500kV输电线路引流板发热烧损原因分析

500kV输电线路引流板发热烧损原因分析

刘鹏李晨诗

（云南电网有限公司曲靖供电局云南省曲靖市655000）

摘要：对500kV某某线路进行巡视测温工作，在工作过程中发现供电局某条500kV输电线路耐张塔引流线出现异常发热情况。引流板发热严重情况下会直接烧断引流板造成重大的停电事件，为保证线路安全稳定运行，线路运行单位及时处理了该缺陷。本文针对对引流板异常发热原因进行分析研究，同时也提出一些措施建议，为500kV输电线路引流板发热研究分析处理提供一些参考与指导。

关键词：输电线路；引流板；接触电阻；铝热反应

0引言

电网运行的电压等级与供电可靠性要求逐渐提高。对于输电线路而言，随着输电线路的规模逐渐扩大，线路经过的地区环境更加复杂，线路增多后总会出一些问题例如设备出现一些缺陷和过热等缺陷，尤其是在迎峰度夏期间，耐张杆塔的引流板过热所造成的缺陷已成为对电网安全运行越来越突出的隐患问题，如在某地区某500kV线路上曾监测到耐张线夹的引流板绝对温差达到100.8℃，远远高于线路正常温度，严重影响到线路安全稳定运行。下面通过研究耐张线夹引流板异常发热的情况来分析本次引流板发热的具体详细原因。

1耐张引流板发热的主要原因分析

输电线路耐张塔引流板发热多发生在负荷较大的线路或者用电负荷高的季节，引流板发热缺陷多数情况是由于引流板接触电阻过大导致，分析500kV某某线引流板红外图显示温度为100.8℃。

1.1耐张引流板发热原因总结

从理论上，根据焦耳定律P=I2R耐张引流板发热主要原因为有两个方面：一是电流过大导致；而是接触电阻增加引起。在在输电电线路运行过程中负荷是严格按照设计规定值的，因此导致发热问题更多是由于引流板接触电阻增加所致，接触电阻增加主要有一下几方面：

第一、引流板安装错误直接导致接触电阻不满足要求。

第二、连接紧固螺栓松动。紧固螺栓松动直接导致电气接触面接触不实，局部非接触，实际接触面积减小，导致电阻增大。

第三、接触面氧化。导线耐张线夹是由铝合金材料组成，铝在空气中会自然氧化生成三氧化二铝，在其表面形成一层氧化膜，导致接触电阻增大。虽然在安装时导线耐张线夹接触面具有良好的接触状态，但是由于线路输送功率波动、环境温度波动，线夹的温度必然波动，这样热胀冷缩以及其他因素导致电气接触面接触不实，空气进入导致氧化。

1.2接触电阻分析

对于耐张引流板而言，其体电阻相对接触电阻较小，而接触电阻随接触表面的材质、接触压力、接触面积等影响较大。图3显示了电流线收缩与接触斑点情况，其中接触面绝大部分是空隙，没有参与到实际接触，只有部分的轮廓峰点真正发生了接触形成导电斑点。当电流线通过导电斑点附近时发生收缩，使电流流过的路径增长，有效导电面积减少，从而产生收缩电阻。元件在外加接触力的作用下，开始实际接触的面积非常小，起始接触点首先产生弹性变形，进而向塑性变形过渡。当总的实际接触面积扩大到支持力与外力相平衡时，接触过程结束。

图3接触面的微观形式图

20世纪50年代德国学者R.Holm提出，总接触电阻应是所有实际接触点电阻的并联值(即自身电阻Rs)与因相互影响而造成的电阻值(即相互电阻Ri)相串联：

式中，Rj为总接触电阻，a是圆形斑点的平均半径；称为斑点群的半径或Holm半径。

在工程计算中，由于计算导电斑点数n和平均半径非常困难，通常使用经验公式代替计算：

式中Rj为接触电阻mΩ；F为接触压力N；m为与接触点数目、压力范围等因素相关的指数，在面接触形式下通常取m=1；kj为与接触材料、表面氧化程度等因素相关的系数，其值由实验决定。但此公式的局限性很大，不能概括各种因素对接触电阻的影响。在工厂中常使用测量接触电压的方法来实测接触电阻值，其中接触电压降是指通过一定电流时电接触连接处的电压降，即：。

