一起500kV導(dǎo)線線夾過(guò)熱缺陷案例分析

王江波 周鴻鈴 李光茂 喬勝亞 楊 森

一起500kV導(dǎo)線線夾過(guò)熱缺陷案例分析

王江波1周鴻鈴2李光茂2喬勝亞2楊 森2

（1. 深圳供電局，深圳 518001；2. 廣州供電局，廣州 510410）

線夾作為導(dǎo)線連接的重要部件，在電力系統(tǒng)架空線路中被廣泛使用，因?qū)Ь€斷股、螺栓松動(dòng)接觸不良等導(dǎo)致的線夾過(guò)熱現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。本文對(duì)一起變電站500kV主變變高開(kāi)關(guān)上方引下線線夾異常發(fā)熱的緊急缺陷案例進(jìn)行分析，開(kāi)展直流電阻試驗(yàn)、大電流溫升試驗(yàn)、滑移試驗(yàn)、單線拉斷力試驗(yàn)及解體檢查，最終確定線夾過(guò)熱原因?yàn)楣潭菟ㄔ谕哆\(yùn)時(shí)的緊固力矩不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，墊片配置數(shù)量不統(tǒng)一，長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中導(dǎo)線受力導(dǎo)致線夾螺栓松動(dòng)，致使線夾端部更易受潮腐蝕并進(jìn)一步加劇接觸不良，從而導(dǎo)致接觸電阻增大，以及滑移試驗(yàn)與拉斷力試驗(yàn)不符合要求。最后，提出對(duì)該批次導(dǎo)線加強(qiáng)紅外監(jiān)測(cè)的針對(duì)性運(yùn)維策略。

線夾過(guò)熱；導(dǎo)線斷股；解體檢查

0 引言

架空輸電導(dǎo)線作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，其運(yùn)行安全穩(wěn)定性直接影響供電可靠性[1-3]。線夾作為輸電線路的重要組成部件，不僅要承受電載荷，還要承受導(dǎo)線的張力[4-7]。在實(shí)際運(yùn)行中，由于固定螺栓力矩不足、微風(fēng)振動(dòng)、機(jī)械負(fù)荷、腐蝕等因素，可能導(dǎo)致線夾固定連接處螺栓松動(dòng)、導(dǎo)線斷股、散股，進(jìn)而導(dǎo)致接觸電阻過(guò)大，在電流作用下易使導(dǎo)線及與其相連的固定線夾發(fā)熱[8-14]。如果未及時(shí)處理，不僅會(huì)影響導(dǎo)線的載流能力，長(zhǎng)期過(guò)熱還可能損壞線夾，加劇導(dǎo)線斷股風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致導(dǎo)線斷線，造成線路故障[15-18]。

本文對(duì)一起變電站500kV主變變高開(kāi)關(guān)上方引下線線夾異常發(fā)熱缺陷案例進(jìn)行分析，結(jié)合直流電阻試驗(yàn)、大電流溫升試驗(yàn)、滑移試驗(yàn)、單線拉斷力試驗(yàn)及解體檢查，找到線夾過(guò)熱原因并采取相應(yīng)運(yùn)維措施。

1 案例背景

運(yùn)維人員在對(duì)某500kV變電站進(jìn)行紅外測(cè)溫巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)，某主變變高開(kāi)關(guān)A相上方T接線夾異常發(fā)熱，最高溫度為260℃，B相和C相相同位置溫度為29℃，環(huán)境溫度為22℃。紅外測(cè)溫圖片如圖1所示。

圖1 紅外測(cè)溫圖片

根據(jù)DL/T664—2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》，接頭和線夾位置熱點(diǎn)溫度大于130℃屬于緊急缺陷。該導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GKK—587，其額定載流量為1 204.67A，缺陷發(fā)現(xiàn)時(shí)電流為499A，負(fù)荷率為41%，已運(yùn)行28年。查閱過(guò)往歷史缺陷信息，該導(dǎo)線近3個(gè)月內(nèi)電流未超出額定載流量，且未出現(xiàn)短路電流等。

圖2 導(dǎo)線及線夾示意圖

圖3 導(dǎo)線斷股、發(fā)黑

2 檢查試驗(yàn)

為找到線夾過(guò)熱原因，對(duì)過(guò)熱導(dǎo)線及線夾開(kāi)展直流電阻試驗(yàn)、螺栓力矩檢查、大電流溫升試驗(yàn)、滑移試驗(yàn)、單線拉斷力試驗(yàn)和解體檢查。

