送电线路非耐张接头电气性能分析

送电线路非耐张接头电气性能分析摘要：鉴于电力线路非耐张接头对于电气性能有较高要求，阐述了线路接头的电接触机理，包括接触电阻及其引起电阻变化的因素、接头的热效应。并结合增城地区220kV增荔甲线、乙线的运行情况，对投入运行的非耐张接头进行温度测量比较。关键词：非耐张接头；接触电阻；腐蚀；热效应电力线路接头按其性能可分为耐张接头和非耐张接头。耐张接头指这一接头将承受导线的全张力；非耐张接头主要是以连通电流为目的的接头，包括T形线夹、设备线夹、并沟线夹等，这类接头在机械强度方面要求不高，而对于电气性能的要求则是非常严格的。1电气原理分析在电力线路工程中经常用到各种非耐张接头连接金具，本文从接触电阻、接触电阻变化因素、热效应三方面对非耐张接头的电气性能进行分析。1．1接触电阻非耐张接头按其结构形式，可分为螺栓式和压接式两种。其原理是利用对接触面施加压力来降低接头的接触电阻，以达到安全地传输规定的负荷电流的目的。接头设计应首先考虑如何减少接触电阻，实际上接触表面加工得如何好，总不能完全吻合，当它们第一次接合时只有较小的实际接触面积存在。而且只有那些具有实际金属接触而没有金属膜介入的接触点才承担流过的负荷电流，如图1所示。因局部接触点少，提供的电流通道狭小，显然会使接触电阻增加。如果有更多的接触点，电流通道将增加，负荷电流分布也更均匀。对电器接头而言，只要施加压紧力将表面触点压平，增大接触面积形成更紧密的接触，接触电阻就可减小。接触面积取决于接触面的表面粗糙度及装配后外加压紧力一般来说，用手工去除材料（用钢丝刷或普通砂纸打磨）方法获得的接头表面，通常不如用机加工方法获得的接头表面接触电阻低。接头的压力是保证接触电阻降低到满足要求的主要因素，假设接触表面的全面积为A，这仅是“标称”接触面积，因为实际接触面积A′将比这小的多。如果p是接触点上的平均压力，F是施加到接触面上的压紧力，则有作为一定程度的近似，我们可把p视为一个仅与金属特性有关的常量，这是接头金属触点在受压的情况下发生局部压扁（塑性变形）而不产生整体变形的最大压力。每一接触点越压越平，接触面积越来越大，直到接触面积大到能承受所施加的压紧力时为止。式（1）也可写成A′＝F／p。因为导体的电阻与其截面积成反比，若R为接触电阻，则由于p也是一个常量，因此可组成一新的常量C2，可得出式（3）表明接头的接触电阻与其所能承受的接触面压紧力成反比，而与接头的总面积的大小无关。1．2接触电阻的变化因素1．2．1表面氧化接头接触表面的氧化膜对接触电阻而言可以认为是绝缘体，必须予以破碎而成为金属对金属的接触，破碎氧化膜的难度依膜的性质、厚度以及不同的金属而异，对于暴露于空气的铝表面迅速形成的氧化铝是一种坚硬、牢固的高电阻膜，这种膜的坚固性，使铝有良好的防腐性能。铝氧化膜是透明的，因此即使是光亮洁净的铝导线也不能保证不清除也能获得低接触电阻。1．2．2蠕变特性蠕变是金属在应力作用下随时间的延续发生缓慢塑性变形的现象，直到应力减小到不产生继续蠕变时，这一现象才停止。蠕变可以在较低的应力下产生，发生蠕变的应力要比该温度下金属屈服强度低得多。金属发生蠕变的温度与其熔点有关，一些低熔点金属，即使在室温也会发生蠕变。图2的曲线表示由于蠕变现象的存在，接头接触电阻与接触压力的变化关系：曲线1表明接触电阻随压紧力的增加而不断地减小，当达到允许最大压紧力F1时，接触电阻则达到最低值R1。通常，在最大压紧力的作用下，接头上的最大压紧力大大超过不产生蠕变的最大压力。当蠕变发生时接头的压力逐渐下降，并稳定在不进一步蠕变的数值上，此时接触电阻不会沿着曲线1回升回去，而是沿一条新曲线2变动。这是由于在大压紧力下，使得金属氧化膜破裂，并使得突出的点压平，产生了紧密的、较多的纯金属接触。为保证接触电阻保持在最初低值附近，可行的方法是接触的总面积A不能太小，至少应该满足下列条件。即式中：p———无明显蠕变的最大压力；F2———无明显蠕变的最大压紧力。1．2．3腐蚀接头受到腐蚀性损坏，接触电阻必然升高。这种腐蚀性损坏，是水分和其它大气成分与金属结合产生电化学腐蚀作用的结果。因此，一定要做好接头的防腐措施，使接头的导电性能和机械性能保持稳定，把环境的影响减到最低。1．3热效应电力接头的主要功能是在整个使用过程中承载电力负荷。由于电力负荷的不断变化及冬夏气候的冷热变化，引起接头运行温度的变化，膨胀和收缩引起部件间小量的相对移动。接头各部分间的最大相对移动，是在实际接触点附近。电流的流通使得接触点温度高于块体温度，温差与接触面电压降的关系为：T1———接触点的热力学温度，K；TB———接头块体的热力学温度，K；U———接触面电压降，V。接触面发热使接头劣化，这些部位的金属膨胀比周围部位的大，由于温度变化而向两面错开，错开以后被氧化，当回到原接触位置时，由于氧化膜的覆盖可能不再是直接的金属接触。当然，这种变坏是逐渐的，每次温度循环所增加的接触电阻使下一次循环的热量增加，然后较高的温度又使接触电阻变坏。金属蠕变使这种情况更加严重，蠕变将使接触压力降低，增加接触电阻。由于产生较高温度，将进一步使蠕变增加。如果接头设计不合适，由于热循环造成的恶性循环将加速发展，任其发展将最终导致连接的失败。对于减小热运动应力和适应金属蠕变，接头部分的弹性是很重要的。同样重要的是使用导电复合脂，油脂封闭接触面防止继续氧化，锌粒将提供并保持低接触电阻。2运行分析220kV增荔甲线、乙线是广州增城供电分公司的2回重要输电线路，分别是1992年和1978年建成的，表1是它们一组并沟线夹形式的非耐张接头的运行温度数据。此2回线路的施工时间和某些施工工艺上并非一样，可作对比。观测过程采用红外线测温仪，监控各点的温度变化情况。数据表明，增荔乙线由于施工较增荔甲线早，且施工工艺效果的差别，非耐张接头处的氧化腐蚀较严重，很明显在同等污染区或相似的污染区内，乙线的非耐张接头处的测量温度高于甲线；对于同一条线路两个不同点，由于环境的不同，位于重污区附近的非耐张接头的温度也明显高于其他地方的。可见非耐张接头的施工工艺、暴露在空气中时间的长短、所处的环境明显地影响着其本身的电气性能。为防止已有良好接触点的接头在运行过程中重新生成氧化，抑制腐蚀，应在使用前做防腐实验、表面应涂上防护油膏。3结束语随着电网的不断扩大，电力系统的日益完善，对送电线路运行可靠性的要求也越来越高。因而，对送电线路接头的电气性能也提出了更高的要求。我们要从以上分析入手，抓好设计、施工工作，使其电气性能更加稳定可靠。参考文献［1］张殿生.电力工程高压送电线路设计手册［M］.北京：水利电力出版社，［2］程应镗.送电线路金具的设计安装实验和应用［M］.北京：水利电力出版社，1989