金属部件间的接触膜层将会被击穿，从而使得接触电阻下降。但由于热效应导致的膜层附近的化学反应，其对膜层具有一定的修复作用，导致使用电压在阀值附近的电压波动可能会引起接触电阻发生很大的变化。接触面间所通过电流达到一定值时，根据焦耳定律将会使金属部件软化增加接触面，从而使接触电阻值减小。

2.2故障原因

通过对变电站设备接头发热缺陷的统计分析和现场检修经验，造成发热的原因［6-7］主要有接头氧化、安装工艺质量不到位、金具质量不合格等。

接头氧化腐蚀。在一定的电流条件下，接头发热的严重程度主要是由接触电阻的大小所决定的。随着导流面的逐渐氧化，必然引起接头连接处接触电阻的增大，导致过热。金属在自然界中除受到大气的腐蚀外，还会受到电化学腐蚀，当两种不同的导电金属接触在一起，在水与二氧化硫等的作用下，便出现了电化学反应，对金属进行腐蚀，使接触面减小引起发热。

安装工艺质量不到位。在当前的设备安装中，除按技术指标或按设计要求施工外，对设备接头部分的工艺质量控制一般局限在比较粗略的方法上：如接触面平整、涂导电脂或凡士林、连接螺丝加弹簧垫并紧固、用塞尺对接触面进行测量等。由于目前对接头装配质量的工艺控制上缺少定量技术指标，因此接头的接触质量就会因现场工作人员对此项技术的掌握程度或工作经验差异而有所不同，导致对接头的接触质量难以保证。安装过程中，安装调整不当或工艺不到位，造成部分接头装配存在明显的质量问题，如有关接触面处理不到位连接螺栓紧固不到位，铜铝连接没有加装过渡片，导电膏涂抹不均匀，选取线夹不合适，刀闸的触指和弹簧等部件该更换的未更换以及合闸状态夹紧力不够或插入不够等，都会使一些接触部位发热等。

金具质量不良。接线板螺栓孔加工过程中，未采用坡度设计，造成螺栓孔卷边，形成毛刺，导致螺栓与线板紧固不到位或者接触不均匀，造成局部过热，进而演化成整体发热。另外，如果设计裕度不足，连接发电厂的线路由于电流过大，当载流密度不足时，在运行中发热最严重。按照DL 5222—2005《导体和电器选择设计技术规定》，500 kV及以下电压等级交流设备，当电流大于2 000 A时，接触面两侧均是铜质材料时，载流密度不能大于0.12 A/mm2；接触面两侧均是铝制材料时，载流密度不能大于0.0936A/mm2。

螺栓规格不符合规定。电抗器设备接线端子与母线连接，应符合现行国家标准规定，当其额定电流大于1 500 A时，应采用非磁性金属材料制成的螺栓。由于非磁性金属在长年运行后，螺栓与螺孔容易亲和在一起，因此现场施工过程中，施工单位为了节约成本，方便日后维护时螺栓拆卸，多采用磁性金属材料螺栓。

2.3一次设备主要发热部位分类

2.3.1闸刀转动轴软连接部位

2015-02-17，某变电站运维人员进行设备红外测温工作时，发现2号主变压器1号低抗3211隔离开关B相开关侧底座转动轴软连接部分发热，温度达118℃，后台监控测温时电流为990 A，如图4、5所示。

对3211隔离开关两侧支持瓷瓶上方软连接（从触指至导线，包含触指接触面、软连接两个接触面、接线板接触面）及接线板、321开关流变两侧接线板进行回路电阻测试结果如表1所示。检修过程中发现软连接接线板处导电膏涂抹非常不均匀，如图6所示。

图4　3211隔离开关B相发热位置

图5　3211隔离开关B相软连接

表1　软连接及接线板回路电阻初测值　μΩ

2.3.2套管顶部柱头

2015-03-28T20∶31∶00，进行设备红外测温工作时，发现3号主变低压侧套管C相导线接头发热，C相温度为90.7℃，如图7所示。

图6　3211隔离开关B相导电膏涂抹不均匀

图7　3号主变压器低压侧　套管C相发热位置

2.3.3隔离开关接线板部位

2015－02－26，某变电站2号主变压器2号低抗B相开关侧接头发热，B相开关侧接线板发热100℃（A相74℃，C相76℃），电流932.45 A。据此，对B相开关侧接线板进行回路电阻测试。测试结果：回路电阻为128.3 μΩ，明显不符合要求。将各接触面打磨清洗并恢复，复测回路电阻明显降低，复测结果为：10.2 μΩ，符合要求。接线板处理前后对比如图8、9所示。

