浅议高压输电线路发热故障的原因分析与处理

国网西安供电公司 常冀闫

以往，线路故障均是以人工方式进行排查，其劳动强度大、效率低，特别是高压输电线路上相对典型的发热故障，利用人工巡线很难全面排查。即便找到苗头，也没有办法定性分析。而凭借不停电、长途、效率高等诸多优势，红外检测技术在高压输电线路中起着重要的作用。本文梳理了高压输电线路温升的原因及其判断方法，结合具体案例进行分析，并提出针对性的处理措施。

1 高压输电线路发热故障的原因

1.1 氧化腐蚀

高压输电线上，接触头并不平整，加上长时间裸露于空气中，经过风吹日晒、化学腐蚀，以及复合脂封闭性遭受不同程度的破坏，使输电线中流窜空气，氧化甚至腐蚀导体接触面，使其发生锈蚀，电阻扩大到之前的数十甚至数百倍。同时，铜铝节点处理出错也会引起电腐蚀，加大接触电阻，令输电线路发热，最终引起故障。[1]

1.2 导线接头连接不紧

螺栓不相配、未拧紧、连接部位长期震动或是抖动，连接头松弛或是螺丝松动，扩大接触点原来的接触面，增加了电阻。一旦有电流经过，温度随即上升，长期温度过高必然会烧毁整个线路，对供电活动产生影响。

1.3 线路安装工艺水平低

线路安装中，接头通常都是选择简单的方法进行安装。在施工、检修阶段，由于人员能力、资质有限，无法确保施工质量。安装时，接头未能完全固定，螺丝在某个时段内松动；线夹、导线接续签未充分清刷，未涂抹或不充分涂抹电力复合脂。这就可能令线路受潮，出现部分氧化，电阻增加引起发热。导线、线夹规格不匹配，输电线连接点的截面和导流功能之间不协调。铝导线、铜导线在连接时并未使用铝铜过渡头；线夹结构不合理，使其线端口断股；对螺丝进行固定时，没有放置弹簧垫圈。在热胀冷缩的作用下，螺丝经常性松动。这种粗糙的安装工艺，也是线路发热故障的最大原因之一。

2 温升判断方法及测量温升方法

表1 设备温升与缺陷严重程度相关性

通常，高压架空线路温度均是交由专人巡线，如遥视温度贴片法或是红外测温法。遥视温度贴片法，指的是在颜色各异的温度贴片上，分别粘贴导线不同的连接点。当温度上升后，贴片也会逐渐融化。利用望远镜，我们可以观察到不同贴片在不同温度值下发生的改变，以便对温度做出基本的判断。而远红外测温法，已成为目前常用的方法。利用远红外测温仪来对耐张跳线连接点进行检测，要求红外线测温人员提前登上杆塔，在现场进行检测扫描。同时，扫描位置必须和连接点之间相隔30m 以上，以保证结果的正确性[2]。

3 高压线路发热故障实例分析

3.1 工程概况

某110kV 输电线路，长期超负荷状态运行。为确保线路安全，现场人员对本线路展开了特巡。期间，输电人员利用红外线技术来检测杆塔上各个跳线连接点上显示的温度。可见，#8杆A相跳线上，大号侧第2只并沟线夹可见异常的发热现象，峰值72.7℃，而环境、正常点温度分别是29.0℃、29.1℃。据悉，相对温差接近于99.6%，负荷76MW，电流大小399A；#13杆A 相跳线，也有发热的现象，温度峰值141.6℃，而正常点仅37.5℃，相对温差达到99.2%。线路负荷：81MW，电流：430A。当负荷扩大后，发热点温度也会持续地上升。因此，需要选择适当的技术将其消除。否则，电网运行也会大受威胁。

3.2 高压线路发热原因分析

3.2.1 #8杆发热情况分析

架空线路跳线，通常会选择2个并沟线夹过流。一般情况下，发热的仅仅为线夹之一（设线夹2检测出发热现象）。很多人认为，这是因为线夹2接触不良，也就是电阻过大导致。因此，他们仅会对线夹2进行处理。过段时间，线夹2再次发热。作者认为，线夹2发热是由于线夹1自身的接触电阻来决定。假如接触电阻偏小，就算线夹2电阻略大，也不至于发热。

众所周知，当电流I 穿越电阻为R 的接头时，其功率为：

P——接头发热主要的能量源。假如无法散热，P 会增加接头原来的温度。其实，散热、发热两种现象是同步的。因此，温升ΔT 并非直线上升。相反，属于指数曲线上升状态。在某个时段后，接近于平稳。我们在意的并非温升过程，而是温升值ΔT。

P——热流，也就是热功率；Rr——接头热阻，单位K/W。

回归分析模型的复确定系数（Rsquare）代表模型对数据的解释度，范围0～1。通常，解释度越接近1，模型的解释度越强；相关系数绝对值越大，越具有强大相关性。由2条曲线走势并结合复确定系数R2=0.909（复相关系数R=0.954），可以得出预测曲线与实测曲线拟合度很好的结论。

当温升处于相对平稳后，电流I 也会利用接头，释放出一定的功率P ＝I2R，也就是热流。

Rr——每瓦热流时反馈得到的稳定温升值。根据传导、辐射，以及对流，向外界传递的热量大小。散热越是迅速，稳定温升ΔT 相对则会越小。换句话说，热阻自然会越小。反过来，也是如此。据式（3），影响接头温升的因素共有3个：一是接头电阻R，二是负荷电流I，三是热阻Rr。后续分析中，线路上显示的负荷电流I、热阻Rr均为定数。设线夹1、2的电阻依次是R1、R2，类似于并联。代入式（3），则：

