穿墙套管线夹连接处过热原因分析及改进

国网保定供电公司 王贺英 齐少猛

电力系统中，电气设备之间的电气触头在实际运行中常出现发热故障，导体接触表面温度若过高，则会强烈氧化，接触部分的弹性元件退火，机械强度下降，压力降低，有效接触面积将减小，接触电阻就会增加；当负荷电流继续增大时，温度将相应增加，接触电阻因热效应而进一步增大，如此恶性循环，可能导致接触部分烧熔，无法正常工作，甚至可能酿成重大火灾事故。[1]

1.案例概况

2010年11月220kVXX变电站35kV车北线351-5刀闸与穿墙套管连接处严重过热，当时负荷为30A，351-5刀闸母排与穿墙套管接头温度约为40℃，套管压接最热部位温度为61℃，其它接触部位温度在20～30℃，严重威胁到设备的安全可靠运行如图1。将间隔转检修检查连接部位，接触部位变红，套管导电压接部位变色，局部氧化发黑。测量接触电阻，直阻为179微欧。当时环境温度正常，也未发生过负荷及短路故障，因此判断触头接触电阻大是造成过热的主要原因。

图1 351-5刀闸与套管连接处过热图

打开套管连接部位，清理表面氧化层，用酒精清洗掉触头表面其余的脏污和氧化层弧痕，打磨平整光洁、露出银氧化物面后，在接触部位均匀涂抹适量的导电膏适当紧固定位螺栓，增大有效接触面。复测接触电阻值小于40μΩ。

经过一段时间运行，2011年1月5日，35kV车北线351-5刀闸与穿墙套管连接处又发生过热现象。

2005年-2010年导杆连接方式套管缺陷共发生37次，通过对以上缺陷分析，过热缺陷占缺陷总数的89.2%，（如图2.1所示）；为进一步说明问题，调查了过热缺陷发生部位，可以看到线夹连接处过热占过热缺陷总数的94%，（如图2.2所示）是关键的因数！[2]

图2 导杆连接方式穿墙套管缺陷统计

2.原因分析

根据对同一间隔（定县302、325）设备在两年内经不同水平人员检修后连续发生过热缺陷分析，此类设备缺陷的发生并不是操作人员技术水平低造成、检修工艺规程不详细、接触面涂抹导电膏、设备处于重度污染区、用电量增长快等原因所致。

通过对套管接触方式分析（如图3所示），可以看出电气触头过热的主要原因是由于普通螺栓紧固的电气触头不满足电的特殊性，从而使它所连接的电气触头易发生过热问题。

图3 导杆连接方式套管与普通穿墙套管

导电螺母为紫铜制成（如图3.2所示），材质较软，不能拧到足够力矩，否则会损伤螺纹造成脱扣。同时导电面只依靠一条锁紧螺母（如图3.2所示）提供接触压力，运行一段时间后受热胀冷缩力容易松脱。

根据对上述问题的分析，得出以下三点结论：

(1)电气触头的有效载流截面积是基础，即有足够压力作用下电气触头的接触面积。电气触头的接触电阻与截面积成反比。

(2)电气触头的接触压力是关键。电气触头表面不是绝对平整，从微观角度看仍然是凹凸不平的，要保证凹凸面有效接触，接触面必须有足够压力，否则，因为有效载流截面积减小，而导致接触电阻增加。

(3)电气触头及紧固件材质容易疲劳。运行中触头长期受热，电气触头和紧固件的机械强度会逐渐减弱，使电气触头松动变形，从而导致接触电阻增大。[3]

根据上述分析，可以判断导杆连接方式套管接触部分过热与运行无关，主要是设计和制造上的原因，其中设计又是首要因素。

3.解决方案

对导杆连接方式的穿墙套管触头过热的主要原因进行分析后，我们采取了如下处理措施：[4]

