220kV变电站架空地线金具温度异常原因分析与处理措施

李鑫 孙鹏

(山东淄博供电公司,山东淄博 255000)

220kV变电站架空地线金具温度异常原因分析与处理措施

李鑫 孙鹏

(山东淄博供电公司,山东淄博 255000)

本文章对在日常变电设备检修测温工作中发现的220kV架空地线的金具存在温度异常的现象进行跟踪检查,最终对存在温度异常升高的现象进行分析总结,并将此异常现象根本消除,保证电网的可靠安全运行。其中,主要论述了金具温度异常出现的原因进行分析、总结,并针对主要原因采取措施解决,并消除异常。

架空地线 金具 温度异常

2008年7月份，我检修工区试验班在对220kV某变电站架空地线金具进行红外测温时发现温度异常，并对其进行了长达2年的跟踪测温。

1 异常现象描述

此220kV变电站的220kV川峪II线与220kV川峪I线同杆架设，川峪II线架空地线金具与变电站地网连接于220kV变电站高压室东外墙。

2008年7月至2010年11月期间，从川峪II线架空地线接地金具红外测温图片中可看出其发热温度最高可达116℃，最低为13．4℃。上午、下午、晚上三个时间段均有发热现象。

2010年11月9日对川峪II线架空地线金具进行两个方位的温度测量，从最后一次测温情况看，该金具发热情况有所好转，在11月22日凌晨1：00至2：00期间再次对其进行红外测温，其温度已经恢复正常(当时室外温度为2℃)，由于与周围环境温度一致，故无法拍摄清析红外热图。

2 温度异常产生原因分析

2.1 环流作用

随着我国经济的飞速发展，线路通道所需的土地成本不断增加，为有效减少线路通道及建设费用，同杆并架双回线路甚至是多回线路的应用已经越来越普遍。正如文章开头介绍的，220kV川峪II线与220kV川峪I线为同杆架设。因线路间的电磁耦合，架空地线上将会产生感应电压与感应电流，如果某一时刻感应电流通过架空线路接入变电站内地网，地网不能被视作理想电极，电流不会在瞬间泻入大地，而是带有延时的暂态变化过程。如果考虑地网结构与土壤、墙壁电阻率的影响，地网可视为一个等效的“地回路”，当川峪II线架空线路与地网相连时，架空线路与地网就形成了一个等效的回路，回路中有感应电流流过。

Ca、Cb、Cc和MA、MB、MC分别为运行线路A、B、C三相与架空线路互电容与互电感。设L为架空线路电感，当架空地线两端都接地时，两端电压U1=U2=0，则地线中感应电流为：I=-(MAIA+MBIB+MCIC)/L，其中IA、IB、IC分别运行线路三相电流。

架空地线的首末两端均接地，感应电流的电磁感应分量起决定性作用，感应电流的电磁感应分量与回路间互感成正比。川峪II线有两根架空地线，与带电线路所呈不同角度，也就是说两根地线与运行线路间互感不同，感应电流的大小不同。根据上面的分析，两根地线通过“地回路”会产生环流。

2.2 金具磨损

川峪II线两根架空地线位置对于运行线路差别不大，高度相近(也就是说地网等效阻抗值差不多)。而另一条架空地线没有出现发热的情况。所以，感应环流大并不是使金具发热的唯一原因。

此220kV变电站的地理位置特殊，位于山丘之上，平时站内风级可达6～7级。在长期的风力作用下，架空地线部件极易磨损，最常见的磨损发生在地处风口且垂直及水平档距较大的220kV直线塔架空地线U形螺丝式悬垂线夹，也就是报告中指出的发热金具。川峪II线架空地线U形悬垂线夹恰巧位于风口出，并且与垂直角度大于60°。

对该架空地线进行停电检修时，拆除该悬垂线夹，并对墙上与地网连接的U形环进行接地导通试验，测得接地电阻为2．5mΩ，符合规程要求，所以排除地网接触不良造成发热。拆下来的U形环主要受力点已经出现了明显的磨损。

2.3 电化学腐蚀

此变电站附近有水泥厂，该站处于中度污秽地区，U形金具在大气中受水分、化学气体、盐类物质的作用会发生腐蚀，其腐蚀形态分为化学腐蚀和电化学腐蚀，并以电化学腐蚀为主，首先是从金具表面开始腐蚀。

架空地线上长期通有一定的感应电流。当金属表面存在腐蚀介质时，在电流作用下会与金属构件发生电化学腐蚀反应。电化学腐蚀的速率与金具单位面积上的泄漏电流密度有关，腐蚀过程释放的能量与电流的大小成正比。

同时，当地线上电流较大时，如果线夹连接受风力影响，出现松动或磨损导致接触面减小，连接处的空气间隙就有可能被电离造成电弧燃烧。在电弧烧熔阶段，若温升超过导体的熔点，就会产生亮点、发红等现象。

