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【摘要】随着设备技术革新，输变电设备的质量和性能有了很大的提高，且用户对供电可靠性的要求也越来越高，对输变电设备产生故障原因的分析及处理，有助于提高电网安全可靠运行。
【关键词】输变电设备；原因分析；诊断与防范；载流元件
【中图分类号】V351.31 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）09-0205-02
前言
随着我电网建设步伐不断加快，电力网电容量的增大，供电企业电力设备故障给人们的生产和现代生活所带来的影响越来越大，为确保输变电设备安全可靠运行，对系统的稳定经济运行也提出了越来越高的要求，而保证系统的经济性和稳定性的一个强有力措施就是在提高电力设备使用率的及正常运行，即提高设备的可靠性。输变电设备连接头发热是目前存在的普遍性问题，尤其是电力系统在高温、大负荷运行期间，“接触不良过热”导致的严重缺陷、危急缺陷频频造成设备停运处缺，电网安全稳定运行受到威胁、供电可靠性难以保障。
1、载流元件接头发热部位
载流元件接头发热经常出现的部位：隔離刀闸动静触头问；一次设备与引线接头处；引线问连接处。
2、导致载流元件接头发热的原因分析
从载流元件接头红外测温图可以清晰看到，出现较高温度的部位在负荷电流经过的接头处，通常叫做“接触不良发热”，之所以出现高于正常结构部件的温度，根据焦耳一楞次定律：物体发热量Q与下列公式有关，Q=0.24I2Rt（卡），其中参数I（A）为流过物体的电流；R（Q）为接触处电阻；t（s）为时间。通常，连接处流过的电流应小于或等于设备的额定值，除非系统出现异常情况；正常情况下，接头处电阻应等于或小于同等截面的导体电阻，而接触电阻增大与接头处接触不良、接触面积不足密切相关，是引起连接处发热的主要原因。
2.1 接触面材质或异物导致接头发热
接触不良与刀闸动静触头压力、不同材料（如铜铝板结合面）、压紧力不够、结合面有异物、材质不良等有关。
如某供电公司2008年6月22日下午，变电部专业人员根据值班人员的反映情况，对某地变设备进行红外热像仪跟踪测温，发现110KV线01开关c相TA两侧接线板固定螺栓处温度进一步增加，高达220～C，同时，该处10旁路开关c、B相TA靠刀闸侧温度也接近100～C。当晚将该地变110KV2号母线停电，对01开关及2号母线静触头进行紧急检查处理；通过停电检查发现缺陷的具体情况为：
①01开关TA接线板处发热及柏112刀闸c相管母静触头与导线圈两侧接点处温度过高，是因为设备出厂时防止导电部位氧化的保护膜在安装时未拆除，导致接触面接触不良，引起设备温度过高。
②在静触头分解处理中，发现导线下夹件与静触头板面问有炭化的纸质保护膜，呈灰白色的粉末状，均匀分布在接触面之间。触头表面均匀分布点状放电痕迹，接触面之间氧化严重，形成较硬的氧化层。
③电流互感器接头处理过程中发现夹件板面问有炭化的纸质保护膜，呈灰白色的粉末状，均匀分布在接触面之间。
接触不良引起发热的原因分析如下：静触头出厂时，为防止接触面氧化，在各导电面涂有中性凡士林，并用薄纸覆盖，防止污染接触面。覆盖纸张为绝缘材质、小于夹件接触面积，且在安装过程中导线下夹件不用拆卸，就可直接安装导线，外观检查不易发现纸张的存在。由于接触面问的纸张存在，而纸张面积小于夹件面积，当负荷增大时，载流面积明显不足，接触电阻较大，使两接触面问放电，加重铝板的氧化造成了接点电阻的进一步增大，是造成接点发热的主要原因。由于夹件发热，导致固定螺栓高温过热，弹簧垫圈失去弹性，螺栓松动，压紧力不够，因此增加了发热程度。电流互感器外连接点发热，主要是因为保护膜未清除，接触面问存在杂质，造成接触不良引起发热。
