摘要：特高压变电站运行维护过程中，设备发热始终是运维人员最为关注的问题之一，其与主网架的安全稳定运行息息相关。本文首先从1000kV特高压昌乐站运维人员在验收过程中发现断路器接线板载流量不满足规程要求而可能引起接线板发热的问题着手，提出了两种可行性解决方案；其次通过方案比对确定了对断路器端子板进行镀锡处理为较好的解决途径；最后通过实验室温升试验及投运后现场实际运行工况确定了经过镀锡处理的断路器端子板可有效地解决其载流量不足的问题。为后续工程再次出现类似问题提供参考。
关键词：断路器；端子板；发热；镀锡
1000kV特高压变电站是目前世界上电压等级最高的交流变电站，特高压作为主网架其安全稳定运行是电力部门的工作重心，在运行维护过程中容不得半点马虎，任何缺陷、任何违反规程的问题如不及时处理都可能引发严重的电网事故，导致不必要的人力、物力、财力损失。断路器是变电站的核心设备，当端子板出现发热问题时需要对断路器进行停电处理，甚至需要停主变进行处理，这将导致停电范围扩大。因此在投运前需要对断路器端子板按照规程进行严格的审查验收，避免将缺陷遗留到设备投运后。通过查阅资料，目前断路器端子板在保证载流量的情况下，其接触面通常不采用镀层技术进行处理；在载流量不能满足规程的情况下，尚无规程规定采用何种技术对端子板进行优化处理。
1断路器接线板不满足规程
1000kV特高压昌乐站运维人员在工程前期介入过程中，发现110kV分支母线总断路器的接线法兰与设计尺寸不匹配，断路器法兰和线夹的搭接面积过小，经测量实际搭接面积为140×100mm2，断路器法兰与线夹之间为无镀层搭接。
根据DL/T-5222-2005规定，导体无镀层接头接触面的载流密度不得超过表1规定的数值，且接头搭接的长度不应小于导体的宽度[1]。按照图纸设计，该断路器所在回路包含：电抗器两组，额定容量240000kvar；电容器一组，额定容量240000kvar；站用变一组，额定容量5MVA。由此计算该断路器所在回路的最大电流约为2924A，该断路器的额定电流为3150A。
表1无镀层接头接触面的载流密度A/mm2
根据现场情况，铝质线夹与断路器法兰有效接触面积为140×100mm2，在流过最大回路电流时，载流密度为0.209A/mm2，远远大于表1的规定（回路电流大于2000A时，铝质搭接面载流密度不宜超过0.0936A/mm2），且线夹的搭接长度小于宽度，与规程要求不符。
2确定解决方案
通过上述分析，该断路器接线板无法满足规程规定，达不到载流量及搭接长度要求。借鉴刀闸触头镀银处理以提高导电率的经验，若对断路器接线板采用镀层的方案进行处理可在一定程度上提高端子板的载流能力，同时可规避规程DL/T-5222-2005中无镀层接头关于载流量及矩形接头的搭接长度不应小于导体宽度之规定[1]。目前常用的提高金属导电率的镀层方案有镀银层和镀锡层两种，故需对镀层方案的选择作以下分析。
2.1镀层导电性能分析
在所有金属中，银的导电性能最强，其电阻率以15.86ρ/nΩ•m在金属中排名第一，锡的导电率为110ρ/nΩ•m，其导电性能在所有金属中排名十八。在工程生活领域，常用的五种金属导电性排名按照先后顺序依次为银、铜、铝、铁、锡。故在断路器接线板的镀层方案选择中，仅从导电性能分析镀银要优于镀锡。
2.2镀层工艺控制分析
根据DLT1424-2015电网金属技术监督标准规定：导电回路的动接触部位和母线的静接触部位应镀银；室内导电回路动接触部位镀银厚度不宜小于8µm；室外导电回路动接触部位镀银厚度不宜小于20µm，且硬度应大于120HV；母线静接触部位镀银厚度不宜小于8µm。镀银层应为银白色，呈无光泽或半光泽，不应为高光亮镀层，镀层应结晶细致、平滑、均匀、连续；表面无裂纹、起泡、脱落、缺边、掉角、毛刺、针孔、色斑、腐蚀锈斑和划伤、碰伤等缺陷[2]。铜及铜合金与铜或铝的搭接端应镀锡且镀锡层的厚度不得小于12µm。镀锡层表面应连续完整，无任何可见的缺陷，如气泡、砂眼、粗糙、裂纹或漏镀，并且不得有锈迹或变色[2]。
