摘要：为了确保110kV电力设备终端的安全运行，本文全面分析了110kV电力设备终端发热原因，对于已运行的110kV电力设备终端，采取2付铜铝过渡设备线夹位于电缆终端伸出端子两侧，以2～4付不锈钢螺栓紧固，并采用分岔式热缩管密封电力设备终端与接线端子的衔接部分，避免接触面氧化；对于新建110kV电力设备终端，采取1付铜铝过渡设备线夹与电力设备终端伸出端子以4付不锈钢螺栓紧固，并采用直筒式热缩管密封电力设备终端与接线端子的衔接部分，避免接触面氧化。
关键词：110kV；电力设备终端；电解铜箔；铜铝过渡设备线夹；分岔式热缩管；直筒式热缩管
0 引言
目前，110kV户外电力设备终端的伸出端子为铜质，与架空铝导线连接时，一般采用常规铜铝过渡设备线夹的连接方式，铜铝过渡设备线夹再与导线跳线连接。根据各地运行经验，经红外线测温，伸出端子与常规铜铝过渡设备线夹衔接处发热、发黑现象比较普遍，以致影响线路的正常运行。文献[1]第4.1.2条规定“电缆户外终端宜选用全干式预制型”。已公开文献介绍，主要是制造工艺、设计、施工环节存在问题。文献[2-7]介绍：一是线夹安装不到位，导致接触电阻过大；二是设计不合理，柔性的干式户外电缆终端未刚性固定，随风摇摆，伸出端子与铜铝过渡设备线夹衔接处不在一个平面上，出现缝隙，使接触电阻变大而发热；三是电缆终端下方没有施工平台，伸出端子与铜铝过渡设备线夹衔接处不在一个平面上，安装难度大，以致螺栓安装不紧，出现缝隙，接触面积小，使接触电阻变大而发热。措施是：电缆终端下方设安装平台，采用瓷护套避雷器刚性固定干式户外电缆终端。文献[8]介绍：通过支柱绝缘子刚性固定电力设备终端头，避免其内部应力锥破坏。
1 110kV电力设备终端发热原因分析
文献[9]对35kV及以下电力电缆压接型铜、铝接线端子做出了技术规定。至今，国家尚未出台110kV及以上电力电缆压接型铜、铝接线端子的技术规定。干式电缆终端头属于柔性材料，在风力作用下左右摆动损坏了内部应力锥，致使内部场强不均,进一步击穿绝缘层; 一直没有成熟的刚性固定干式电缆终端头的措施；扁脚型接线端子的接触面积不够。
目前，所有的110kV户外电力设备终端的伸出端子大多为扁脚铜质，设有两个预留固定孔，与之相连的是1付常规铜铝过渡设备线夹，常规铜铝过渡设备线夹再与导线跳线衔接，而导线跳线是与导线耐张串连接的；当导线耐张串随风摆动或随导线覆冰舞动，导线跳线和常规铜铝过渡设备线夹会受到摇曳力的作用；另外，导线跳线将架空导线的微风振动频率、能量传递到铜铝过渡设备线夹和干式电缆终端的伸出端子上，天长日久，连接螺栓的螺母将会发生松动，以至于常规铜铝过渡设备线夹和电力设备终端的伸出端子之间的接触面变小，接触电阻增大，进一步发热、氧化和发黑。
文献[10]第2.1.8条规定，母线与母线搭接面的处理应符合下列规定：1、铜与铜，室外高温且潮湿或对母线有腐蚀性气体的室内必须搪锡，在干燥的室内可直接连接；2、铝与铝，可直接连接；3、铜与铝，在干燥的室内，铜导体应搪锡，室外或空气相对湿度接近100%的室内，应采用铜铝过渡设备线夹，铜面应搪锡；4、封闭母线螺栓固定搭接面应镀银。目前，市场上的铜铝过渡设备线夹的铜面因市场竞争，为了压低成本，大多未搪锡，这也是造成电力设备伸出端子与常规铜铝过渡设备线夹衔接处发热、发黑现象的原因之一。
文献[11]中电缆连接金具截面宜为线芯截面的1.2～1.5倍，以下计算值未考虑镀锡因素和固定孔去掉的接触面。
表1：电缆型号与接触面积
表2：与电力设备终端匹配的铜铝过渡设备线夹接触面积
综合表1和表2，电力设备终端的架空侧接触面积明显大于匹配的铜铝过渡设备线夹接触面积，这是造成伸出端子发热、发黑现象的主要原因之一；由表2，SYG-300/40A、SYG-400/35A型铜铝过渡设备线夹的接触面积相同，明显有问题。因市场竞争，为了降低成本，市场上110kV户外电力设备终端的伸出端子设计尺寸偏小,个别厂家设计的单侧接触面甚至为90mm×50mm=4500mm2，这是造成伸出端子发热、发黑现象的原因之一。
铜导电膏（或电力复合脂）以超细铜粉和其他金属原子以及各种抗氧化、抗腐蚀等添加剂组成的膏状物质，是目前处理电力铜接头的接触面比较好的填充剂，但不能太厚，否则影响导电效果，并且膏状迟早干裂，寿命5～20年；导电膏的作用，俗称“三七开”，三份导电，七份防腐蚀、抗氧化。