2.2 接触面积不足导致接头发热
接触面积不足（设计不合理、工艺粗糙、螺栓配备较少、接触面小）。发热原因分析：现场检查发现，导致发热的主要原因有：（1）制造工艺差，刀闸接线板接触面工艺较差，光洁度、平整度较低，存在明显的突起、凹痕；（2）结构不合理，引线与刀闸问加装过渡板且过渡板厚度不足，现场出现变形、弯曲、翘起等现象；（3）安装工艺不足，现场发现有过渡板导流面与非导流面装反、部分螺栓出现松动现象。
处理方法：针对上述问题，采取的工艺措施：（1）仔细处理接触面，采用金相砂纸对接触面进行处理，提高接触面的光洁度和平整度；（2）清理接触面，接触面处理完毕后，用丙酮进行清洗，去掉接触面上的杂质；（3）均匀紧固，保证接触面的良好接触；（4）修后测试，处理完毕后，测量接触电阻来检查处理质量，接触电阻不合格的重新进行处理。
2.3 接头间电化学腐蚀增大接触电阻
众所周知，许多电力设备如开关、刀闸、母线接头与变压器接头的金属表面，由于受湿热、工业大气（SOz、HzS、NOx、co：）盐雾、霉菌、手汗等介质的作用，产生电化学腐烛，形成不导电的腐蚀产物，使表面电阻不断增大，导致接头发热。
3、载流元件接头发热早期诊断与防范
3.1 设备发热故障诊断基本方法有如下几种
（1）表面温度判断法。
根据所测设备发热点表面的温度（或温升），依据（GB763-90）《交流高压电器在长期工作时的发热》3.2条中规定，同时参考被测设备的额定载流、所测温度（温升）下的载流进行综合判定发热故障性质《带电设备红外诊断技术应用导则》，此方法主要用于电流致热性外部缺陷（故障）诊断。
（2）相对温差判断法。
根据相对温差定义或公式（δt=t1-t2/t1-t0×100%，t1发热点的温度；t2正常相对点的温度；t0环境参照体的温度）。计算出发热设备相对温差δt。一般情况下，当20%<δt<80%时为一般缺陷，80%<δt<95%时为重大缺陷，δt≥95%时为紧急缺陷。此方法主要用于电流致热型设备缺陷诊断（注：当设备发热点温升值小于10K时，不能采用此判断法）。 （3）同类比较法。
也称横向比较法，利用同一类型设备在同一运行条件下，同一部位的温度（温升）进行比较判断。
（4）热图谱分析法。
根据同类或同一设备在正常状态和异常状态下热图谱的差异来判断设备状况是否正常。
（5）档案分析法。
即纵向比较法，通过同一设备不同时期的检测数据（温升、相对温差）或图谱，分析设备致热趋势和变化速率，来判断设备是否正常。
3.2 带电流测温
传统的带电流测温运行设备发热接点的检查方法有：
（1）雨天看接点。下雨天看接点若是干燥的，温度约50～C左右；如雨滴立即气化蒸发，温度约在100℃以上；如发出吱吱声，雨滴呈滚落状，温度约在200℃以上。雪天看接点，若接点上雪融化，温度在0℃以上；如果接点干燥，温度在50℃以上。
（2）接点气流观察。
此方法实际上利用发热体表面溫度与环境温度差而产生的对流热气进行观察。如同样在环温20℃，接头温度40℃时，即能看到微小气流；如接头温度达到100℃时，“热气流”就非常明显；如接头温度达到200℃以上，“热气流”就非常容易被看到；如果接头是由几个接点组合而成，看“热气流”也能分辨出那点。
（3）红外线测温设备看接点。
