变电站电容器组连接处发热的处理与改进
冀北电力检修分公司的研究人员檀英辉、金海望、李振动、刘阳、魏征，在2017年第6期《电气技术》杂志上撰文指出，高压电容器组在运行过程中存在着很大的电流，若电容器组内部各连接接头处的设计、施工安装、检修工艺、运行维护不到位，其内部各连接处易发生发热现象，长期存在时会破坏电容器组的正常运行。
本文针对电容器组内部软铜排与汇流母排连接处发热的原因，提出相应的处理措施，并从设计、安装、运行、检修四个角度对连接处进行改进，有效降低该连接处发热的发生概率，并杜绝长期发热现象的存在，保障电容器组的安全稳定运行。
在电容器组运行过程中，电容器组内部存在着很大的电流，例如，一台型号为BAM12-334-1W电容器的额定输出为：334kVar，额定电流为27.8A，假设有10台电容器并联额定运行，则流过电容器组软铜排与汇流母排的连接处的电流将达到278A，再加上三相不平衡运行以及涡流影响，若该处接触面接触电阻较大，极易发生发热现象[1]。
根据某检修公司的数据统计，电容器组发热缺陷占据到了站内设备发热缺陷的28%，主要发热位置为单只电容器瓷柱引出与软铜排的连接处（如图1），软铜排与汇流母排连接处（如图2），后者占到了86%，究其主要原因为这一连接处的设计、施工安装、检修工艺、运行维护不到位，导致其在运行中出现了异常发热故障，影响了电容器组装置的正常投切与使用。因此，有必要针对该连接处进行研究，做出重点处理与改造。
图1 电容器瓷柱与软铜排连接处发热114.3度
图2 电容器软铜线与铝排连接螺栓处发热129度
1 连接处发热的危害
1）电容器组连接处长期过热后，会造成引出线与套管接线头的锡焊层熔化，破坏电容器的密封，从而引起渗油，导致电容器故障；
2）连接处在长期高温下将加剧氧化腐蚀，将进一步恶化，严重时可能出现接触点温度过高引发冒烟，烧毁等事故[2]；
3）与连接处相连的软连接线长期发热，如图3，与铝排连接的软铜线发热104℃，长期下若引流线被烧断，电容器组内部将形成不平衡电流，危害设备安全运行，严重时会出现电容器组三相不平衡而跳闸[3]。
图3 铝排连接软铜线发热104℃
4）为了电容器组母排（铝质）的对外绝缘，其外层都包有一层护套，接触点发热会导致护套融化，母排（铝质）直接暴露在空气中，缩小其安全距离，为设备、人身安全构成隐患。因此，电容器组内部连接处发热这一问题应得到及时有效的处理。
2 引线接头发热的原因
目前，在各个变电站内的电容器组软铜排与汇流母排连接处的结构主要如图4，在现场对该类型接头用直流电阻测试仪进行了测量，电阻为22±3μΩ，若该连接处一直保持这一阻值，并不会引起发热现象，但在现场中往往会由于其他因素的存在，使得该处电阻不断增大，引起发热现象。
图4 电容器组软连接线与汇流母排连接接头
电容器组连接接头发热的主要原因包括了以下几个方面：
2.1 铜牌线和铝母排接触面的电化腐蚀
如图2，在软铜排与汇流母排连接处铜铝两种金属直接接触，长期下将形成电池效应，产生电化腐蚀，在外界湿润空气的作用下，空气中的水分、氧气同时作用于连接处，在铜和铝的表面产生氧化反应，形成氧化薄膜，氧化膜的导电性差。同时，由于铜和铝的金属弹性模量与热膨胀系数相差较大，长时间直接搭接运行会产生接触间隙，增大该处接触电阻，故而在运行中该处极易引起发热。
2.2 电容器组软连接线与母排的连接
在实际运行电容器组中，电容器的软连接线（铜质）要弯成“S”才能与母排（铝质）连接，容易产生横向应力使线耳与母排接触不良，现场中有些软连接线终端头选择了单线耳，在与汇流母排连接时，单个螺栓的压接面积不够，无法保证线耳和母排之间的压接力，保证良好接触，增大了接触电阻，使得在运行过程中发热。