从红色标记处，可以看出发生过电弧烧熔现象，应该是发生在磨损过程中，接触面最小的时候，当接触面稳定之后，电弧烧熔现象也随之消失。

综上所述，该金具发热原因应该是由三方面原因造成的：(1)架空地线之间的感应环流；(2)金具磨损；(3)电化学腐蚀。

3 处理方法与效果检查

针对以上原因分析，因两条两条出线为同塔架设，两条架空地线在进站铁塔处交汇一点的特殊布置形式，我们将该架空地线接地点金具拆除，更换为绝缘瓷瓶，这样取消了该地线的接地效果，只利用另一根地线接地，这样既保证了架空地线的可靠连接，又避免了两根地线感应电压电路不同而产生环流的可能，因此从主观上消除了发热的可能。

之后我工区又对川峪II线的两条架空线路进行了三次红外测温跟踪监测，温度正常，无发热现象。

4 防范措施

4.1 加强对地处风力较大变电站架空地线的红外测温工作

目前，电力系统中的电气设备，在运行中会因为外部或内部故障而引起其表面及内部的温度状态发生异常，特别对于地处风力较大的变电站，站内设备金具磨损情况严重，通过监视电气设备的这种温度状态变化，可以对设备的故障情况做出判断。电力系统采用的红外测温技术就是根据这个原理发展起来的，与传统的预防性试验和离线诊断相比，具有不接触、不停电、不解体的优势，可实现大面积快速扫描成像且状态显示快捷、灵敏、形象、直观，成为电气设备安全检测的一种重要手段，也是解决以上相关因金具之间接触出现发热问题的便捷途径。

4.2 选择耐腐蚀、耐磨程度高的金具

目前使用的金具材料一般采用铸铁和锻压钢，连接处的干摩擦、线夹上存在铁锈，加雨水的锈蚀，将加速金具的磨损。风力作用下线夹挂板受扭转作用而不能自持平衡，承压面减小使挂板磨损加剧。

在金具材料性能的选用上，应选用耐磨损程度高、抗氧化、耐酸雨、耐腐蚀的金具。其中，可以采用耐磨堆焊形成防磨层，减轻前期的磨损(但磨损层失效后，磨损仍然产生)。新型材料的选用特别对于接触面随着间隙放电和氧化、锈蚀、氧化膜的破裂等现象有着更好减落作用。还可以对挂板或耳轴进行碳氮共渗低温回火热处理，可大幅减少金具的磨损。

4.3 改变金具连接方式,采用双联,由单个线夹承力变成两个线夹共同承担受力

该做法的优点是减少了单个线夹的磨损，且部件较多，耗能位置也多，可减少关键部件的部分磨损。其中存在转动不灵活，U型环与墙体连接处受的弯矩较大，U型环与耐张线夹处的磨损依然存在，但相应单个U行环的受力程度减轻。

4.4 选择合适的架空地线连接角度,同时达到减小感应电流与受风力影响小的目的

针对同杆架设的线路布置情况，通过改变两条架空地线横向排列为纵向排列，改变原有的电磁场分布，减少所受到的感应电流的影响；通过架空地线连接角度的改变，不仅可以减弱感应电流影响，同时减轻风偏对架空地线连接金具磨损的影响，提高金具使用寿命，降低发热温度。

5 对策及建议

结合变电设备状态检修的开展，在对设备状态评价时应加入地线金具检查项目，加强对带有挂接隐蔽部位的检查，建立所辖地域的地线金具磨损台账，加强对易磨损地段变电站、塔号的定检、定测，随时掌握金具磨损速度，及时发现隐患并更换。积极开展耐磨金具的研究工作，提高线路安全运行的可靠性。

6 结语

针对此次220 kV架空输电线路地线金具严重磨损现象，分析了地线金具磨损原因，提出我们自身的处理解决方法及几种改进防范措施，并对各项措施进行分析，进而对预防地线金具磨损的线路维护提出相关建议，仅供借鉴。

[1]柴正云.对输电线路接地技术的探讨[J].电力建设,2009(07).

[2]余力,李和国.架空输电线路的防雷与接地[J].江西电力,2010(02).

[3]张世亮.架空输电线路接地装置设计中的几个要点[J].企业技术开发,2010(05).

[4]陆延昌.中国电力百科全书[M].北京:中国电力出版社,2011.

[5]滕志贤,马俊玲.红外测温在电力系统的推广及应用[J].甘肃科技,2006(07).

[6]孙玉堂.耐磨悬垂线夹的试验研究[J].电力金具,2001(2):3-7.

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,工程师,技师,长期从事电网调度运行等工作。

孙鹏(1983-),男,技师,长期从事电网变电一次设备检修、维护及改造等工作。