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摘要：特高压直流换流站的电力输送容量相对较大，电流、电压的级别较高，对相关电力设施间的连接接头阻抗控制值的要求也相对较高，倘若接头阻抗相对较高，在流入大电流的时候便会导致严重发热的现象。本文主要分析了特高压直流换流站当中接头产生发热现象的原因，并探讨了一系列预防接头发热的治理对策。
关键词：特高压；直流换流站；接头发热；原因；治理
1.引言
近年来，特高压直流换流站当中出现了多处接头发热的现象，造成其临时停运的数次得以增加，导致电网负荷受到限制，对于输电的可靠性产生了极为严重的影响。连接各电力设备间的接头作为为特高压直流换流站当中最为重要的一部分，接头的阻抗值是连接接头参数当中最为重要的一个，如果接头的阻抗值相对较大，通过大电流的时候必然会发生接头发热的现象。接头产生大量的热量，会造成连接接头的物理强度相应下降，当热量达到一定程度时便会使其产生熔化的现象，进而将其熔断，影响了电力系统的稳定安全运行。为将连接接头的阻抗值保持在有效的范围之内，做好接头阻抗值的控制工组尤为重要。
2.发热原因分析
2.1螺栓头和螺帽的大小设计不合理
电气触头当中的有效载流面积指的是充足压力作用下的电气触头导体的面积，螺帽表面的截面积以及螺帽作用于触头导体之处的面积均为有效的载流截面积。在使用寻常的螺栓对电气触头进行紧固的过程中，由于螺帽的外径较小，导致电气触头的有效载流截面积的大小无法满足相关要求；如果在螺帽下安装弹垫，相较于螺帽外径而言，弹垫的外径较小，在对其进行紧固的过程当中，螺帽所施加的作用力通常会作用于弹垫上，弹垫的受力侧面积即弹垫作用于平垫上的面积，实际直接着力于触头上的面积与弹垫受力侧的面积相等，即有效的电气触头载流面积，其有效的载流截面积相对更小，进而造成设备局部产生大量热量。
2.2接头或线夹的表面氧化
电气设备之间的连接接头通常使用螺栓进行连接，当连接接头由于流入电流的密度过大或者冬夏季节气候的变更等原由发生设备过热现象的时候，便会造成其发生膨胀，而铜与铝的膨胀系数相较钢而言较大，由于受到钢制垫圈的限制，母线接头不可任意发生膨胀；当由于母线电流的减小等原由致使温度发生下降的时候，相较于螺栓而言，母线的收缩较大，进而使压力降低，形成间隙，这个时候接触面的位置相互错开，接触压力得以下降，而接触电阻却相应加大。温度上升会造成母线接触面发生氧化，对原有的接头金属面直接接触造成破坏，形成氧化膜，进而造成接触电阻的增大。每次的温度循环都会致使接触电阻发生增大，进而造成二次循环时的热量得以提升，高温会使得接触发生更为巨大的恶化。此外，金属在空气当中均会发生氧化，进而造成氧化薄膜的形成。
2.3接触面不平整
在对电气设备连接接头材料的接触面进行加工的过程当中，不管怎样处理，从微观上而言，接触面的表面总是呈现不平整状态，所以接触面的吻合度也是不够的。当两个金属表面进行相互接触的时候，仅少部分凸出点进行了切实的接触，当中只是很少部分的准金属接触或者金属接触的斑点可以进行导电。当电流经过该些较小的导电斑点的时候，相关电流线势必会发生收缩的情况。由于电流线的收缩，致使通过导电斑点的电流路径得以加长，进而导致有效导电面积的缩小，其电阻也随之增加，进而造成接头发热的现象发生。如图1所示。
2.4设计原因导致载流密度超过规定值
从设计着手，尤其是在新型的螺栓、连接导线及接头截面等的载流密度的探究方面应当保持高度重视。相关厂家在对设备接头进行设计的过程当中，没有进行较为认真的核算，进而致使载流密度相较规定值较大，造成接触电阻的增大。相关电气设备接头的横截面积以及所运用螺栓、导线等在载流量方面都存在着相应的限制，倘若相关厂家没有对电磁场与核算体系进行详细的分析，经过长时间的大电流、高电压运行，很快便会造成电力设备的大面积发热。
