电网系统的接点发热问题分析及治理措施

董方炳 徐为志

摘 要：在电网系统中运行的发电设备、供电设备、用电设备等都是靠高低压线路连接起来的。设备内部各零部件的连接，连接线路的分段、分支，需要连接的地方很多，这些连接点因生产的需要都必须将连接的导线断开再重新搭接起来。这种断开再重新搭接的方式，的确方便了生产，但由于接点的连接方法没有引起足够重视又造成了接点发热的问题，文章对此进行分析。

关键词：接点发热；导电材料；连接金具；连接方法

中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）24-0099-02

近年来，我国电力事业飞速发展，但接点发热问题还是没有得到彻底的解决。在提倡节约、反对浪费、鼓励创新的新形势下，彻底解决接点发热问题应当成为我们今后工作的重点，从目前的技术看，实现彻底解决接点发热的问题并不难，而且还可以更加节省成本。这是一个系统工程，牵扯的制造厂家较多，需国家、行业重视，从标准入手，制定相应政策才可做到。从供电部门的角度看，解决这一问题非常可行。只要规定哪方面的接点采用哪种技术制造和改造标准，达到什么标准等就能彻底改变。

1 导电材料的导电原理

导电材料的分子结构是立方晶格，导电的方式是晶格间电子的定向移动。导电材料在常温条件下的断开再搭接，断开了的分子立方晶格不会再连接成一个整体。由于在搭接的材料介面之间存有间隙，没有分子间的键连接，所以就不能形成正常的电子移动导电。但此时还有很少一部分介面接触较好，介面间隙趋近于零；局部区域还是能够实现电子导电的。还有一部分介面虽存有间隙，但是间隙很小，可以通过电磁的形式参与导电。虽说这两部分面积同时参与导电，但导电面积很小，它们发热是因为参与导电的面积小造成的。这种长时间的持续发热会引起介面的老化，进而造成导电面积的进一步减小，会加快老化的程度，直至造成烧坏设备的事故。当电流太大时，介面积聚的电压会直接击穿间隙产生电弧导电。持续或多次的弧光烧蚀便会很快烧坏接点，导致事故的发生。怎样直观的理解介面间隙的大小，粘结技术有这样的描述：“两块固体是不能用压合的方法连接起来的。因为结合要靠化学键、氢键或范德华力，这些作用的有效距离各为1-2 A、2-3 A、3-5 A。然而，即便是磨光的金属镜面，也是凹凸不平的，其高峰和深谷之间的平均距离在250 A左右，远大于5 A。两固体相合只是在表面最高峰处相互接触，所能接触面积仅为实际面积的1%。

2 目前使用连接金具的状况

为进一步认识接点发热和寻找解决接点发热的有效办法，对目前使用中接触类连接金具的工作状况进行分析：目前电网系统中接触类连接金具大都采用的是平面接触搭接，螺栓压紧结合（以下简称“平面结合”）原理来加工制造的。下面以”平面结合“的设备线夹SY-LGJ-240组装成引流线夹为例作分析，设备线夹SY-LGJ-240，连接部分为50×85×10，最大结合面面积4 154.967 mm2，单只重0.54 kg。1只M10压紧螺栓，垫圈按C级标准，最小外径Φ118.7 mm，内孔最大直径Φ211.43 mm，面积S=172.04 mm2。为方便研究，假设M10压紧螺栓能提供足够的压紧结合力，垫圈的强度足够，无论在多大的压紧力下都不会发生变形。

①引流线夹组装好，将压紧螺栓扭紧至垫圈压紧压平。此时结合体处在不发生任何变形时的最大受力状态。这时垫圈正下方的结合体受正压力，其余部分受弯曲力。在整个结合面上会均匀分布大小相同的反作用力。由于压紧螺栓的压紧结合力小，有效导电面积就小，此种结合情况并无使用价值。

②这是“平面结合”原理制造的所有接触类连接金具的正常工作情况。组装后将垫圈扭紧至有明显下陷。此时结合体已产生变形，四周弯曲翘起，结合面积明显减少，结合面上产生的反作用力分布不均匀。垫圈下方反作用力最大是均匀分布的。其余部分沿垫圈的周边由45 ？觷递减至零。此时螺栓的压紧结合力已是很大。有效结合面积是1 176.282 mm2，單位面积受力较高，但仍结合不好，结合面仍有间隙。所以型式试验仍达不到国家热力标准的要求。

③这时螺栓的压紧结合力已超出结合材料的抗压能力，进入冷挤压变型状态。实际结合面积会按不同的厚度沿垫圈外沿呈45 ？觷减小。结合材料越厚，结合面积越小。这时的结合面间隙已趋近于零，导电情况良好，达到理想状态。

另外，通过分析可以认识到“平面结合”原理制造的连接金具用增加压紧螺栓的个数是不能解决接点发热的。虽然提高的结果像电阻并联一样，是自身电阻的倒数和。这只能起到一点改善，不能解决根本问题。因为这时单位面积上结合力没有发生改变，只是同等情况下结合面积的增大，结合间隙的大小没有发生根本改变，所以间隙产生的内阻仍大于同规格导线的内阻。这种解决方法实际上就是在不合格情况下的以大代小，也就是目前系统中解决发热问题的习惯方法。这种方法仍不能解决根本性问题。总的说来选“平面结合”制造连接金具是错误的，它无法达到绝大多数的介面间隙为零或趋近于零，必然造成接点发热，应当纠正。