从镀层的工艺要求分析，镀银层的工艺质量控制要远大于镀锡层，其在镀层硬度、表面结晶度、毛刺控制及耐腐蚀方面具有较高的要求，同时为降低镀银在施工过程中对身体的不利影响，通常采用电镀的方案进行处理，且电镀施工应在专业的车间进行。相对于镀银，断路器端子板对镀锡工艺的要求较低，只需在设备现场进行刷镀即可，刷镀前将断路器套管包裹好，在刷镀过程中控制好施工工艺避免出现气泡裂纹及漏镀问题。故从施工工艺分析，断路器端子板镀锡要比镀银更具有实施性，且无人员健康隐患。
2.3经济性分析
按照2018年3月份金属市场价格分析，银的价格在3.5元/克左右，锡的价格为0.15元/克左右，镀银的成本为镀锡成本的23倍。故从经济性能分析，断路器端子板镀锡要优于镀银。
2.4综合分析
对镀层导电性能、工艺控制及经济性三方面因素进行综合考虑，镀银层的导电性能更强，但是在实际实施过程中要求的工艺较严格，改造工期较长，不能实现在施工现场直接开展且成本较高；镀锡层的导电性能要比镀银层低，但其施工工艺比较容易实现且其可在设备安装现场，成本较低。若断路器端子板镀锡后其能够满足在额定电流下的温升试验要求，则镀锡方案为最佳解决方案。
3方案验证
将断路器上下两个端子板进行镀锡处理，试验时完全模拟现场运行情况，采用一相完整的单极断路器进行温升试验，试品状态如图1所示。
图1试品状态
3.1试验设置
①试验电流：1.1×3150A、50Hz、通流7小时；
②试验时试品充气压力0.4MPa（20℃），闭锁压力；
③试品刷镀锡时与现场刷镀厚度一致，不小于12µm；
④为避免铜排发热对试验结果造成影响、模拟现场安装工况，端子板连接处加装长铝排；
⑤试验在温升达到稳定后，每2小时记录一次，同时记录环境温度；
⑥实验前进行直阻测量：温升点1、2的镀锡板接触电阻0.782uΩ，镀锡板3、4的接触电阻0.789uΩ。
⑦试品设置4个检测点，分别放置在两个镀锡端子板上，温升埋点如图2所示。
图2温升埋点图
3.2试验依据
按照GB1984-2014《高压交流断路器》标准执行（温升试验采用热电偶进行测量）。
根据GB/T11022-2011《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》中镀锡铝合金在空气中（空气温度不超过40℃时）的温升不超过65K。
3.3温升试验结果
镀锡层端子板在通流7小时后的温升实验结果如表2所示。
由表2所示，镀锡面端子板的四个温升数据点的平均温升28.37K，且各温升数据点均满足规程中最大温升不超过65K的要求[3]，因此断路器端子板镀锡方案能够满足温升试验要求。
表2温升试验数据表
3.4现场应用效果
调取该断路器投运后4个月的电流数据:最大电流值1270.51A，最小电流值1232.41A，平均电流值1253.43A，电流曲线如图3所示。
该断路器投运后对端子板进行4个月的红外测温跟踪，均无发热现象。图4为断路器接线排红外测温图谱一，环境温度7℃、湿度36%；图5为断路器接线排红外测温图谱二，环境温度17℃、湿度38%。
图3电流曲线图
图4断路器接线排红外测温图谱一
4结论
综上分析，经过镀锡层处理的断路器端子板温升试验结果能够满足规程规定，不违反规程中关于无镀层接头接触面的载流密度及接头搭接的长度不应小于导体的宽度的要求。在施工过程中镀锡工艺较易控制，施工操作灵活，且成本较低对施工人员身体健康无影响，故具有较大的推广应用价值。
图5断路器接线排红外测温图谱二
参考文献
[1]王鑫,吴德仁,李标等.DL/T5222-2005导体和电器选择设计技术规定[S].中华人民共和国国家发展和改革委员会,2005.02.
[2]刘纯,谢国胜,谢亿等.DL/T1424-2015电网金属技术监督标准[S].中华人民共和国国家发展和改革委员会,2015.01.
[3]李鹏,潘瑾,元复兴等.GB/T11022-2011《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》.中国国家标准化管理委员会,2011.12.
论文作者:高宇,丁晶,韩志阳,张良,张帅
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/3
标签：断路器论文; 镀锡论文; 镀层论文; 规程论文; 端子板论文; 测温论文; 电流论文; 《电力设备》2019年第2期论文;