特高压直流输电管母跳线发热缺陷原因分析

潘灵敏，宋恒东，王志明，吴 伟，白 朴

(国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏 南京 211102)

0 引言

随着输电线路电压等级的升高，绝缘子串和跳线长度增长，为保持跳线与铁塔间的距离满足跳线风偏后对塔身的电气间隙，特高压输电线路出现了刚性跳线形式。刚性跳线是国内外超高压、特高压线路中普遍采用的一种跳线形式，可以有效减少跳线风偏和弧垂，压缩杆塔结构尺寸。

常见的刚性跳线形式有2种，即鼠笼式和铝质管母式。以下主要讨论铝质管母式刚性跳线。

铝质管母式刚性跳线是将跳线下侧一段普通软跳线用2根铝管替代，通过引流线连接到耐张绝缘子串上。铝管既导流，又起支撑作用。根据管母跳线长度设计要求，为方便铝管运输及现场施工，每根管母线多分为2节，2节管母线通过管母内接头定位支撑，外加管母外接头连接导流。由于2节管母线对接时仅靠管母外接头的握力固定，在实际运行过程中往往出现因管母接头螺栓松动，导致运行时管母对接处出现发热现象。

直流特高压架空输电线路输送容量很大，线路运行中出现此发热缺陷，将严重影响线路安全可靠运行，需要深入分析产生发热的原因，及时消缺，以保障直流特高压输电线路的健康状况。直流特高压线路停电检修时，将影响区域电网的潮流和运行方式，为保证供电可靠性，对于管母跳线发热缺陷的处理，应尽可能采用带电作业方式。

1 管母跳线发热缺陷的原因分析

2016年8月，在±800 kV锦苏线满功率(7 200 MW)运行期间，线路运维人员利用远红外成像仪对耐张管进行测温，发现3处管母跳线接头和1处管母跳线本体发热超标，如图1所示。

部分发热点与正常相温差对比如表1所示。

直流特高压管母跳线接头发热主要原因是管母接头和管母之间的有效接触面积减小，使得电阻值增大，造成通流受阻，从而产生接头发热现象。

图1 管母跳线发热的红外测温图像

表1 ±800 kV锦苏线发热点与正常相温差对比 ℃

经过分析，导致接触面积减小、接触电阻增大的原因有以下几点。

1.1 跳线接头设计存在风险

直流特高压管母跳线设计规格为Φ150/130的铝合金管。由于电力设计院校核的跳线刚性部分较长，一般为12—18 m，整根管母线不方便生产加工和运输，施工现场无法进行焊接，因此设计院将铝制跳线串中的管母线分为2节对接使用。2节长度相差约2 m(如16 m管母线分2节，即9 m和7 m)，在2节管母线接头处加装管母线外接头。通过螺栓扭紧力，使管母外接头和管母线间产生摩擦力，以紧固2段管母线。

直流特高压铝制管母式跳线内外接头连接形式如图2所示。当作用于管母线上的轴向力大于接头位置摩擦力时，就会使2段管母线产生位移，造成接触面积减小，产生通流受阻现象，甚至导致2段管母线拉开。

1.2 跳线施工引流线长度问题

如图3所示，铝制硬跳线通过绝缘子串悬吊在杆塔下方，两端连接引流跳线。若两端软质跳线弧度较小，张力过大，就会产生较大的沿管母线轴向作用力，造成管母线从外接头处滑移，甚至滑脱。

1.3 管母线和金具产品质量问题

管母外接头与管母线的接触面为圆柱形，要保证管母外接头能安装在管母线上，管母外接头内径必须要比管母线外径大；同时为保证一定的导流接触面积，外接头内径又不能太大。若金具厂家加工的管母外接头和管母线配合不好，或管母线本身材质存在质量问题等，就会使管母外接头内径和管母线表面有效接触面积过小而产生发热现象。

1.4 现场施工原因

线路施工时，管母线外接头的紧固螺栓未按扭力矩要求进行完全紧固。在运行过程中，长期受电动力、风力及热胀冷缩等影响，会造成螺栓脱落或不同程度的松动现象，影响螺栓的夹紧，从而影响产品的导流。

1.5 其他原因

除上述原因外，外界气温、灰尘、杂质、腐蚀等原因也会造成管母线接头发热的现象。

2 停电消缺

图2 管母内外接头连接形式

2017年4月，结合线路停电综合检修，国网江苏省电力有限公司检修分公司对±800 kV锦苏线开展红外测温时，发现4处跳线管母接头及管母本体存在发热缺陷并进行消缺处理。具体的消缺措施为：打开管母外接头，用砂纸打磨除锈，刷涂导电脂后复位紧固等。