图8　处理前接线板　

图9　处理后接线板

2.3.4导线线夹部位

2012－05－02，在某变电站1号主变压器间隔停电前对即将停电检修的设备开展了停电前的红外测温，发现1号主变压器35 kV A相汇流母线B、C相线夹发热，温度分别为88.1℃和85.6℃，正常相温度为35.8℃，如图10所示。

图10　1号主变压器35 kV汇流母线B相线夹

3　发热缺陷预防措施

3.1设计、施工验收阶段

结合发热缺陷的产生根源，输变电一次设备接头在设计施工阶段主要面临的发热缺陷潜在原因有：线夹接触面面积过小；铜、铝线夹间的铜铝过渡板未安装、装反；导电部位材质问题；接触面不平整、有杂物或导电膏涂抹不均匀；施工时螺栓力矩值不符合要求、或使用不合格螺栓等，钢制螺丝紧固力矩要求值如表2所示［8-9］。

针对以上问题，必须严把采购关，防止不合格设备流入电网；严格执行安装工艺质量控制；严格按照相关规程、标准对设备进行验收，重点查看一次设备回路电阻、螺栓力矩值等，加大设备验收力度。

3.2设备日常运行维护阶段

输变电一次设备接头在日常运行维护阶段主要面临的发热缺陷潜在原因有：接线板接触面导电膏干裂；螺栓松弛等导致的接触不良；由于设计原因或者产品质量瑕疵所致的隔离开关导电杆发热；隔离开关刀口发热。隔离开关合闸不到位，导致动、静触头之间夹紧力度不够；隔离开关刀口锈蚀，污秽严重所致的接触不良；软连接长时间受力变形等。

针对上述问题，应注意加强对设备巡视，严格按照DL/T 393—2010《输变电设备状态检修试验规程》要求对设备进行测温，尤其高负荷期间更要对发热线夹温度精确测量，防止遗漏负荷最高时的温度值。对于接触面类发热消缺时严格按照工艺要求，使用酒精、棉布、砂纸等对接触面进行处理，处理前后均测量直流电阻，确保处理后回路电阻降到20 μΩ以下，并对所测数据记录存档。

表2　钢制螺丝紧固力矩值

4　结语

有效控制变电设备接头发热需要在日常巡视、设备检修、技术改造、竣工验收等各个环节均加以把控，确保安装、检修工艺质量。同时，也需要针对不同类型、不同部位的发热缺陷进行统计归类分析，研究有针对性的技术措施，以避免由于变电设备接头发热给电网带来的重复停电。

针对设备接头发热缺陷，应该考虑以下几个方面：导电膏材质的选取及涂抹方式应建立统一规范和相应考核标准，目前一次设备接线板等部位导电膏的涂抹具有较大随意性，检查方式亦是通过目测及施工经验进行，有必要针对相关标准研制涉及方便导电膏涂抹的标准化作业工器具；日常运行过程中，运维人员应严格执行DL/T 664—2008，进一步收集整理特别是针对超、特高压变电站一次设备发热缺陷的典型图谱，进而针对设备各种类型的发热缺陷建立图谱库。

［1］DL/T 664—2008带电设备红外诊断技术应用导则［S］.

［2］GB 763—1990交流高压电器在长期工作时的发热［S］.

［3］郭欣.变电站设备接头发热的分析及预防［J］.青海电力，2009，28 （1）：59-63.

［4］郭海清，张学众.电气设备接头发热原因分析和预防［J］.供用电，2002，19（1）：38-39.

［5］魏成保，黄亚雄.变电站高压设备的触头接头和线夹过热的原因分析发现与处理［J］.中国电力教育，2008（S3）：504-505.

［6］陈云杰.电气设备接头发热的分析与处理［J］.广西电力，2009 （6）：74-76.

［7］王峰.变电设备接头发热的原因分析与预防［J］.宁夏电力，2009 （5）：26-27，57.

［8］Q/CSG 114002—2011电气设备预防性试验规程［S］.

［9］GB/J 149—1990电气装置安装工程母线装置施工及验收规范［S］.

Analysis and Treatments of Substation Equipment Joints Heating Reason

KAN Ze1，HUANG Daojun1，LIU Yu2
（1.State Grid Anhui Electric Power Maintenance Company，Hefei 230061，China；2.State Grid Anhui Electric Power Company，Hefei 230061，China）

Overheat defects of substation primary equipment in Anhui substations whose voltage level is equal or greater than 500 kV are analyzed.The general analysis of primary equipment overheat defects is proceeded from type，area and time of overheat defects and reasons of overheat defects are pointed out.Key parts of the equipment and electric primary system joints that need to be attended are pointed out.Combined with design，construction，the daily inspection and maintenance and other aspects，measures that can reduce the heat of substation equipment joints are proposed.

primary equipment；equipment joint；heating defect；treatment

TM51

B

1007-9904（2016）07-0029-05

2016-02-01

阚泽（1987），男，工程师，长期从事变电设备检修工作。