图2 接触电阻和接触压力的关系曲线
3.特高压直流换流站接头发热治理
3.1 设备接头力矩检查
依照国家相关标准，相关母线的接触面应当保持紧密连接的状态，在对螺栓进行连接的过程当中，应当运用力矩扳手对其加以紧固。其中4.8级钢制螺栓的紧固力矩值应当与相关规定相符（如表1）；而对于4.8级以上的钢制螺栓的紧固力矩值应当与相关设计以及相关厂家规定相符，在发生停电的过程当中，相关运维工人应当对接头的接触电阻与力矩值展开相应的检测工作，确保发热接头的接触电阻与力矩值与相关要求相符。在平抗接头上对防止松动的螺栓的使用，能够使由于力矩不符合相关要求而产生的接头发热现象的发生率得以大大降低，4.8级钢制螺栓的紧固力矩值如表1所示。
表1 钢制螺栓的紧固力矩值
注：I 为回路工作电流。
3.3 控制设备接头的镀层材质
相关规范如下：封闭式母线螺栓固定的搭接面上应当镀上一层银；钢和铝或者铜，钢搭接面一定要进行热镀锌或者是搪锡，铜端应当进行搪锡；铜和铝处于的室内较为干燥时，铜导体应当进行搪锡处理；在户外或者是空气湿度逼近100%的室内，应当使用铜铝过渡板，其铜端应当进行搪锡处理；铝铝之间可以直接进行连接；铜和铜在户外、温度高且空气潮湿的地区或具有能腐蚀母线的气体的室内，一定要进行搪锡处理。而在在空气较为干燥的室内无须对其进行任何处理。在对电气设备接头的镀层材质进行检测的过程当中，应当严格遵照以上规范进行，对此，应当加大相关规范的宣传力度，使相关工作人员能够较好地掌握相关规范，从而降低由于镀层材质的问题而导致的接头发热的发生率。
3.4 精细处理接触面
将接头拆卸下来，对其接触面进行详细的检查，看其是否呈平整状态，是否存在毛刺变形的现象，导电膏有无干硬，镀层是不是完好且不存在氧化现象。若接触面残留有导电膏，可以使用150目细砂纸将其去除；使用无水酒精对接触面两侧的污渍进行清洁；另外，利用塞尺与刀口尺对接触面的平面度进行测量，从而确保其与相关图纸技术要求相符，若与相关标准不符，应当使用细砂纸对木块进行包裹，并使用该木块对其进行重新的研磨并测量。
3.5 均衡牢固复装
导电膏的涂抹过的接头的连接时间应控制在5分钟以内。在进行复装的过程中，对弹垫、螺栓进行相应更换的同时，还应当检查铝接头有无加装过渡片。按照相关要求使用力矩扳手对螺栓进行紧固以及对力矩进行拧紧，在上紧螺栓的过程当中，应当先进行对角预紧、之后再进行拧紧，确保接线板的受力保持均衡，并进行标记。
4.结语
综上所述，伴随着特高压直流输电的不断发展，一旦特高压直流换流站设备电路接触部位产生较大热量，便会造成非常大的危害，更甚于造成直流闭锁的现象或一次设备发生毁坏的现象，进而对特高压直流的稳定安全运转造成极为严重的影响。所以，对于接头产生热量这一问题，应当采用相应的防范措施对其进行及时地解决，从解决问题或设备安装的根源上采取相应的对策，进而使检修与施工的质量得以提升，降低接头发热现象的发生率。
参考文献：
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[3]王峰.变电设备接头发热的分析及预防[J].宁夏电力，2009（5）：26-27，57.
作者简介：
胡舟（1985.10-），男，汉族，本科，电力工程师，主要研究方向特高压直流运行维护。
论文作者:胡舟
论文发表刊物:《河南电力》2018年18期
论文发表时间:2019/3/14
标签：螺栓论文; 接触面论文; 力矩论文; 电流论文; 现象论文; 发生论文; 母线论文; 《河南电力》2018年18期论文;