高压线路连接装置发热分析及处理

陈继祥 李之波

摘   要：文章叙述了架空输电线路、配电刀闸设备发热的原因及如何正确利用带电作业检修手段处理发热隐患，以及在工程建设和日常维护中如何管控安装质量的防范措施，在设备制造源头提出改进建议。

关键词：接触电阻;高温;旁路;带电作业

随着电网规模不断扩大、线路运行过程中各种因素的共同作用和线路负荷的不断攀升，输配电线路跳线接头、刀闸桩头、变压器跌落式熔断器等故障频繁，特别是用并沟线夹连接的接头。运行一段时间后，个别线夹由于螺栓施工扭矩不够、铝表面氧化等多种原因，促使这类设备的接触电阻增大，当通过大负荷电流时，在线夹接触面局部区域产生压降，继而导致温度升高，极端情况下不可避免地出现烧熔成洞或者表面烧成凹凸不平的严重后果，最终导致烧断跳线（或引下线）、设备停运等事故。根据以往此类设备检修方法，必须采用停电作业的方式进行更换，在当前供电可靠性指标约束下，停电处理的可能性越来越小，为避免单一缺陷处理而引发大面积停电情况，处理这类缺陷应结合实际，充分发挥带电作业检修的优势，从理论上分析带电处理发热隐患的可行性，制定可行的操作规程，并进行论证，实现不停电处理接头发热缺陷。

1    线路接头发热原因分析

根据以往的实际案例及其红外检测结果分析发现，高压线路中，存在缺陷较多的往往集中在线路金具，其中，主要包括接续管、耐张线夹等连接部分。通过统计近年来高压线路中热故障较多的案例并进行分析发现，在高压线路线头发热故障中，发热部位主要集中在耐张线夹、接续线夹、引流线夹方面。进一步分析发热原因发现主要有以下3方面影响因素。

1.1  空气氧化腐蚀造成线路老化

电路及其设备都需要长期暴露在空气中，并且由于雨、雪、雾、风尘等多变天气，造成大量的水分和灰尘在线路上集聚，长此以往会对高压线路造成侵蚀，成倍地增加金属接触面的电阻率。

1.2  导线接头松动

高压线路在大风或者地面震动过程中会产生摇晃或者共振，长期抖动以及缺乏及时的加固就容易造成导体压接螺丝松动。

1.3  安装质量差

安装质量也很大程度上决定了高压线路长期的质量稳定与否。如果安装阶段没有按照相应规程操作或者操作不当，也会对各个部位产生长期影响。

2    发热缺陷处理手段

针对线路接头发热隐患必须及时处理消缺的方法，主要有停电处理和不停电处理。停电处理优点是一步到位，隐患处理质量高，不需要重复劳动，缺点是造成大面积停电和繁杂的停电操作，一定程度上造成人力、物力成本的增加，如果是单回供电的线路，不可避免造成大面积停电的不良影响。在当前供电可靠性要求非常高的前提下，停电消缺模式应逐渐淡化。另外一种消缺模式就是当前新颖的带电作业法检修模式。根据工作的不同环境、绝缘条件、电压等级、缺陷形式等可以分别采用等电位、地电位、中间电位方法进行作业。带电作业优点主要有3点：（1）灵活性强。（2）避免烦琐的工作程序。停电检修需要变电所停电、倒闸操作、检修措施等一系列安全保护程序，时间长，人员参与多，生产费用大，所有这些充分体现出带电检修无与伦比的优势所在。（3）最大限度减少停电次数，实现多供少损，增加了经济效益。

通过近几年我们地区线路发生的各类线路接头发热处理经验，利用带电作业的方法进行缺陷处理，主要采用等电位和地电位对发热元件安装旁路引流线的方法，成功消除了发热隐患，同时，避免了全线路停电，极大提高了供电可靠性和经济效益。采用并联旁路法消除发热故障时应注意的几个问题。

并联旁路法如图1所示，在一般情况下，是由于线夹2接触不好，即电阻大所引起，在经过处理后，线夹2的温度应该降低，但是如果线夹1存在接触电阻大，不久线夹2又会发热。笔者认为在经过处理后，线夹2发热与否在很大程度上取决于线夹1的接触电阻，如果线夹1的接触电阻小，即使线夹2的接触电阻大些（当然不是很大），线夹2也不会发热，具体分析如下。

