电容器发热缺陷分析

胡运礼

摘 要：针对220 kV马井变电站10kV电容器组发热问题频发的情况，对近2年电容器组的发热问题进行统计分析。认为导致电容器组发热问题频发的主要原因是接頭接触面处理工艺存在问题。通过对发热接触面的分析，指出了接触面处理存在的误区，并提出了接触面处理的正确工艺，以便在电容器组发热缺陷处理时更有针对性。

一 引言

无功设备在调节系统电压，改善供电质量，提高功率因数方面发挥着重大作用。尤其在夏季、冬季大负荷来临时.电容器组的投切更加频繁，由于电容器组的运行电流较大，较大的运行电流，较多的铜铝过渡连接，再加上安装、检修过程中处理工艺的不严格，使电容器组的发热问题频繁发生。在2013～2014年无功设备的停电消缺次数中，由于发热问题引起的停电次数占到了总停电次数的70%以上。因此，分析无功设备发热缺陷频发的深层次原因，规范正确的处理工艺，对无功设备乃至电网的安全稳定运行很有必要。根据近2年处理无功设备发热问题的经验，对发热的各种原因进行分析，对容易发热的接触面的处理重点进行介绍。

二 电容器发热缺陷分析

对德阳电网的10kV电容器组的发热缺陷分析中发现，电容器的发热缺陷主要存在以下问题：

1.接触面积不足或加工不良导致接触电阻过大

1）接触面设计不合理，接触面积过小，导致发热：

2）使用材料为铝质，而由于铝排硬度较小，在使用铝排冲孔机冲孔时，螺孔周围容易产生凹陷的现象.而且难以打磨平整，导致母排接触面积减少，在运行中容易发热；

2.接触面处理工艺不良导致接触电阻增大

由于变电站大多数设备运行在露天环境下工作.各个连接点经常遭受到风吹雨打、冰冻雪融等自然条件的影响和侵蚀，接触面如果不严格按照正确的工艺要求.接头位置极容易发生氧化和腐蚀现象产生氧化膜，造成连接处接触电阻增大，而接触电阻增大，接触面就会发热。如果得不到及时发现和处理，接头的氧化程度会随着发热现象进一步恶化。造成无功设备局部温度骤然上升.严重时将导致设备接头烧损，发生设备跳闸故障。

2.1 接触面（含铜铝过渡片）未涂抹导电膏严重氧化

铝是一种活泼的金属.在干燥的空气中铝表面立即形成1层致密氧化膜，使铝不会进一步氧化。金属氧化物的导电性能非常差，电阻率可达1xlO—1×108 Q·m，这大大地增加了接触面的接触电阻。因此在金属接触面一定要使用导电膏。导电膏，也就是新型电力复合脂。其滴点范围为180℃—220℃，凝固点范围为一20℃—30℃，其中所含的镍、锌、铬等金属细粒填充在接头接触表面的缝隙中。金属细粒在螺栓的紧固力作用下。能破碎接触面的氧化膜层，降低接触电阻。同时还可以在接头整个表面形成1个保护层而起到隔绝空气和渗入的水分，起到防止氧化的作用。因此正确使用导电膏能有效地改善接触面的导电性能，防止接触面的氧化和电化学腐蚀作用，使接触面在长期的运行中保持良好的导电性能阻埘。

2.2 接触面（含铜铝过渡片）导电膏涂抹太厚

这里需要指出的是。导电膏并非良导体。它在接触面上的导电性能是借“隧道效应”来实现的。所谓“隧道效应”就是指离子通过一个势能大于总能量的优先区域。因此，涂抹导电膏时不能太厚。厚度太大的导电膏阻止了其发挥“隧道效应”的性能，反而使接触电阻增大，并最终导致发热。

2.3 接触面（含铜铝过渡片）导电膏涂抹不均

在工程安装中，导电膏的使用存在误区，安装人员不是将导电膏均匀地涂抹在接触面上，而是在接触面上点上2处。依靠接触面的压紧力将导电膏压平。这样就形成了如图3所示的现象，导电膏分布在接触面的有限部分，没有将接触面全部覆盖，因此不能阻止接触面的氧化，并导致发热，长期发热，造成引流线被烧断，对设备安全运行造成严重危害。

2.4 铜铝接触面未采用铜铝过度片

不同金属的膨胀效应引起。钢制螺栓的金属膨胀系数要比铜质、铝质材料小得多，尤其是螺栓型设备接头，在运行中随着负荷电流及温度的变化，其铝或铜与铁的膨胀和收缩程度将有差异而产生蠕变。所谓蠕变就是金属在应力的作用下缓慢的塑性变形，蠕变的过程还与接头处的温度有很大的关系。当负荷电流减少温度降低回到原来接触位置时，由于接触面氧化膜的覆盖，不可能是原安装时金属间的直接接触。每次温度变化的循环所增加的接触电阻，将会使下一次循环的热量增加，所增加的较高温度又使接头的工作状况进一步变坏，因而形成恶性循环。

不同材质接头接触表面的微电池腐蚀效应。据有关试验文献资料表明，铜的标准电势为+0.34V，铝的标准电势为-1.28V，铜铝之间的电势差为+1.62V。由于两极直接接触，便会有微弱的电流流动，在电解液的作用下，使接触表面逐渐腐蚀，引起接触电阻增大而发热。

2.5 接触面压紧力不当导致接触电阻过大

不同金属的膨胀效应引起。钢制螺栓的金属膨胀系数要比铜质、铝质材料小得多，尤其是螺栓型设备接头，在运行中随着负荷电流及温度的变化，其铝或铜与铁的膨胀和收缩程度将有差异而产生蠕变。所谓蠕变就是金属在应力的作用下缓慢的塑性变形，蠕变的过程还与接头处的温度有很大的关系。当负荷电流减少温度降低回到原来接触位置时，由于接触面氧化膜的覆盖，不可能是原安装时金属间的直接接触。每次温度变化的循环所增加的接触电阻，将会使下一次循环的热量增加，所增加的较高温度又使接头的工作状况进一步变坏，因而形成恶性循环。

现阶段各类设备引线端子基本为螺栓紧固方式.螺栓在运行过程中由于震动逐渐松动，使接触面压紧力不足，导致接触电阻增大。在此我们需要纠正一个错误认识.那就是认为在对连接螺栓进行紧固时拧得越紧越好.当螺母压力达到一个临界值时，如果材料的强度较差，而外力进一步增加时，将会导致接触面变形出现隆起的现象。这样不但不能增加接触面积反而使得接触面积减小，造成接触电阻增大。另外由于铜、铝材质膨胀系数相差很大。在运行中经电流作用多冷热循环，会使接触点处产生较大的间隙而影响接触，也增大了接触电阻。而接触电阻的增大，运行中就会引起温度升高。高温下氧化腐蚀就会加剧，产生恶性循环，使连接质量进一步恶化。因此选择合适的紧固压力进行螺栓紧固时，螺栓不能拧得过紧，以弹簧垫圈压平即可。有条件时，应用力矩板手进行紧固。

三 防范措施

综上所述，在进行设备检修和安装过程中，安装及下料前应根据额定电流考虑接触面的面积及接触面的接触效果，按施工工艺要求将接触表面处理干净、平整后再进行安装。在设备间的连接时，应该对设备的接头进行处理.尤其应该注意接触面的防氧化处理。同时应在加强现场巡视检查的基础上，还应采用必要的技术手段进行接头运行中温度的在线监测。如红外线测温仪、红外线热成像仪等。以便在发现缺陷后准确分析、及时处理。