2.1 直流電阻試驗(yàn)

對(duì)二分裂導(dǎo)線進(jìn)行拆解，并對(duì)拆解后的兩條導(dǎo)線及導(dǎo)線接頭進(jìn)行標(biāo)記，其中1號(hào)導(dǎo)線為過(guò)熱缺陷導(dǎo)線，1.2號(hào)線夾附近發(fā)生斷股，2號(hào)導(dǎo)線為對(duì)照導(dǎo)線。導(dǎo)線示意圖如圖4所示，過(guò)熱導(dǎo)線與對(duì)照導(dǎo)線共4個(gè)線夾，分別命名如下：正常端1.1號(hào)線夾，發(fā)熱端1.2號(hào)線夾；正常端2.1、2.2號(hào)線夾，并將1.1、2.1號(hào)線夾統(tǒng)稱(chēng)為1側(cè)線夾，同理1.2、2.2號(hào)線夾統(tǒng)稱(chēng)為2側(cè)線夾。分段進(jìn)行直流電阻測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。

圖4 導(dǎo)線示意圖

表1 直流電阻測(cè)試結(jié)果 單位: mW

表1中：1號(hào)導(dǎo)線0～4m、5～6m段，2號(hào)導(dǎo)線0～7m段的直流電阻均小于廠家規(guī)定的0.051 4W/km；1號(hào)導(dǎo)線4～5m段直流電阻略超廠家規(guī)定值；1號(hào)導(dǎo)線6～7m段的直流電阻為0.061 4W/km，結(jié)果不合格，主要原因?yàn)樵撎帪閷?dǎo)線外層斷股位置，且斷線6股。

線夾與導(dǎo)線直流電阻對(duì)比見(jiàn)表2。參照GB/T 2317.3—2008《電力金具試驗(yàn)方法 第3部分：熱循環(huán)試驗(yàn)》要求：對(duì)于非壓縮型金具，如果其電阻值不大于與金具等長(zhǎng)的參照導(dǎo)線電阻值的1.1倍，則試驗(yàn)通過(guò)。表2中：1.1號(hào)與2.1號(hào)線夾直流電阻均滿足不大于1.1倍線夾長(zhǎng)度參照導(dǎo)線的直流電阻的要求；1.2號(hào)與2.2號(hào)線夾的直流電阻過(guò)大，不滿足要求。從外觀檢查，1.2號(hào)、2.2號(hào)線夾與1.1號(hào)、2.1號(hào)線夾相比，螺栓力矩和緊固形式存在差異。

表2 線夾與導(dǎo)線直流電阻對(duì)比 單位: mW

采用敲擊模擬振動(dòng)，對(duì)線夾進(jìn)行直流電阻測(cè)試。多次敲擊后的線夾直流電阻見(jiàn)表3。表3中：與未敲擊時(shí)相比，敲擊后的直流電阻測(cè)試結(jié)果不穩(wěn)定，且數(shù)值偏差最大超過(guò)5倍。造成上述結(jié)果的原因可能是螺釘較為松動(dòng)，力矩不足，造成直流電阻分散性大。

表3 多次敲擊后的線夾直流電阻 單位: mW

2.2 力矩試驗(yàn)

對(duì)1、2號(hào)導(dǎo)線線夾處螺栓進(jìn)行力矩測(cè)試，發(fā)現(xiàn)1.1號(hào)和2.1號(hào)線夾側(cè)6個(gè)螺栓力矩均在40～45N?m之間，而1.2號(hào)和2.2號(hào)線夾側(cè)6個(gè)螺栓力矩均小于20N?m，說(shuō)明導(dǎo)線的1.2號(hào)和2.2號(hào)線夾側(cè)螺栓存在松動(dòng)情況。

由表3和表4可知，7個(gè)螢石試樣中全鈣的測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)樣品認(rèn)定值或標(biāo)準(zhǔn)方法GB/T 5195.1—2006測(cè)定值相符，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD，n=5)在0.11%～0.23%之間；7個(gè)螢石試樣中碳酸鈣的測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)樣品認(rèn)定值或標(biāo)準(zhǔn)方法GB/T 5195.2—2006測(cè)定值相符，碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于0.30%的試樣，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD，n=5)在4.9%～7.6%之間，碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.30%的試樣，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD，n=5)在12.6%～28.1%之間。由表5可知，本方法測(cè)定的氟化鈣含量與認(rèn)定值或上述兩種標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定后計(jì)算所得值基本相符，相對(duì)誤差不大于0.40%。