可分为红外热成像仪和红外测温计，这是目前应用最为广泛的设备，其具有较好的灵敏性、快速性、准确性，深受现场人员欢迎。
3.3 无电流情况下的诊断方法
实际上，准确测量接头处电阻是防范发热故障于之前的有效方法。通常在现场采用电桥测电阻法、加电流运用欧姆定律计算电阻、小电流下的温度推算等（运用公式0=I2Rt）。
3.4 慎重选用接头问导电材料
如某些以矿油加石墨或金属粉末制成的“导电膏”广泛应用在母线接头上，虽然收到一定效果，但实践证明其效果尚不理想。因矿油容易挥发变干，变干后石墨脱落、金属粉末被氧化，导电性能逐步下降直至完全丧失。因此，对解决输电线路铜铝接头发热，防止电化学腐蚀等问题，必须嗔重选用导电材料。
3.5 接头发热的标准（注意值、极限值）
接头发热是否危及到输变设备的正常运行，在无电流状态下一般用电阻值判定；运行状态下（带电流）一般用温度值判定。如并联电容器（串联电容器）、耦合电容器、金属氧化物避雷器允许的相问温差及最大工作温升参考值；各种电缆的最高允许工作温升；电流互感器、电磁型电压互感器允许的最大温升和相问温差值；少油断路器内外部温差参考值；Fz型避雷器允许的工作温升及相问温差参考值等都应按照相应的标准执行。
3.6 提高导线温度对接头温度的影响
随着温度的升高，金具握力（将导线、接续管和耐张线夹按压接工艺要求连接在一起的综合强度）逐渐下降。与20℃时金具握力相比，70℃时最大下降不过2.72%，80℃时最大下降约4.07%，高于导线实际拉断力的95%，100℃时最大下降约10.03%。由此可见，将导线运行温度从70℃提高到80℃，导线金具握力损失是可以接受的。导线接续处两端点之间的电阻，对于压接型金具应不大于同样长度导线的电阻；导线接续处的温度应不大于被接续导线的温度；承受电气负荷金具的载流量应不小于被连接导线的载流量。研究表明，随着温度升高，导线的温度始终高于金具的温度，导线配套金具的通流温度约为导线温度的60%～80%；金具与等长导线交流电阻比均小于1，温度升高后金具的电气性能符合相关标准要求。试验研究表明，导线温度90℃时，金具温度不超过70℃，配套金具在载流时的工作情况，优于导线本身；从常温到100℃，金具电阻与等长导线的电阻之比都在35%～66%范围以内，符合要求。因此，提高导线允许最高温度，并不影响其配套金具的安全运行。
3.7 温度升高对接续金具和耐张线夹接触传导表面长期运行的影响
由于引渡载流的接续金具和耐张线夹接触传导表面日久老化，在一定条件下，过高的载流量可能使老化表面陷入“升高接触面温度——增加接触电阻——提高接触面量——升高接触面温度”的恶性循环，以致产生金具破坏的严重风险。1980年国际大电网会议第22组，原苏联代表的报告提出钢芯铝绞线本身的允许温度可以取为150℃，为避免导线连接处接触点高温氧化，导线的连续运行温度必须不超过70℃。
4、防止输变电设备连接头发热应做好相关工作
（1）从设备设计制造上把关。注重连接点的加工工艺及材料应用，设计上尽可能减少连接点。
（2）从现场设备验收及安装上把关。将检查接头接触状况作为设备投产以及状态检修工作的重要环节。
（3）在交接与预防性试验规程中增加接点电阻测量的内容及要求。
（4）输变电设备尽量采用“工厂化”检修方式，让被检修设备处于良好的气温气候环境、检修人员
处于身心舒适的工作场所并配备有得心应手的工器具，这样才能保障检修质量，修必修好。
（5）将连接头纳入设备管理，制定防范其发热的有关规定，并加强责任考核。
5、结束语