2.3 电力复合脂涂抹工艺
连接端子防护采用滴点温度高达150℃、抗电化腐蚀性能高的电力复合脂，但现场安装过程中往往出现连接部位涂抹工艺不到位，如导电膏在接触面涂抹太厚，大大影响效果。导电膏并非良导体，其在接触面上的导电性是借“隧道效应”实现的，所以导电膏涂得太厚将导致接触电阻增大[4]。
2.4 螺栓连接紧固力
连接螺栓紧固度不够。现场发现连接点有较多的连接螺栓紧固度不足，造成接触不良，使得运行发热。导电膏在自然状态下绝缘电阻很高, 基本不导电，只有外施一定的压力，使微细的导电颗粒挤压一起时，才呈现导电性，若螺栓未紧固，将有很大的直流电阻。
2.5 软铜丝与铜片压接
软铜丝与铜片压接后再与铝排进行连接，由于压接边缘有一定的缝隙，容易导致尘埃，水分进入，发生氧化，导致接触面积增大。
2.6 其它原因及处理
1）铁质螺栓。现场连接点大都是采用铁质连接螺栓，20oC铝的电阻率为9.78×10-8Ω*m，而铜的电阻率为1.75×10-8Ω*m，铁质螺栓的电阻要大于铜质螺栓。
2）系统高电压、系统中谐波等动态因数。系统高电压、系统中谐波等动态因数也会造成电容的工作电压提高，工作电流增大，进而导致连接处出现发热现象。
3）三相电容值不平衡。三相电容值不平衡时，星形接法的并联电容器组中性线中会有一定的电流流过，通过导线和连接点会形成相应的涡流，涡流使导体和连接点温度上升。
4）室外恶劣的运行条件。室外脏污、雨水渗入个电容器与汇流排连接处接头，加速了该接触面的氧化，到一定程度后，接触电阻变大，导致发热。
3 引线接头发热的处理措施
3.1铜牌线和铝母排接触面的电化腐蚀发热的处理措施
首先，应对附着在连接点上的氧化物进行处理，采用锉刀或者磨砂布，清理氧化物，同时选择以下两种方法：
1）涂抹复合脂（导电膏），在铜、铝接触处涂上导电膏，能有效地防止铜铝接触处的氧化作用，并防止空气、水分渗入，缓和电池电化作用。这是一种较为经济、简便的方法；
2）在软铜排与汇流母排中间加上铜铝过渡板，如图5，该过渡板避免了铜和铝的直接接触，有效阻断电化腐蚀的形成途径，同时较好的解决了金属弹性模量与铜铝热膨胀系数不同导致生成间隙的问题，成本也较低。
增加铜铝过渡板后，对该类型接头用直流电阻测试仪进行了测量，电阻为26±3μΩ，原因为增加了铜铝过渡板与其两个接触面的电阻。
图5 增加铜铝过渡板的连接接头
3.2 电容器组软连接线与母排的连接发热的处理措施
在设计安装时就加以注意，制作软连接线终端头时配带有两个螺孔，增大螺栓的直径，这样紧固螺旋后，既能减少连接处的横向应力，也保证了线耳与母排的压接力[5]，如图6，采用双螺孔后，对该类型接头用直流电阻测试仪进行了测量，电阻为18±3μΩ，减少了接触电阻。
图6 双螺孔连接接头
3.3 电力复合脂涂抹工艺发热的处理措施
安装时，先用细锉、砂纸将表面处理平整，用去油剂除去接触上的油污，然后用细钢丝刷除去接触氧化膜，再用干净的布蘸酒精将表面擦拭干净，干燥后，预涂0.05~0.1mm厚的导电膏，抹平至刚能覆盖接触面，并用铜丝刷轻轻擦拭除去膜层，擦拭表面、重新涂敷0.2mm厚的导电膏，最后将接触面叠合，紧固螺栓[6-7]。
3.4 螺栓连接紧固力的处理措施
在锁紧连接螺栓时认真对待每一个螺栓的紧固，使用力矩扳手，按紧固力矩值进行紧固[8]，保证每一个接触面接触良好。在处理发热缺陷时，可用直流电阻测试仪测量阻值，满足阻值要求（R≤30μΩ）才允许投运。
3.5 软铜丝与铜片压接发热的处理措施
