特高压变电站设备接头发热原因分析及处理

2021-03-15国网山西省电力公司检修分公司史立丰

电力设备管理 2021年2期

国网山西省电力公司检修分公司史立丰

近年来国家电网系统的功能较之以前有了明显提升，伴随着技术的提高和许多自动化设备的使用，电力系统的服务质量也在不断地提高。但随着用电负荷的迅猛增长，电网系统的正常运作至关重要。部分设备由于改造及维护不及时等原因，使得一些特高压变电站设备接头发热的故障呈现出上升趋势，这一问题尤其是在-些设备老旧、电力负荷重的特高压变电站中尤为突出。运用设备停电的方式处理接头发热点比较困难，尤其是在电力负荷高峰的情况下。基于此，需采取更加行之有效的措施来避免特高压变电站设备出现异常，要依据具体情况对设备进行处理，同时做好预防工作也是十分重要的[1]。

1 特高压变电站设备接头发热原因

随着经济建设导致用电量急剧增长，一些特高压变电站的电力设备时常处于临界、满载甚至过载状态，因此设备接头也经常出现过热的现象，此外还有一些原因也会导致设备接头发热。

外部环境原因。恶劣的外部环境会加速设备接头发热的发生，如在螺栓式线夹与导线的接触处，由于这种连接方式实际接触面非常小，因此受螺栓压接均匀程度影响很大。同时连接处又暴露在户外，因此运行的条件比较恶劣，极易导致故障发热。再加上在风霜雪雨多、日照强、日夜温差大的地区由于钢心铝绞线与设备线夹的连接处缝隙较大，在外部环境与电磁场的共同影响与作用下，接触面氧化和结垢程度不断加深，最终也会导致接头发热[2]。

设备安装及检修原因。设备安装、检修过程的失误也是导致接头发热的重要原因。在设备安装、检修过程中一些工作人员没有引起重视，由于自身技术水平、工作经验、责任心等方面的原因忽视了设备接头部位，没有注意接触面平整程度，或者涂导电脂或凡士林、或者在连接螺丝上加弹簧垫并紧固以及用塞尺对接触面进行测量等，这就极容易留下故障隐患。而目前并没有一个细化的设备接头质量工艺规范来对此进行衡量和控制，这也导致了设备接头的接触质量出现问题。

2 特高压变电站设备接头发热的有效预防措施

预防设备接头发热最根本的措施是严格按照要求安装或检修设备。首先，在设备接头处的材料要选用电力合脂来代替传统常规的凡士林。这是由于新型的电力复合脂材质更为坚固，也更能抵抗恶劣的外部环境，其滴点达180～220℃，凝固点则低至-20到-30℃。由于该材质中的锌、镍、铬等金属细粒填充在接头接触表面的缝际中，这些细粒在螺栓紧固力的作用下不仅能够破碎接触面上的氧化膜层，降低接触电阻，同时还能够在接头整个表面形成一个保护层，进而隔绝空气和水分的渗入，保护设备接头及接触面[3]。

除严格按照要求安装和检修设备这一根本措施，也要结合不同情况依据设备接头发热的具体原因来进行分析，基于此可将电气设备接头发热情况分为影响负荷传输类和不影响负荷传输类。无论是哪一类状况发生，对整个电网环境的稳定运行都会带来负面影响，所以都要慎重对待。

首先是要采取预防措施，这些措施会影响设备接头的发热，从而影响载荷传递。关于特高压变电站设备接头的加热状况，需有专门经验的相关技术人员来确定接头的根线是否引起异常。有两种措施可防止在设备故障导致电气负载变化的情况下设备接头发热：第一种是根据大修过程的严格规定对设备进行大修或维护。并且可动连接的接头未涂导电膏或凡士林，从而防止了导电膏或凡士林粘在灰尘上，从而增加了接触电阻。例如，在户外操作以防止故障的刀闸设备不能用导电胶或凡士林涂覆。对于固定连接的接头应使用功率复合润滑脂，并且功率复合润滑脂具有较高的熔点和良好的导电性，可有效减轻铜和铝导体连接件的电化学腐蚀作用；第二种是有效地控制接头的接触电阻，或将电阻控制在预定范围内，即在通过额定电流的同时控制接头的工作温度，并将其控制在特定范围内，以有效地防止发热。

第二个是预防措施不影响设备接头的加热，也不影响载荷传递。尽管这种情况不会带来不良影响，但它的发生频率更高，发生的范围更广，并且在一定程度上影响电网的稳定性，因此有效预防这种情况非常重要。最重要的预防措施是加强特高压变电站的管理和监督。我国长期以来一直实行无人特高压变电站的管理方式，采取“集中控制站”的管理方式。在这种情况下，基层特高压变电站的系统运行应引进更先进的技术并进行定期的科学维护。如果在变压器设计中没有“问题”，但是不能降低工作温度，则应将注意力从变压器转移到外围电路的“设备特性”上。实际上，它来自外围设备引起的“与变压器的相互作用”。由于“功能”，过高的工作温度构成了变压器产生的热量的很大一部分。毕竟对于整个电源来说，一次侧开关管、二次侧整流管或吸收补偿、谐振电路（电感或电容）、甚至PFC、滤波电容器、PCB 布线等与变压器属于同一整体，并且工作条件彼此相关，应该受到影响，仅影响效果的强度不同，双次级侧整流器（续流）二极管的反向恢复特性对变压器工作温度的升高影响最大。

以一个典型的大功率电源为例（分析低功率反激次级整流二极管的工作条件并不困难）。桥拓扑次级侧的两个全波整流二极管，或正向拓扑中的整流器和续流二极管，在反向恢复期间产生瞬时共态导通，从而导致漏电感幅度减小的正弦尖峰振荡（有时不完全是正弦波）。这种具有更高开关频率和更高电压峰值的振荡波耦合在初级和次级之间，从而增加了各种损耗，尤其是在导线封装和磁芯中，损耗与频率成指数比例，并且增加更为明显。

在二极管“共态导通”时刻的第一个峰值时段内，初级侧的励磁电感下降至“在短路的次级侧测得的初级侧的漏感值”附近。边缘处的瞬时峰值电流超过正常操作的几倍至十倍！此时磁芯的磁摆增大，绕组的高频电流密度也急剧增大。在随后的衰减振荡过程中，耗减小，但是整个峰值衰减振荡以工作频率重复，不难想象线温度和铁温度会大大提高。当然，这样的尖峰也不利地影响电源的可靠性。