汪 恒, 魏 震, 王群锋, 柴 源

(国网河南直流中心, 郑州 450000)

线夹作为架空输电线路的重要组成部分,应用广泛,用量颇大,其运行状态关系着输电线路的电能输送容量、质量。线夹长期裸露运行在外界环境之中[1-7],导线的风偏舞动、线夹运行时的热胀冷缩、接触表面的氧化腐蚀等都会引起线夹与导线之间的实际接触面积减小,导致接触电阻变大,在流过大电流时引起线夹发热。在电流大小不变的情况下,线夹发热不具有自恢复性,且具有极端发展性,若不能得到及时、有效的治理,持续发热会导致线夹、导线烧坏甚至断线的现象,甚至威胁人身、电网、设备的安全。

目前,对于线夹发热机理和线夹温升影响因素的研究较多,文献[8-12]通过有限元仿真计算分析了电流大小、螺栓力矩、接触面接触系数等对线夹温度场分布的影响;文献[13-17]基于试验分析了螺栓应力、接触面接触系数对线夹温升的影响。但是对于线夹发热处理措施的研究较少,现今的线夹发热隐患治理方法多为打磨引流板之间接触面,涂抹导电脂,对于压接线夹压接管与导线之间松动引起的线夹发热采取拆除发热线夹,更换新线夹的方法。然而更换新线夹需要将与原线夹压接部分的导线剪除,并重新压接,导线长度会缩短,这样会改变原设计导线的受力状态,不利于线路安全稳定运行。此外,更换新线夹工序相对复杂,工期较长,不利于能量利用率的提高。

本工作基于灵宝换流站换流变压器间隔引线3332A相线夹发热缺陷,通过数值仿真计算分析了线夹发热原因,并提出一种导流线夹发热隐患治理的方法,经实际应用证明,此方法实际可行,对线夹发热隐患治理具有较大应用参考价值。

灵宝换流站在进行全站一次设备红外测温时发现020B换流变压器间隔引线3332A相线夹(L型压接线夹)压接管部位发热,发热部位温度高达61.5 ℃,对比相B、C两相温度分别为15.0,15.3 ℃,此时流过该线夹的电流为601.2 A,室外环境温度为8.7 ℃,风速为4 m·s-1。线夹发热隐患处理前红外测温图谱见图1。

图1 线夹发热隐患处理前A、B、C相红外测温图谱

根据相对温差计算公式[18-19]计算可得三相之间相对温差:

式中:δt为相对温差,℃;T1为发热点温度,℃;T2为对比点温度,℃;T0为环境温度,℃。

计算结果见表1。

表1 发热隐患处理前三相线夹相对温差与绝对温差

由表1可知:发热隐患处理前,A相与对比相B、C两相之间相对温差均超过80%,A相线夹发热缺陷达到严重缺陷类型,须尽快消除缺陷[20]。

由红外测温图谱可知,发热部位在压接管处,初步认为该发热隐患为压接管与钢芯铝绞线之间压接松动,接触电阻增大,最终导致线夹发热。基于有限元法,对上述发热缺陷进行仿真计算,并与实测值进行对比分析。

2.1 线夹发热仿真计算模型

线夹结构参数见表2。

表2 线夹结构参数 mm

根据表2所示的线夹结构、尺寸建立线夹温度场有限元仿真计算模型,其仿真计算模型见图2。

图2 线夹温度场仿真计算模型

2.2 线夹发热仿真计算结果及与实测值比较

停电后对回路电阻进行测量,测得回路电阻为587 μΩ,根据回路电阻和负荷大小计算线夹热生成率,作为仿真模型激励源,模型发热功率设置为220 W,线夹及钢芯铝绞线热导率为238 W·(m·K)-1,风速为4 m·s-1,外界环境温度为8.7 ℃。线夹温度场分布数值计算结果云图见图3。

图3 线夹发热隐患处理前温度场仿真计算结果

由图3可知,压接管部分最高温度为59.7 ℃,实际测量为61.5 ℃,仿真计算与实际测量结果误差见表3。

表3 线夹发热温度实测值与仿真计算值结果对比

由图1(a)、图3、表3可以看出,当通过电流为601.2 A时,实测线夹温度和数值仿真计算的线夹温度场分布趋势相同且温度的最大值吻合。实测和仿真计算最大值之间存在一定误差,原因如下:线夹温度场的分布是内部因素和外部因素共同作用的结果,内部因素包括负荷电流、回路电阻等,外部因素包括风速、光照以及环境温度等,且需要有时间积累过程,仿真计算中风速、环境温度和负荷电流大小均设置为定值,实际中这些因素均在不断变动,因此,仿真与实测之间存在差异。数值仿真计算值与实测值存在差异并非仿真计算无意义,仿真计算旨在分析线夹的发热机理。

3.1 线夹发热隐患处理方法

经过测量回路电阻和对线夹温度场的仿真计算,得出线夹发热是压接管与钢芯铝绞线之间压接接触不良和接触电阻过大所致。为减少停电时间,提高能量的可用率,在不拆除原发热线夹的情况下,于原发热压接线夹背面加装一个螺栓,连接引流线夹,背靠背线夹机械结构示意图见图4。

图4 背靠背线夹机械结构示意图

此时新安装螺栓的连接线夹与原线夹在机械上呈背靠背连接结构,在电气上形成并联连接结构,背靠背线夹电气连接示意图见图5。

图5中I为流过此线路电流,R1、R2为螺栓连接线夹、压接线夹回路电阻,I1、I2为通过螺栓连接线夹、压接线夹电流,根据并联电路电流之比与电阻之比成反比(I1/I2=R2/R1),此时电流主要通过新安装螺栓连接线夹,即I1远远大于I2,由欧姆定律可知,

图5 背靠背线夹电气连接示意图

此时原发热线夹发热量大幅降低,线夹发热隐患得到治理。

3.2 线夹发热隐患处理方法的应用

停电检修期间,采用上述方法对该发热线夹进行处理,加装螺栓连接线夹之后再次对回路电阻进行测量,测量值为7.7 μΩ,小于20 μΩ,满足交流场回路电阻要求。

在室外环境温度为-0.5 ℃,风速为5 m·s-1时,根据红外测温要求,通电24 h后,对线夹进行红外测温,测得A、B、C三相线夹温度分别为5.8,5.2,4.5 ℃。线夹发热隐患处理后红外测温图谱见图6。

图6 线夹发热隐患处理后A、B、C相的红外测温图谱

根据式(1)计算可得三相之间的相对温差及绝对温差见表4。

表4 发热隐患处理后三相线夹相对温差与绝对温差

由表4可知:修复后,A相线夹温升正常,与B、C两相线夹的相对温差均小于35%,在要求范围内,3332A相线夹发热缺陷消除。

本工作采用所述线夹发热隐患治理方法对灵宝站3332A相线夹进行处理,线夹回路电阻测量结果和通电24 h后线夹红外测温结果均满足要求,证明此方法实际可行。

本工作提出的解决输电线路线夹发热隐患的方法,无须拆除原发热线夹,安装简单、可靠,易于实施,在很大程度上实现减少工作量和缩短工期,节约了成本,有利于提高能量可用率。

此次灵宝站3332A相线夹发热为压接管部分与钢芯铝绞线接触不良,接触电阻过大所致。建议改善压接工艺,从根本上预防压接线夹发热隐患,同时需要定期对通流线夹进行红外测温和回路电阻测量,做到隐患早发现、早分析、早治理。

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