近年来通过对热损毁线路的停电检修发现，大部分过热现象均由于户外环境造成引流板螺栓松动，导致引流板接触电阻增大并使周围温度不均匀升高，当设备产热量高于散热量时会产生恶性循环直至热损毁。使引流板接触电阻变化的因素主要有以下几方面：连接设备材料性质、接触面处理、螺栓紧固压力、环境温度、外界腐蚀等。

2引流板材料成分分析及铝热反应分析

引流板的本身主要材料为铝，连接两引流板的螺栓采用镀锌碳素钢材。螺栓材料主要有铁和少部分镀锌的锌材料构成，镀锌工艺主要作用防止螺丝本体碳素钢因气候原因锈蚀。通过图1我们可以看到螺丝已经锈蚀，螺栓在空气中氧化锈蚀之后生成三氧化二铁。

2.1铝热反应发生条件及现象

铝热反应可简单理解为是铝与某些金属氧化物（如三氧化二铁、三氧化二铬、二氧化锰等）在高热条件下发生的反应，反应剧烈放热，并发出耀眼的光芒。生成物为氧化铝和该高熔点金属的单质。铝热反应，由德国化学家汉斯•歌德史密斯(HansGoldschmidt)于1893年发现。铝与氧化铁反应化学方程式为：

此反应放出的热量可以使高熔点金属熔化并流出，可用来焊接钢轨、冶炼难熔金属、制作传统的烟火剂等。

2.2引流板烧损原因分析

研究图1可以发现，引流板烧损部分在高温下一部分铝在熔融滴到锈蚀的螺栓上面，同时上面一颗螺丝周围有一些黑色物质在其周围。可以推断，出现如此烧损的是一个快速短期发生的变化。因此结合铝热反应的现象条件可以推断发生此项故障是应接触电阻过大导致引流板发热温度升高后应发铝热反应导致引流板烧损。

结合引流板发热原因分析、铝热反应现象以及图1可以推断。首先因为引流板螺栓松动导致引流板发热严重，发热加剧引流板螺栓氧化使生成三氧化二铁（化学式，红色）。发热同时加剧引流板氧化在接触面生成三氧化二铝（）再次导致接触电阻增大，使发热现象加剧温度更高。由此为引流板自身Al与红色的三氧化二铁（）创造了铝热反应的条件。并释放大量的热致使引流板上部分Al融化低落到下方螺栓上。因为高温的作用还原产生的铁在高温环境下与空气中的氧气（）发生反应生成黑色的四氧化三铁（）化学方程式如下：

由此，我们看到螺栓周围的黑色物质。接触不良一直持续直到运维人员通过红外测温仪发现缺陷故障后消除缺陷后，引流板温度恢复正常水平。

3.防止措施及建议

经过本次耐张引流板烧损分析结合此类问题相关文献总结得出引流板烧损主要原因在接触电阻过大导致，因此作者认为围绕降低接触电阻方面有如下几点建议：

（1）尽可能保证引流板表面的平整，增加引流板实际接触面积。要求在厂家设计上对引流板平整度有明确要求；在施工现场引流板应运输安装应严格保护严防碰撞。

（2）引流板接触面采用导电性能更好的铜。

（3）在安装引流板是应进行清洗，并严格按照要求涂抹导电脂。

（4）对引流板螺栓采用特殊工艺处理，增加抗高温氧化性能。

（5）停电检修时定期对引流板螺栓进行紧固，负荷较大时定期对引流板进行红外测温。

参考文献：

[1]杜毅，敬兴东，等500kV输电线路引流板过热研究[J].四川电力技术，2015.

[2]高文焕.500kV输电线路引流板故障发热问题探析[J].中国新技术新产品，2016.

[3]陈兴宝.500kV输电线路引流板发热带电处理研究[J].现代工业经济和信息化，2017.

[4]李雪.耐热导线耐张线夹发热问题解决方案研究[D].华北电力大学,2010.