3.1 改进铝排与线夹的连接方式

为了改进原有触头的连接方式，解决接触面积小、接触电阻大的问题，我们设计了一种新的线夹，如图4。80×80mm矩形接触面使线夹与铝排有足够接触面积，同时增大引流能力，通过预留四颗螺孔，可以压接四条螺丝，使接触压力均匀，同时满足省电力公司反措要求。铝排与线夹采用压接的方式连接，压接后铝绞线和铝夹件融合为一体，它们之问的衔接更为紧密，并且增大了铝排与线夹的接触面积，使其导电性更好、更可靠。我们对压接后的铝排与线夹进行了接触电阻测量，最高接触电阻为15μΩ，远小于规程规定的l00μΩ。[2]

图4 80*80矩形接触面的线夹

3.2 确定接触面线夹后部与导电螺杆连接结构

线夹与导电螺杆连接结构的配合间隙过大，影响导电的良好性，降低运行可靠性。采用类似螺纹管式线夹，线夹尾部带有螺纹能旋入导电螺杆实现导电。这种结构缺点：对螺纹孔径要求严格，需要额外锁紧。优点：不需要对套管进行复杂加工，同时能保证足够的接触压力。基于对线夹前部、后部结构的综合考虑，最终确定线夹结构（如图6所示）。线夹后部为带有螺纹的铜导电管结构，通过两颗锁紧螺丝锁紧并导电。线夹前部为紫铜结构引线线夹，上面有四个眼距30m的螺孔，可以通过M12的螺丝与母排引线连接。

图6 带有螺纹的铜导电管结构的线夹

我们对压接后的铝绞线和特制铝夹件进行了接触电阻测量，最高接触电阻为20μΩ，远小于规程规定的l00μΩ。[5]

4.试验及实际运行情况

4.1 试验分析

我们对螺纹铜导电管结构线夹与普通螺栓紧固的电气触头作了温升对比试验，用相同规格的螺纹铜导电管结构线夹与普通螺栓连接的铝排制作的两个电气触头分别放在统一装置中（如图7所示），环境温度和散热条件相同，分别通过相同电流和时间，对比电气触头的运行情况。

表1 螺纹铜导电管结构线夹与普通螺栓紧固的电气触头温升试验结果（A螺纹铜导电管结构线夹，B普通螺栓紧固电气触头）

图7 接触触头温升试验

试验表明（如表1所示），螺纹铜导电管结构线夹比普通螺栓紧固的触头温升比率要小。

4.2 运行效果

该螺纹铜导电管结构线夹已在保定供电公司使用两年多，主要应用于原来用普通螺栓紧固经常出现过热问题，而多次处理尚未解决的电气触头，该结构线夹使用后，三年以来再无出现一例过热问题，为公司创造了客观的经济效益

4.3 经济、社会效益

如表2所示，螺纹铜导电管结构线夹使用，使导杆连接方式穿墙套管缺陷发生率的大大降低，提高了设备运行可靠性，确保了电网安全，并且对周边地区的有序用电、客户满意情况、经济社会发展等都产生了无形效益。[2]表2所示是对比更换套管和更换线夹费用的对比。

5.结束语

螺纹铜导电管结构的线夹试验测试和长时间的实际运行表明，使用带有螺纹管式结构线夹能有效避免普通螺栓紧固电气触头出现的过热问题，从根本上解决或降低过热缺陷发生率，对保障用电高峰期电网安全有着重要作用。

表2 更换套管和更换线夹费用对比

[1]年泓昌.低压开关触头过热原因分析及防治措施[J].电工技术,2012.

[2]保定供电公司检修试验工区变电检修三班,降低导杆连接方式套管缺陷发生率[Z].保定供电公司创新成果,2011.

[3]任雪莲,任义.解决电器触头过热问题的实用新型紧固件[J].电工技术,2006.

[4]吕念明，220kV变电站隔离开关静触头过热原因分祈及解决方案[J].电工技术,2006.

[5]电气装置安装工程母线装置施工及验收规范[S].中华人民共和国国家标准.