于平澜

摘要：变压器变高套管引线接头异常发热是变压器非计划停电的重要原因，本文通过理论研究、有限元法分析了变压器变高套管引线接頭异常发热原因，对降低其异常发热温度及次数有一定的指导意义。

关键词：变压器;变高套管引线接头;异常发热

变压器变高套管引线接头频繁、异常发热是广大运维人员经常遇到的缺陷之一，同一台主变同个发热点反复发热的情况时有发生，不但带来大量重复操作，而且严重影响电网安全、稳定运行。因此，找到其异常发热影响因素并能予以正确处理就显得尤为迫切。本文从理论研究、有限元法两个方面来分析变压器变高套管引线接头异常发热原因，并给出了相应解决措施。

一、套管引线接头异常发热理论原因分析

根据热能公式：Q=I2×R×T，在单位时间内流过导体的电流越大、电阻越大，则导体的发热量越大，温度越高。因流过变压器变高套管引线接头的电流受主变、线路运行方式、天气温度、用户负荷等多重因素影响，在客观上不可随意改变，所以降低其发热温度、频率主要通过减少接触电阻即增大引线接头部件导体接触面积来实现。

变高套管引线接头主要由禁锢螺栓、接线端子、导电头等几个部分组成。导电头、接线端子通过禁锢螺栓连接固定。主变长时间运行会持续不断振动，禁锢螺栓的应力会慢慢减小，与接线端子连接逐渐变松，导电头、接线端子接触面随之变小，接触电阻逐渐变大;主变一般置于室外，会受到雨、雪、风等天气影响，雨、雪会引起导电头、接线端子锈蚀，致使其接触电阻逐渐变大。大风吹动主变上引线摇摆，带动下端禁锢螺栓松动，同样会增大接触电阻。综上几个无法避免的客观原因，引线接头的接触电阻会随着主变长时间户外运行而逐渐变大，引线接头的发热量、温度会逐渐升高直至不得不停电处理。

二、套管引线接头异常发热有限元法原因分析

根据主变变高套管及引线接头实际结构完全建模，在COMSOL Multiphysics有限元软件中建立其三维几何模型，对几何模型进行自由三角形网格剖分，单元大小选择超细化，并且在场强变化大的地方，进行局部的网格细化，保证计算的足够精度。在进行电磁-热耦合场的计算时，需要考虑磁-热耦合场两者之间的相互影响：电流流过导体和介质之间产生热量，影响温度变化，同时温度的变化会影响材料介电等参数进而影响电场的分布。在电流和固体传热两个模块下对模型进行多物理场耦合，添加焦耳热多物理场接口，进行频域-稳态下的研究计算，用双向耦合方式，在电磁和传热之间反复迭代，直到满足收敛标准为止，最终得到电磁场和温度场耦合下的仿真结果如图一、图二所示。

由图一“引线接头及套管内部的场强分布图”可知，引线接头及引出线位置场强大小有明显的梯度变化，中心电缆线芯与垫圈连接处的场强值最大，垫圈位置的场强值最低，在主变套管的导电头和垫圈位置场强有明显的畸变;从图二“套管及引线接头的传导热通量矢量图”可知，在中心电缆线芯靠近绝缘层部分和引线接头连接处的热通量有较大值，从仿真模拟上显示套管接头部分更容易发热;热通量矢量箭头方向从铜线端部指向接头部件，根据传热学理论分析，导体线芯温升和介质损耗热量通过导热的方式传到了引线接头上，升高了引线接头正常运行时的温度。

通过以上有限元仿真计算可知，在套管导电线芯和半导电部件连接处电导率有较大差值部分电势、电场畸变较大且比较集中，同时发热量也更高;套管引线接头处的热通量较大，温度较高，并且引线接头处的部分温升是由套管内部导体线芯发热和介质损耗（部件间电导率差异较大）发热传导至其上引起的。

三、套管引线接头异常发热改善措施

由理论分析结论可得，在主变变高套管引线接头生产时，应尽可能地选择阻抗小、防腐蚀、抗生锈能力强的金属部件;安装时，应将部件打磨光滑平整后使其接触紧密，尽量消除彼此空隙，增大接触面积，同时应确保引线接头受力均匀，禁锢螺栓松紧一致，尽量避免主变变高套管引线接头受外力影响而松动。

由有限元法仿真结论可得，主变变高套管引线接头在现有结构设计下，在其正常运行时容易发热;套管内导电线芯和部件的电导率合理配合，对部件结合处的场强、电场畸变有抑制作用，可以减少套管内部传导至引线接头上的热量。例如可以通过调节密封圈和导电头的电导率来改善电场分布，降低线芯、套管引线接头发热，但是在改变部件电导率的同时，需保证其他电学参数没有下降或明显下降，即电导率提高，击穿场强没有明显下降，介电常数和介电损耗没有明显增加，以上可通过在半绝缘材料中添加辅助交联剂来改善其电气性能来实现，本文不做讨论。