当电流I通过电阻为R的接头时，所消耗的功率为：

P=I2R（1）

P是使接头发热的能量来源，如果不存在散热的话，P将使接头的温度不断升高，但事实上，散热和发热是同时存在的，所以温升ΔT不是直线上升，而是呈指数曲线上升，经过一定时间后达到稳定。我们关心的并不是发热的温升过程，而是稳定以后的温升值ΔT：

ΔT=PRr（2）

式中，P—热流，即热功率。

Rr—接头的热阻，单位K/W。

在温升达到稳定后，电流I通过接头所产生的功率P=I2R，即热流。

ΔT=I2RRr（3）

Rr表示通过每瓦热流时引起的稳定温升值，意味着通过传导、对流、幅射3种形式向外散发热量的多少，如果散热越快，通过相同的热流P引起的稳定温升ΔT就越小，也就是热阻越小，反之亦然。

由式（3）可知，影响接头温度温升的条件有3个：接头本身的电阻R，负荷电流I及表示散热多少的热阻Rr。在3个条件中，R是必须条件。当R很小时，即使通过较大的电流I，接头也不会发热，所以R具有一定的数值是接头发热的必要条件。

为了防止旁路接头发热，在带电跨接旁路线时要尽量减小旁路接头电阻，这是防止接头发热的最根本的措施，也就是说旁路接头要使用相同的线夹，作相同的处理，使其电阻大致相等。110 kV线路引流线发热旁路分流效果如图2所示。

3    发热处理过程中注意事项

由于高压线路的安全非常重要，故障处理也必须采用稳定安全的手段。当接头过热时，就需要采取停电处理的手段加以解决。在故障解决过程中，必须要严格遵循操作规程和操作工序。因为一旦处理不够全面或者不到位，就会造成接头反复发热，影响线路的正常工作，也会造成重复劳动，影响电网正常运行。根据多次处理接头发热的经验，总结如下。

（1）先要对接触面进行打磨，去除掉线路中受到污染和腐蚀的一些氧化层和污垢。在打磨接触面时要注意打磨力度，不能破坏接触面原有结构，以免影响接触面积和后续使用效果。

（2）涂抹导电硅脂。处理完接触面的污垢后，在接触面涂抹导电硅脂。由于导电硅脂是一种导电性能较好的油性物质，对于修复受损的接触面以及提升导电性能都有一定的帮助。完整涂抹导电硅脂还能够在接触面形成较为完整的密封层，有助于后续隔离湿气和污染物，防止接触面再次被污染。

（3）更换不符合要求或老化的连接部件、產生发热故障的接头，连接附件或自身都有可能存在一定的缺陷，若及时更换部件，可以彻底消除某些固有缺陷。

4    发热隐患处理案例

配网案例：2018年盛夏，10 kV牛冷线1#塔出线刀闸红外测温发现异常，刀闸桩头高温150 ℃，经过勘查，桩头金属因高温已经变色、部分出线电弧而融化，说明此时150 ℃并不是温度的高峰值，此时负荷电流约为120 A，大量用户在高温用电高峰期间不可能停电处理，经过研究，决定采用带电作业不停电方式对刀闸故障相进行旁路连接、短接过渡处理。

旁路短接故障相必须具备条件：（1）具备实施绝缘隔离等绝缘措施的作业空间。（2）适当对部分符合电流进行转移，尽可能减少故障刀闸运行电流。（3）旁路短接操作过程中必须保证故障相刀闸可靠接触。

5    结语

电气接头发热在电力生产中比较常见，运行人员要对其有足够的认识，因为它对电网安全运行有着很大的影响，一个接头的发热有可能给安全生产带来不可估量的损失。降低接头发热故障，除了加大设备改造以及更换力度外，重点还应在工程建设初期加强施工工艺规范和验收把关，日常运行中通过气象、红外成像、示温蜡片、红外测温仪来发现并及时处理问题，避免因接头发热而导致事故的发生。处理类似隐患手段方面要不断拓宽思路，对变电设备的发热装置采取可行的带电作业方法及对应的带电作业处理工具进行缺陷处理，提高电网运行可靠性。