图3 引流线将管母接头拉脱

消缺送电后，运维人员用红外热像仪检测管母及管母接头，温度恢复正常状态。但消缺作业过程费时费力，且必须是在线路停电期间才能实施。

3 带电消缺

3.1 管母桥接装置设计方案

考虑到管母接头发热的根本原因是管母外接头和管母之间实际接触面积变小，使得2段管母接头处接触电阻增大，通流受阻。

因此，在不拆除管母外接头的情况下，在接头处并联1个导流结构，即桥接1个导流装置，起到分流作用，可有效减少通过接头处的电流，从而消除管母接头发热缺陷。

3.2 桥接分流装置设计

桥接方法有2种：(1) 硬连接形式，即在接头处并联一段管母线；(2) 软连接形式，即在接头两端并联一段导线。

3.2.1 硬连接装置

硬连接管母桥接装置由桥接夹持间隔棒2套、管母线1根；封端盖2只组合而成。为方便施工和统一模具，装置夹持间隔棒选用和工程用跳线铝管支撑间隔棒同材质同规格产品；装置并联的管母线选用与工程使用管母规格相同的Φ150/130铝合金管。管母长度考虑夹持部位避开管母外接头位置，整体长度设计为1 100 mm，并在两端用封端盖进行封堵，封端盖和管母用沉头螺钉固定。具体如图4所示。

图4 硬连接管母桥接装置

并联管母理论通流能力为4 400 A，管母线间隔棒线夹宽度为220 mm，理论导流能力约为8 553 A。

3.2.2 软连接装置

软连接管母桥接装置采用管母伸缩线夹形式来实现管母间的过流。线夹分为2部分：一部分为线夹，用于夹持固定管母线；另一部分为焊接导线，是线夹导流的桥梁。具体如图5所示。

图5 软连接管母桥接装置

线夹内径为Φ150，线夹宽度160 mm，焊接导线为4根LJ-630纯铝绞线，理论导流能力为4 400 A左右。

3.3 试验研究

为验证管母桥接装置桥接分流能力，分别对2种桥接装置进行直流电阻和温升大电流模拟试验。试验方案按照实际使用工况制定。试验使用Φ150/130的铝合金管母线，管母线1和管母线2通过管母内接头定位和管母外接头固定导流，方案中的管母T型线夹、设备线夹和导线等为辅助设备。试验输入电流为4 500 A。

试验照片如图6所示。

根据电路原理，加装管母桥接装置后相当于并联了1个电阻，总电阻降低，通过电流能力增强，温升较小，试验效果和理论分析情况相符合。

图6 管母桥接装置试验

3.4 管母桥接分流装置现场应用及推广

2017年8月，在±800 kV锦苏线满功率运行时，运维人员通过红外检测发现4146及4174号塔管母跳线，存在发热缺陷，随即利用研制的管母桥接装置完成了带电安装作业。经红外检测，效果明显，管母线和管母接头温度正常，如图7所示。

2种桥接装置的制作及现场安装情况如下。

(1) 软连接管母桥接装置由于产品体积小和重量较轻，安装时只需1位等电位电工，耗时1 h；硬连接管母桥接装置由于产品体积大和重量较重，安装时需要2位等电位电工，耗时2 h。

(2) 就装置制作成本而言，软连接管母桥接装置比硬连接管母桥接装置要低许多。

图7 管母桥接装置试验

从制作成本和作业效率而言，特高压跳线管母接头处发热缺陷宜采用软连接管母桥接分流装置消缺，而跳线管母本体发热缺陷宜采用硬连接管母桥接装置消缺(可根据管母发热段长度调整硬连接的管母长度)。

4 结论

(1) 特高压直流输电线路运行中出现的管母跳线发热缺陷主要是因为管母接头位置电阻增大。产品本身质量、安装不良等，或是在运行过程中长期受电动力、风力及热胀冷缩等影响，连接螺栓松动、设备线夹腐蚀、管母套接处接触不良等，都会影响产品的导流，造成发热异常。

(2) 管母跳线发热缺陷影响着线路安全可靠运行，需要及时消缺，以保障特高压直流输电线路的健康状况。由于特高压直流输电线路输送容量很大，线路停电影响区域电网的潮流和运行方式，对于管母跳线发热缺陷应尽可能地采用带电作业方式进行处理，以保证供电可靠性。

(3) 研制的特高压直流输电管母桥接分流装置通过了实验室验证并成功应用于±800 kV锦苏线，有效解决了特高压直流输电管母本体及管母接头发热缺陷。采用并联桥接装置方式处理发热缺陷，不需要换掉整个跳线串，节省了检修费用；施工过程简单，不需要拆除管母外接头、管母间隔棒等部件，减少了施工量。采用并联桥接装置，有效降低了管母接头处的接触电阻，使导流性能得到保障，避免了多次维修的可能。

(4) 对于管母跳线接头处的发热缺陷，建议采用软连接管母桥接分流装置进行带电消缺。硬连接管母桥接分流装置可用于处理管母本身发热缺陷，硬连接的管母长度可结合管母线发热段长度进行适当调整。