对压接边缘进行挂锡，堵塞缝隙，有效防止外部水分、脏污进入导致氧化。
3.6 其它原因的处理措施
1）同种形状的螺栓，根据物体电阻计算公式，R=pL/S，p为电阻率，可以计算得，改用铜质可使螺栓电阻下降到约17.9%。但在现场实际中，由于铜质螺栓的抗拉强度和保证应力不如铁质与不锈钢螺栓，易断裂，再加上价格昂贵，更换为铜质螺栓只可做为一种参考的方案[9]，无法在现场中真正实施。
2）提高系统电压质量，减少电容器组工作电流。
3）照三相平衡的原则，对整个电容器组内部的各分支电容器进行配平处理，使各分支整组电容量保持平衡，尽可能缩小各分支间的差别。
4）设计时可考虑室内电容器组，针对室外电容器组，对每个电容器与汇流排连接处接头加装软橡胶罩，避免脏污、雨水直接渗入[10]。
4 引线接头的改进
通过对电容器组连接处在运行中发热现象的原因进行总结，概括起来有四个方面，设计、施工安装、运行维护、检修工艺有欠缺，因此可从设计、安装、运行、检修四个角度进行改进[11]，降低电容器组连接处发热的发生概率，同时杜绝长期发热现象存在。
4.1电容器引线接头的设计改造
从两个方面考虑对电容器组接头处进行改造。
1）增加铜铝过渡板；
在电容器的铜质压接板与铝母排连接处增加铜铝过渡板，该过渡板避免了铜和铝的直接接触，可有效阻断电化腐蚀的形成途径，同时较好的解决了铜铝热膨胀系数不同导致的接触松动问题。
2）增加导流截面；
在铝母排的右侧(增加导流截面)及压接铜板的左侧（考虑安装）增加一路铜质压接引线，并在铝母排与压接铜板之间加上铜铝过渡板，如下图7所示，可增加连接处的导流面积，进一步降低接触电阻，避免发热现象。
图7 改造的软连接线与汇流母排连接接头
这一引线接头改造后，用直流电阻测试仪进行了测量，电阻进一步下降到13±2μΩ。将该类型引线接头在某变电站的632、633、642、643电容器组进行了实施，这四组电容器在近3年内未发生过电容器组内该处接头发热现象，实践论证了这一设计改造的有效性。
4.2 施工安装
1）对铜铝过渡处加装加装铜铝过渡板；
2）在接头各接触面上先均匀地预涂0.05~0.1mm厚的导电膏，将导电膏抹平，刚能覆盖接触面为宜，并用铜丝刷轻轻擦拭，然后除去膜层，擦拭表面、重新涂敷0.2mm厚的导电膏；
3）使用力矩扳手，按紧固力矩值进行紧固，保证每一个接触面接触良好。
4.3 运行维护
在电容器运行过程中，定期开展红外测温，横纵向对比接头的温度，按照输变电设备缺陷管理标准申报缺陷，要求在处理时限必须解决，如表1，若电容器接头严重过热或温度超限值，应及时停电，对发热接头进行处理，避免连接处长期发热导致恶化，影响设备安全稳定运行。
表1 输变电设备缺陷管理标准
4.4检修工艺
1）对温度较高的电容器组接头进行停电检修处理。打磨接头各连接部位接触面，清除毛刺和脏物，使连接部位露出金属光泽，让接触面尽可能的大；
2）按照施工安装第1条、第2条对电容器组接头进行连接；
3）用直流电阻测试仪进行测量，要求R≤30μΩ，并与相同类型连接接头进行横向比较，不得相差太大；
4）电容器组投运0.5h后应及时进行红外测温[12]，发现发热现象及时加强监视或处理。
5 结论
本文概括电容器组内部软铜排与汇流母排连接处发热的原因，并针对每项原因提出相应的处理措施。通过对这一连接处不断改进，最终提出了一种新的设计方案，使得该连接处直流电阻得到有效下降。同时，通过从安装、运行、检修角度对电容器组采取一系列管理措施与技术措施，一方面降低发热发生概率，另一方面杜绝长期发热现象的存在，确保设备的安全稳定运行。