ΔT2代表线夹2相应的稳定温升。

如果电流I、热阻Rr维持恒定，线夹2的温升很大程度上是由数值来决定。R1越大，意味着温升ΔT2相对也就会越大。R1越大，R2穿过的分流自然也就会越大。R1、Rr是个定数，故温升ΔT2相对也会越高。线夹2发热，其根源并非仅仅线夹2接触不良，某些情况下也会遭受线夹1接触电阻的干扰。和接头2相比，接头1的电阻也会大很多。为此，不少负荷电流能够顺利地穿过接头2。接头温升，与电流平方存在显著的正相关。正因此，发热的只有接头2，但接头1发热并非如此。电阻越大，接头2温升反而会更显著。对发热故障进行处置时，我们不能只考虑接头2，而忽略接头1。否则，后续接头2会再次发热。

处理方法：最好的方式，是对线夹1、2进行重新清理，同时涂抹一层导电油脂，并以细钢进行涂刷，并重新安装。

3.2.2 #13杆A 相跳线并沟线夹发热分析

登杆检查：#13杆A 相跳线尾线也会暴露出散股，和并沟线夹相比，跳线温度高了很多。#13杆铺设于农田，附近还有一家食品厂，其生态遭到不同程度的污染。从相片来看，跳线上黏附较多的污染物。另外，沟线夹表面同样可见较多的污染。从外观来看，并沟线夹的性能、质量相对较差，同时线夹外表颜色偏黑，有少量的坑洼。

实践表明，在高压线路上，线路金具容易出现突出的热缺陷，尤其是耐张线夹、跳线线夹以及接续管等重要的连接部位。根据近年对数千个外部热故障数量进行统计，得知在外部热故障中，线夹、刀闸触头的占比高达77%，其平均温升接近于30℃，剩余外部接头，其温升介于20℃～25℃。对此，我们分析过热是由下列三个原因导致的。一是氧化腐蚀。导体接头长时间裸露于空气中，日晒雨淋、结露，加上表面有化学气体的入侵，令导体表面受到锈蚀甚至氧化。此时，金属接触面表现的电阻率也会随之增大，相比原来增加数十甚至百余倍。二是接头松动。经过长时间的机械振动或是风力影响，导体连接点反复地摆动，其压接螺丝也有不同程度的松动。三是安装不到位。未提前对接头紧固件进行拧紧；螺丝上下尚未摆放专业的弹簧垫圈，一旦温度有异常，也会导致松动；未提前对导线、线夹进行仔细的清刷，也没有使用电力复合脂，加上复合脂也未完全封闭，使其频繁地侵入潮气，造成氧化，接触电阻随之扩大，致使发热；铜接点或是铝导线均未使用任何的铜铝接头；线夹错乱，端口严重地断股；线夹、导线并不协调，影响了自身的导流能力；磁滞涡流过度地损耗[3]。

处理方法如下。

一是确保金具品质。尤其是母线或是设备线夹，应当选择性能佳、质量达标的产品，使其载流量、热稳定性符合国家的标准。设备线夹，最好是铜铝过渡产品。一切粗劣不合格的产品，都不能投放于网络建设中。

二是防氧化。在接头表面，应当注重防氧化，将原来使用的凡士林，更换为新一代的导电膏，即电力复合脂。

三是接触面处理。对于某些平整度不佳的接头接触面，需借助锉刀进行铲平，将毛刺予以锉掉，让接触面看上去更加光洁。不过，母线加工完毕后，其铜质必须小于原截面的3，而铝质也要小于5。

四是控制好紧固压力。在接头连接方面，有些检修人员可能会有错误的认知，觉得螺栓越紧就越好，实际上并非如此。紧固时，螺栓切勿拧得太紧，最好是弹簧垫圈压平即可。若有必要，需借助力矩扳手加以紧固，避免压力过大。

五是优化工艺程序。对于连接点安装，须编制科学的技术规范。结合连接点过热的划分，建立工艺规程。关于故障率，液压显著地低于爆压线路金具。以陕西高压线路为例，在改用液压接续金具后，整个线路的故障率比之前下降不少。

六是检测措施。对于运行设备，现场人员要重点对接头进行检查，判断有无发热。有些连接点，以目测的方式即可判断。一旦连接点温度过高，其表面也会变得毫无光泽。导体部位的连接点，涂刷上去的色漆相比之前也会更深。

3.3 处理结果

经审批，决定对本线路实施停电消缺。输电班人员需要立即对线路进行检修，尤其是发热相中的所有跳线并沟线夹，都要逐一换新，以保证线夹拥有合格的导电性能。更换时，最好使用磨砂纸进行初步打磨，将表面的污垢予以消除。同时，涂抹适当的导电脂。#13杆A 相跳线并沟线启动后，我们看到有1个导线驳口，确定为安装遗留，与前述分析相符。处理方法均以分析数据为准。供电恢复后，输电人员重新利用红外成像测温技术对这两处设备进行检测，得知发热处并沟线夹后续的温度已基本恢复。

4 结语

输配电网作为用户、电力企业双方的沟通桥梁，其线路长时间暴露于野外，运行条件相对烦琐，线路老化，容易出现各类故障。如何对输配电线路发热故障进行识别、解决，这是摆在电力企业、运行人员面前的艰巨任务。因此，输配电线路发热现象的解决，须从设备、环境和施工等各个方面入手，排查线路故障隐患，确保输配电网的安全、长久运行，满足群众的用电需求。