铜在弱酸性雨水中会发生化学反应：2Cu+O2+4H+=2Cu2++2H20，此反应是原电池反应，阳极：Cu→Cu2++2e-，阴极：O2+4H+→2H20。铜铝过渡设备线夹在铜铝结合处存在电位差，在较大电流下易发热，而铜在发热条件下与空气中氧气发生反应，生成黑色氧化铜，这样干式电缆终端的伸出端子与铜铝过渡设备线夹之间接触面因黑色氧化铜而导致接触电阻增大，进一步发热。因此，隔绝空气中的氧气和增大接触面积是避免发热的关键。
2铜箔在铜板之间增强导电作用的研究
理论分析：两块铜板合在一起，不可能完全接触，因为表面光滑的铜板在显微镜下仍能观察到5～10um的凹凸点，现实运行的铜端子因表面氧化后的接触电阻、电流过大导致发热、发黑，需细砂纸打磨掉黑色氧化铜薄膜等化合物；打磨过程中，铜端子表面更加凹凸不平，不用显微镜观察，肉眼就可以看出来，导致实际接触面积大幅减少。铜箔的物理特性好，厚度可以做到18～135um，导电性能优于导电膏，工作温度可以达到260°C，将电解铜箔置于铜制输出端子和铜铝过渡设备线夹之间，螺栓压紧，铜箔一是可以部分填充凹凸不平的表面，从而增大了实际接触面积，二是避免氧气侵入，避免电缆铜端子和铜铝过渡设备线夹之间的氧化。铜箔厚度太薄，压紧后易碎，铜箔厚度太厚，压紧后不发生变形或变形很小，起不到填充铜板凸凹不平的缝隙。为了更好地说明铜箔增强导电的作用，假定上铜板和下铜板凹凸不平的形状与下铜板相同，并对称接触，如图1；当下铜板右移，上铜板和下铜板的接触点因铜箔而增多，如图2；铜箔在铜板之间增强导电作用的效果，需进一步实验。
图2：上铜板和下铜板移位接触
3 预防110kV全干式户外电缆终端发热的措施
已运行的110kV户外电力设备终端伸出端子运行后是无法更换的，为了彻底解决其伸出端子的设计尺寸偏小问题，可以在电缆终端伸出端子两侧各安装1付铜铝过渡设备线夹，成倍地增加衔接处的接触面积；再采用分岔式热缩管密封干式电缆终端与接线端子的衔接部分，避免接触面氧化,如图3，具体做法：2付分别带主跳线⑥、辅助跳线⑦的铜铝过渡设备线夹③和2片压延铜箔④，分别位于电缆终端伸出端子②的两侧，采用不锈钢螺栓⑧紧固，利用安普线夹⑨将主跳线⑥、辅助跳线⑦可靠电气连接，最后热缩分岔式热缩管⑤。经热缩管处理后，可不遵循GB149-90《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》第2.1.8条关于室外必须搪锡的规定。伸出端子应预留出裸露部分，便于红外线测温。
对于新的110kV户外电力设备终端，建议其伸出端子的设计尺寸分别为100mm×80mm、100mm×100mm和150mm×100mm，对应的电缆截面分别为630mm2、800mm2、1000mm2，电缆终端伸出端子1侧与1付铜铝过渡设备线夹之间设压延铜箔，4付不锈钢螺栓紧固后，采用直筒式热缩管密封干式电缆终端与接线端子的衔接部分,如图4，具体做法：1付带跳线⑤的铜铝过渡设备线夹③和1片压延铜箔④，分别位于电缆终端伸出端子②的一侧，采用不锈钢螺栓⑥紧固，最后热缩分岔式热缩管⑦。
图3：已运行干式电缆终端预防发热措施
图4：新建干式电缆终端预防发热措施
4 结论
110kV户外电力设备终端的伸出端子发热，除设计、安装环节存在问题外，与伸出端子和铜铝过度设备线夹的设计尺寸、接触面积不足密切相关，采用热缩管隔绝空气中的氧气和增大接触面积是避免发热的关键。对于已运行的110kV电力设备终端，采用2付铜铝过渡设备线夹紧固于电缆终端伸出端子两侧，成倍增大接触面积，是目前解决110kV户外电力设备终端的伸出端子发热的最有效措施之一。
参考文献：
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[10] GB149-90.电气装置安装工程母线装置施工及验收规范[S],1990.
[11] GB50168-2006.电缆线路施工及验收规范[S],2006.
作者简介：
1.王晓涵(1992—)，女，本科，研究方向为电气工程
2.金晓唐（1997-）男，本科，研究方向为电气工程；
3.李淏(2000—),男，中学生，业余爱好为电气设计；
4.王星涵(1992—)，男，本科，研究方向为电气工程；
5.王绍辉(1997-),男，本科，研究方向为电气工程；
论文作者:王晓涵1,金晓唐2,李淏3,王星涵4,王绍辉5,王
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
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