总之，应将输变电设备连接头作为重要元件纳入生产管理系统，最好的预防措施是将发热点在大负荷到来前消除，而不是在大负荷出现时或发现后停电紧急处理。
【关键词】输变电设备；原因分析；诊断与防范；载流元件
【中图分类号】V351.31 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）09-0205-02
前言
随着我电网建设步伐不断加快，电力网电容量的增大，供电企业电力设备故障给人们的生产和现代生活所带来的影响越来越大，为确保输变电设备安全可靠运行，对系统的稳定经济运行也提出了越来越高的要求，而保证系统的经济性和稳定性的一个强有力措施就是在提高电力设备使用率的及正常运行，即提高设备的可靠性。输变电设备连接头发热是目前存在的普遍性问题，尤其是电力系统在高温、大负荷运行期间，“接触不良过热”导致的严重缺陷、危急缺陷频频造成设备停运处缺，电网安全稳定运行受到威胁、供电可靠性难以保障。
1、载流元件接头发热部位
载流元件接头发热经常出现的部位：隔離刀闸动静触头问；一次设备与引线接头处；引线问连接处。
2、导致载流元件接头发热的原因分析
从载流元件接头红外测温图可以清晰看到，出现较高温度的部位在负荷电流经过的接头处，通常叫做“接触不良发热”，之所以出现高于正常结构部件的温度，根据焦耳一楞次定律：物体发热量Q与下列公式有关，Q=0.24I2Rt（卡），其中参数I（A）为流过物体的电流；R（Q）为接触处电阻；t（s）为时间。通常，连接处流过的电流应小于或等于设备的额定值，除非系统出现异常情况；正常情况下，接头处电阻应等于或小于同等截面的导体电阻，而接触电阻增大与接头处接触不良、接触面积不足密切相关，是引起连接处发热的主要原因。
2.1 接触面材质或异物导致接头发热
接触不良与刀闸动静触头压力、不同材料（如铜铝板结合面）、压紧力不够、结合面有异物、材质不良等有关。
如某供电公司2008年6月22日下午，变电部专业人员根据值班人员的反映情况，对某地变设备进行红外热像仪跟踪测温，发现110KV线01开关c相TA两侧接线板固定螺栓处温度进一步增加，高达220～C，同时，该处10旁路开关c、B相TA靠刀闸侧温度也接近100～C。当晚将该地变110KV2号母线停电，对01开关及2号母线静触头进行紧急检查处理；通过停电检查发现缺陷的具体情况为：
①01开关TA接线板处发热及柏112刀闸c相管母静触头与导线圈两侧接点处温度过高，是因为设备出厂时防止导电部位氧化的保护膜在安装时未拆除，导致接触面接触不良，引起设备温度过高。
②在静触头分解处理中，发现导线下夹件与静触头板面问有炭化的纸质保护膜，呈灰白色的粉末状，均匀分布在接触面之间。触头表面均匀分布点状放电痕迹，接触面之间氧化严重，形成较硬的氧化层。
③电流互感器接头处理过程中发现夹件板面问有炭化的纸质保护膜，呈灰白色的粉末状，均匀分布在接触面之间。
接触不良引起发热的原因分析如下：静触头出厂时，为防止接触面氧化，在各导电面涂有中性凡士林，并用薄纸覆盖，防止污染接触面。覆盖纸张为绝缘材质、小于夹件接触面积，且在安装过程中导线下夹件不用拆卸，就可直接安装导线，外观检查不易发现纸张的存在。由于接触面问的纸张存在，而纸张面积小于夹件面积，当负荷增大时，载流面积明显不足，接触电阻较大，使两接触面问放电，加重铝板的氧化造成了接点电阻的进一步增大，是造成接点发热的主要原因。由于夹件发热，导致固定螺栓高温过热，弹簧垫圈失去弹性，螺栓松动，压紧力不够，因此增加了发热程度。电流互感器外连接点发热，主要是因为保护膜未清除，接触面问存在杂质，造成接触不良引起发热。