根據(jù)螺紋緊固標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)于M12螺桿，強(qiáng)度級(jí)為4.6級(jí)時(shí)，擰緊力矩標(biāo)準(zhǔn)要求為36～45N?m，強(qiáng)度級(jí)為5.6級(jí)時(shí)，擰緊力矩標(biāo)準(zhǔn)要求為45～55N?m，而本文線夾螺桿強(qiáng)度級(jí)為4.8級(jí)，其擰緊力矩標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)在4.6級(jí)和5.6級(jí)之間，取40～45N?m作為其正常緊固力矩，即1.2號(hào)、2.2號(hào)線夾螺栓力矩均不滿足要求。

2.3 大電流溫升試驗(yàn)

依據(jù)GB/T 2317.3—2008《電力金具試驗(yàn)方法第3部分：熱循環(huán)試驗(yàn)》進(jìn)行大電流溫升試驗(yàn)，將導(dǎo)線首尾相連形成閉合回路，導(dǎo)線穿過(guò)升流器線圈，利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生回路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)控制調(diào)壓器來(lái)調(diào)整試驗(yàn)回路電流，采用熱電偶與紅外測(cè)溫相結(jié)合的方式進(jìn)行測(cè)溫。

分別向1、2號(hào)導(dǎo)線施加400A、600A、800A、1 000A電流，監(jiān)測(cè)導(dǎo)線溫度變化曲線，直到溫度達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定且1h內(nèi)變化小于1℃時(shí)，記錄穩(wěn)態(tài)溫度。將發(fā)熱端1.2號(hào)、2.2號(hào)線夾處螺栓力矩調(diào)整至40N?m，重復(fù)進(jìn)行溫升試驗(yàn)。此時(shí)，環(huán)境溫度為23℃，相對(duì)濕度為42%。溫升試驗(yàn)及測(cè)點(diǎn)示意圖如圖5所示，測(cè)溫位置1、2、3、4分別代表：斷股位置2側(cè)線夾外部與導(dǎo)線接觸處、1側(cè)線夾表面位置、2側(cè)線夾內(nèi)部與導(dǎo)線端部連接位置、導(dǎo)線中部正常位置。1 000A電流下1號(hào)導(dǎo)線位置3紅外測(cè)溫圖片如圖6所示，1、2號(hào)導(dǎo)線線夾施加40N?m力矩前后的溫度曲線分別如圖7、圖8所示。

圖5 溫升試驗(yàn)及測(cè)點(diǎn)示意圖

圖6 1 000A電流下1號(hào)導(dǎo)線位置3紅外測(cè)溫圖片

圖7 1號(hào)導(dǎo)線線夾施加40N?m力矩前后溫度曲線

圖6中，通過(guò)計(jì)算可以得到電流為500A時(shí)，熱點(diǎn)溫度約為342℃，而缺陷現(xiàn)場(chǎng)相同電流下測(cè)試溫度為260℃，模擬試驗(yàn)溫度高于缺陷現(xiàn)場(chǎng)溫度，主要原因?yàn)槿毕莠F(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)線高度較高，受測(cè)溫角度及現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速等環(huán)境因素影響，導(dǎo)致溫度低于試驗(yàn)值。

在1 000A電流下，位置3處有明顯發(fā)熱，熱點(diǎn)達(dá)到344℃。圖7和圖8表明，力矩加至40N?m后1、2號(hào)導(dǎo)線各位置溫度下降。熱點(diǎn)位于導(dǎo)線頭深入線夾內(nèi)部位置，即位置3處。位置1處溫度低于線夾內(nèi)導(dǎo)線端頭部溫度。施加力矩前，2號(hào)導(dǎo)線在600A電流下的熱點(diǎn)溫度超過(guò)350℃，800A電流下的熱點(diǎn)溫度超過(guò)450℃，在1 000A電流下的熱點(diǎn)溫度超過(guò)600℃。