3 三种不会造成接点热的连接方法

在实际工作中我们已经找到了三种不会造成接点热的连接方法：如果能将这三种连接方法合理地综合应用，完全可以彻底解决电网系统中所有接点的发热问题。

3.1 焊接连接法

焊接连接是最理想的连接方法。因为焊接时的高温能使断开了的分子立方晶格结构得到重新恢复和重建。这种连接的导电性能可以得到完全的恢复，所消耗的材料也非常少。只是适用的范围较小，只能在固定连接的地方使用。由于施工条件复杂，不大利于野外作业。焊接时易熔入杂质而影响导电，操作技术要求高，须专业人员，成本较高。

3.2 压接连接法

这种方法是通过压缩性收缩变型来达到连接的目的，压缩后连接介面间隙趋近于零，导电效果好，各项指标都能达到国家标准，如压接管与导线的压缩连接。

按说压接技术是在常温下进行的，搭接的两部分导电材料是彼此分开的，压接后分子间的立方晶格也不會溶为一体，也是彼此分开的。而这时的导电性能却很好，没有发热现象。完全可以理解为此时这两部分导电材料在搭接的两个介面之间虽然没有分子键产生，但因其分子之间的距离已被压的很小，或趋近于零。这种分子零距离的接触是仍能形成电子移动导电而不发热的。也就是说在常温的条件下，只要设法产生足够的压紧结合力，导电材料的搭接连接是不会发热的。这种压接也可以理解为介面间隙被挤压的很小时，即便是在间隙中还是电磁导电的形式，由于间隙距离很小，所以产生的热量也很小。在自身有效散热的情况下，不会引起温升，不会造成影响。

压接技术方法简单机动灵活，可以在很多地方使用，野外施工也很方便，是多股导线与压接管连接时最好的方法。压接连接技术给我们提供了另外一种解决接点发热的有效思路，就是只要结合力提高到一定的程度，就可以解决接点发热的问题。

另外由于压缩后的铝、铜导电材料，分子间扭曲的立方晶格和机械强度在常温的条件下有慢慢自我修复和衰减的物理特性。在长期的工业运行中压接的紧密性和机械强度可能出现老化衰减的问题，如果在压接管的外围再套一层无缝钢管，利用这种复合材料的压接管，将彻底解决压接技术的老化问题。

3.3 锥面结合螺栓压紧的连接方法

这种原理加工制造的电力金具，是我们为解决接点发热问题而设计制造的。用NY-LGJ-240内锥线端子和WY-LGJ-240外锥双头等经连接头组装的锥型引流线夹为例进行分析来认识锥型线夹的导电性。这种结合方式的压紧结合螺栓选用得较小，是斜面作用把它的压紧能力提高了很多。另外，虽然这种结合在投影结合面上产生的压强很大，但是由于斜面的原因，实际工作面是投影工作面的3.696倍。这能够有效降低由于压强大而对结合体造成的破坏程度，从而体现出保护结合体不被压缩，型体不被破坏的优点。锥面结合连接技术除具有灵活多变，多功能的特点外，还有一个最大的优点就是可以重复多次组合，可以全面替代平面结合线夹的功能。

4 结 语

电网系统的接点发热问题只要做到：①慎重设置接点，尽量减少那些不必要的接点。②彻底不用“平面结合”的连接，改用焊接，压接或锥型连接。具体的各类接点的制造和旧接点的改造，概括提出以下初步设想，供参考：

①线路部分：原螺栓式耐张线夹可继续延用，改配锥型引流线夹。将原压缩式耐张线夹的平面连接板改为焊内锥连接板，配锥型引流线。线路的分段、变径、分支，连接头0～90 ？觷的弯曲都可以用双头外锥连接头和内锥2孔、多孔连接板自由组合来实现。

②站用部分：变压器、互感器、断路器等绝缘套管上的进出线桩头，要按额定电流的等级从大到小进行外锥连接头的改造和内锥连接板的焊接改造。在母排上运用时，只要改变一下母排的宽厚比或者将母排改为母管或棒料，即可采用内锥连接端子。改平面连接的母线伸缩节为锥型连接的母线伸缩节。在这方面的设备内部要尽量使用锥型伸缩节直接连接触头不让机构参与导电，可减少接点的个数。像跌落保险一样使用复合触头、灭弧触头，可保护工作触头不被烧伤，以保持其结合精度。断路器为保留其断开时的灵活性，工作触头的锥度要大一些，尽量提高机构的结合力来满足结合的要求。建议再并联上一只锥型重力显示熔丝管，作为工作保险。原跌落保险作为操作的先导保险。合闸时先合跌落保险，再安装锥型重力熔丝管，装好后再取下跌落保险的熔丝管。断开时先装好跌落保险熔丝管，再取下锥型重力熔丝管，再拉开跌落保险的熔丝管。这个操作和隔离开关与主断路器的操作程序相同。也只有这样，才能解决好这个地方的发热问题。

参考文献：

[1] 董吉谔.电力金具手册[M].北京：中国电力出版社，2000.

[2] 上海交通大学冷挤压技术编写组.冷挤压技术[M].上海：上海人民出版社，1976.

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