2.2 接触面积不足导致接头发热
接触面积不足（设计不合理、工艺粗糙、螺栓配备较少、接触面小）。发热原因分析：现场检查发现，导致发热的主要原因有：（1）制造工艺差，刀闸接线板接触面工艺较差，光洁度、平整度较低，存在明显的突起、凹痕；（2）结构不合理，引线与刀闸问加装过渡板且过渡板厚度不足，现场出现变形、弯曲、翘起等现象；（3）安装工艺不足，现场发现有过渡板导流面与非导流面装反、部分螺栓出现松动现象。
处理方法：针对上述问题，采取的工艺措施：（1）仔细处理接触面，采用金相砂纸对接触面进行处理，提高接触面的光洁度和平整度；（2）清理接触面，接触面处理完毕后，用丙酮进行清洗，去掉接触面上的杂质；（3）均匀紧固，保证接触面的良好接触；（4）修后测试，处理完毕后，测量接触电阻来检查处理质量，接触电阻不合格的重新进行处理。
2.3 接头间电化学腐蚀增大接触电阻
众所周知，许多电力设备如开关、刀闸、母线接头与变压器接头的金属表面，由于受湿热、工业大气（SOz、HzS、NOx、co：）盐雾、霉菌、手汗等介质的作用，产生电化学腐烛，形成不导电的腐蚀产物，使表面电阻不断增大，导致接头发热。
3、载流元件接头发热早期诊断与防范
3.1 设备发热故障诊断基本方法有如下几种
（1）表面温度判断法。
根据所测设备发热点表面的温度（或温升），依据（GB763-90）《交流高压电器在长期工作时的发热》3.2条中规定，同时参考被测设备的额定载流、所测温度（温升）下的载流进行综合判定发热故障性质《带电设备红外诊断技术应用导则》，此方法主要用于电流致热性外部缺陷（故障）诊断。
（2）相对温差判断法。
根据相对温差定义或公式（δt=t1-t2/t1-t0×100%，t1发热点的温度；t2正常相对点的温度；t0环境参照体的温度）。计算出发热设备相对温差δt。一般情况下，当20%<δt<80%时为一般缺陷，80%<δt<95%时为重大缺陷，δt≥95%时为紧急缺陷。此方法主要用于电流致热型设备缺陷诊断（注：当设备发热点温升值小于10K时，不能采用此判断法）。 （3）同类比较法。
也称横向比较法，利用同一类型设备在同一运行条件下，同一部位的温度（温升）进行比较判断。
（4）热图谱分析法。
根据同类或同一设备在正常状态和异常状态下热图谱的差异来判断设备状况是否正常。
（5）档案分析法。
即纵向比较法，通过同一设备不同时期的检测数据（温升、相对温差）或图谱，分析设备致热趋势和变化速率，来判断设备是否正常。
3.2 带电流测温
传统的带电流测温运行设备发热接点的检查方法有：
（1）雨天看接点。下雨天看接点若是干燥的，温度约50～C左右；如雨滴立即气化蒸发，温度约在100℃以上；如发出吱吱声，雨滴呈滚落状，温度约在200℃以上。雪天看接点，若接点上雪融化，温度在0℃以上；如果接点干燥，温度在50℃以上。
（2）接点气流观察。
此方法实际上利用发热体表面溫度与环境温度差而产生的对流热气进行观察。如同样在环温20℃，接头温度40℃时，即能看到微小气流；如接头温度达到100℃时，“热气流”就非常明显；如接头温度达到200℃以上，“热气流”就非常容易被看到；如果接头是由几个接点组合而成，看“热气流”也能分辨出那点。
（3）红外线测温设备看接点。
可分为红外热成像仪和红外测温计，这是目前应用最为广泛的设备，其具有较好的灵敏性、快速性、准确性，深受现场人员欢迎。
3.3 无电流情况下的诊断方法