對(duì)1號(hào)導(dǎo)線施加力矩前，在電流達(dá)到800A后，隨著電流增大，熱點(diǎn)、線夾表面等溫度反而降低，主要原因?yàn)闇囟壬撸瑢?dǎo)線受熱膨脹，使接觸條件改善，接觸電阻降低，熱損耗也降低，從而溫度降低。

將1、2號(hào)導(dǎo)線線夾施加40N?m力矩前后位置1、位置2、位置3溫度進(jìn)行對(duì)比，如圖9所示。

從圖9可以看出，2.1號(hào)、2.2號(hào)線夾處增大螺栓力矩至40N?m后，位置1、位置2、位置3處溫度均明顯下降；同時(shí)，在力矩增大后，2號(hào)導(dǎo)線位置3在600～1 000A電流下的發(fā)熱溫度仍在150～230℃左右，超過(guò)DL/T 664—2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》對(duì)接頭和線夾的熱點(diǎn)溫度要求：熱點(diǎn)溫度超過(guò)130℃時(shí)屬于緊急缺陷，即力矩增加到標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，2.2號(hào)線夾的緊固方式仍然存在發(fā)熱風(fēng)險(xiǎn)。2號(hào)導(dǎo)線內(nèi)部或線夾連接處可能存在其他接觸不良情況。

圖9 1、2號(hào)導(dǎo)線溫升試驗(yàn)對(duì)比

圖9（a）～圖9（c）中，在線夾處增大螺栓力矩至40N?m后，在400～800A電流下，相同位置處1號(hào)導(dǎo)線溫度的變化值明顯大于2號(hào)導(dǎo)線。在電流為1 000A時(shí)，1號(hào)導(dǎo)線溫度反而降低，結(jié)合1.2號(hào)線夾明顯有斷股，說(shuō)明導(dǎo)線斷股不是線夾發(fā)熱的主要原因，螺栓接觸不良是導(dǎo)線發(fā)熱的主要原因。導(dǎo)線斷股是由線夾內(nèi)導(dǎo)線端部發(fā)熱引起，并在受力和長(zhǎng)期運(yùn)行腐蝕條件下綜合導(dǎo)致。

2.4 滑移試驗(yàn)

導(dǎo)線額定拉斷力為152kN，根據(jù)GB/T 2317.1—2008《電力金具試驗(yàn)方法》，對(duì)于接觸金具，施加載荷至152kN×5%，在導(dǎo)線上作一個(gè)檢測(cè)金具相對(duì)位移的標(biāo)記；施加載荷至152kN×10%，保持60s，若導(dǎo)線與金具間無(wú)相對(duì)滑移，且導(dǎo)線與金具無(wú)損傷，則結(jié)果合格。現(xiàn)場(chǎng)分別在螺栓施加20N?m、40N?m力矩情況下開(kāi)展滑移試驗(yàn)，結(jié)果如圖10所示。

圖10 線夾施加不同力矩下的滑移試驗(yàn)結(jié)果

圖10表明，力矩降為20N·m時(shí)，1.2號(hào)線夾在11.8kN時(shí)出現(xiàn)滑移，而2.2號(hào)線夾加載荷至15.2kN后，保持過(guò)程中出現(xiàn)滑移，因此施加力矩20N·m時(shí)，滑移試驗(yàn)不符合要求。在力矩為40N·m時(shí)，未見(jiàn)滑移且導(dǎo)線與線夾未出現(xiàn)損傷，滑移試驗(yàn)合格。

2.5 拉斷力試驗(yàn)

分別在樣品熔斷位置和未發(fā)生熔斷位置各隨機(jī)選取3根鋁芯、3根鋼芯共12根進(jìn)行單線拉斷力試驗(yàn)，單線抗拉強(qiáng)度見(jiàn)表4。

表4 單線抗拉強(qiáng)度 單位: MPa

表4中，熔斷位置鋼芯單線的抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果低于全部等級(jí)，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求；未發(fā)生熔斷位置滿足2級(jí)抗拉標(biāo)準(zhǔn)，即抗拉強(qiáng)度最小值為1 410MPa。而鋁芯單線抗拉強(qiáng)度均小于等于170MPa，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

單線拉斷力試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，導(dǎo)線因運(yùn)行老化原因?qū)е聠尉€拉斷力不合格，導(dǎo)線整體抗拉強(qiáng)度下降，在線夾接觸不良局部過(guò)熱、環(huán)境腐蝕等綜合因素下存在斷股風(fēng)險(xiǎn)。