实际上，准确测量接头处电阻是防范发热故障于之前的有效方法。通常在现场采用电桥测电阻法、加电流运用欧姆定律计算电阻、小电流下的温度推算等（运用公式0=I2Rt）。
3.4 慎重选用接头问导电材料
如某些以矿油加石墨或金属粉末制成的“导电膏”广泛应用在母线接头上，虽然收到一定效果，但实践证明其效果尚不理想。因矿油容易挥发变干，变干后石墨脱落、金属粉末被氧化，导电性能逐步下降直至完全丧失。因此，对解决输电线路铜铝接头发热，防止电化学腐蚀等问题，必须嗔重选用导电材料。
3.5 接头发热的标准（注意值、极限值）
接头发热是否危及到输变设备的正常运行，在无电流状态下一般用电阻值判定；运行状态下（带电流）一般用温度值判定。如并联电容器（串联电容器）、耦合电容器、金属氧化物避雷器允许的相问温差及最大工作温升参考值；各种电缆的最高允许工作温升；电流互感器、电磁型电压互感器允许的最大温升和相问温差值；少油断路器内外部温差参考值；Fz型避雷器允许的工作温升及相问温差参考值等都应按照相应的标准执行。
3.6 提高导线温度对接头温度的影响
随着温度的升高，金具握力（将导线、接续管和耐张线夹按压接工艺要求连接在一起的综合强度）逐渐下降。与20℃时金具握力相比，70℃时最大下降不过2.72%，80℃时最大下降约4.07%，高于导线实际拉断力的95%，100℃时最大下降约10.03%。由此可见，将导线运行温度从70℃提高到80℃，导线金具握力损失是可以接受的。导线接续处两端点之间的电阻，对于压接型金具应不大于同样长度导线的电阻；导线接续处的温度应不大于被接续导线的温度；承受电气负荷金具的载流量应不小于被连接导线的载流量。研究表明，随着温度升高，导线的温度始终高于金具的温度，导线配套金具的通流温度约为导线温度的60%～80%；金具与等长导线交流电阻比均小于1，温度升高后金具的电气性能符合相关标准要求。试验研究表明，导线温度90℃时，金具温度不超过70℃，配套金具在载流时的工作情况，优于导线本身；从常温到100℃，金具电阻与等长导线的电阻之比都在35%～66%范围以内，符合要求。因此，提高导线允许最高温度，并不影响其配套金具的安全运行。
3.7 温度升高对接续金具和耐张线夹接触传导表面长期运行的影响
由于引渡载流的接续金具和耐张线夹接触传导表面日久老化，在一定条件下，过高的载流量可能使老化表面陷入“升高接触面温度——增加接触电阻——提高接触面量——升高接触面温度”的恶性循环，以致产生金具破坏的严重风险。1980年国际大电网会议第22组，原苏联代表的报告提出钢芯铝绞线本身的允许温度可以取为150℃，为避免导线连接处接触点高温氧化，导线的连续运行温度必须不超过70℃。
4、防止输变电设备连接头发热应做好相关工作
（1）从设备设计制造上把关。注重连接点的加工工艺及材料应用，设计上尽可能减少连接点。
（2）从现场设备验收及安装上把关。将检查接头接触状况作为设备投产以及状态检修工作的重要环节。
（3）在交接与预防性试验规程中增加接点电阻测量的内容及要求。
（4）输变电设备尽量采用“工厂化”检修方式，让被检修设备处于良好的气温气候环境、检修人员
处于身心舒适的工作场所并配备有得心应手的工器具，这样才能保障检修质量，修必修好。
（5）将连接头纳入设备管理，制定防范其发热的有关规定，并加强责任考核。
5、结束语
总之，应将输变电设备连接头作为重要元件纳入生产管理系统，最好的预防措施是将发热点在大负荷到来前消除，而不是在大负荷出现时或发现后停电紧急处理。