3 解體檢查

對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行解體檢查，現(xiàn)場(chǎng)解體如圖11所示，主要發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：

1）圖11（a）、圖11（b）中，1、2號(hào)導(dǎo)線線夾使用墊片數(shù)量不一致。1.1號(hào)和2.1號(hào)線夾墊片數(shù)量一致，均為5個(gè)墊片，無(wú)彈簧墊圈。1.2號(hào)和2.2號(hào)線夾的墊片與彈簧墊圈數(shù)量總和均不超過(guò)3個(gè)，且彈簧墊圈已被壓平失去彈力。

2）圖11（c）中，在1.2號(hào)線夾內(nèi)部有斷線10股，以及較多的粉末碎屑，斷股位置存在明顯燒黑融化痕跡。在2.2號(hào)線夾處有一根斷線，1.1號(hào)、2.1號(hào)線夾處無(wú)斷線。對(duì)于四處線夾，1.2號(hào)、2.2號(hào)線夾的螺栓生銹情況比較嚴(yán)重，金屬軟管及金屬軟管內(nèi)側(cè)密封頭和線夾內(nèi)表面銹蝕嚴(yán)重。

圖11 現(xiàn)場(chǎng)解體

4 結(jié)論

本文通過(guò)直流電阻測(cè)試、螺栓力矩檢查、大電流溫升試驗(yàn)、滑移試驗(yàn)、單線拉斷力試驗(yàn)和解體檢查，主要得到以下結(jié)論：

1）1.2號(hào)、2.2號(hào)線夾直流電阻過(guò)大，對(duì)應(yīng)位置螺栓力矩不滿足要求。通過(guò)溫升試驗(yàn)，熱點(diǎn)位于線夾內(nèi)部位置，且斷股位置溫度低于線夾內(nèi)導(dǎo)線端部溫度，力學(xué)滑移試驗(yàn)和單線拉斷力試驗(yàn)不滿足國(guó)標(biāo)要求。

2）線夾過(guò)熱原因?yàn)榫o固螺栓在投運(yùn)時(shí)力矩不足，且螺栓墊片、彈簧墊圈配置數(shù)量不統(tǒng)一，長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中線夾內(nèi)導(dǎo)線端部潮濕腐蝕及線夾長(zhǎng)期受力導(dǎo)致螺栓松動(dòng)，致使直流電阻增大，最終引起異常發(fā)熱。

針對(duì)本次導(dǎo)線發(fā)熱缺陷，提出以下建議：

1）對(duì)該站同型號(hào)同位置導(dǎo)線和線夾在適當(dāng)時(shí)間進(jìn)行停電檢查，確認(rèn)同型號(hào)導(dǎo)線是否存在批次問(wèn)題，然后決定是否進(jìn)行整體更換。

2）對(duì)該批次導(dǎo)線加強(qiáng)紅外測(cè)溫和運(yùn)維巡視。

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A case analysis of 500kV wire clamp overheating defect

WANG Jiangbo1ZHOU Hongling2LI Guangmao2QIAO Shengya2YANG Sen2

(1. Shenzhen Power Supply Bureau, Shenzhen 518001; 2. Guangzhou Power Supply Bureau, Guangzhou 510410)

As an important part of the wire connection, the clamp is widely used in the overhead lines of the power system. Due to the broken strand of the wire and the loose contact of the bolt, the overheating of the clamp occurs from time to time. In this paper, an emergency defect case of abnormal heating of the down-lead clamp above the high voltage side disconnector of 500kV main transformer in substation is analyzed. The DC resistance test, high current temperature rise test, slip test, single line tensile force test and disassembly inspection are carried out. The reason of overheating is that the fastening torque of the fixed bolt does not meet the standard when it is put into operation, and the number of gaskets is not uniform. During the long-term operation, the wire force causes the clamp bolt to loosen, which makes the end of the clamp more prone to wet corrosion and further aggravates the poor contact, resulting in an increase in contact resistance, and the slip test and the tensile force test do not meet the requirements. At last, a targeted operation and maintenance strategy for strengthening infrared monitoring of this batch of wire is proposed.

clamp overheating; wire strand break; disassembly inspection

2023-11-02

2024-01-01

王江波（1985—），男，河南省洛陽(yáng)市人，本科，工程師，長(zhǎng)期從事配電運(yùn)行管理工作。