陶有奎, 操松元, 夏令志, 繆春輝, 孟 令

(1.國網(wǎng)安徽省電力有限公司超高壓分公司, 安徽 合肥 230022;2.國網(wǎng)安徽省電力有限公司, 安徽 合肥 230022;3.國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院,安徽 合肥 230022;4.安徽送變電工程有限公司, 安徽 合肥 230031)

0 引言

某1 000千伏特高壓輸電線路2013年9月投運，全線鋼管塔結(jié)構(gòu)，同塔雙回架設(shè)，導(dǎo)線型號為LGJ- 630/45，八分裂布置，右側(cè)地線型號為JLB20A- 240鋁包鋼絞線，左側(cè)光纜采用OPGW- 240。于2022年6月發(fā)生一起換位塔分支繞跳地線脫落故障，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行造成重大威脅。通過對換位塔分支繞跳地線脫落現(xiàn)場調(diào)研、試驗檢測、地線材料成分分析和綜合理論深入研究分析，制定了切實可行的整改技術(shù)措施，對避免1 000千伏特高壓輸電線路再次發(fā)生類似故障，對確保大電網(wǎng)安全運行具有重大意義[1]。

1 現(xiàn)場情況描述

1.1 故障概況

某1 000千伏特高壓同塔雙回路I線(以下簡稱1 000千伏特高壓I線)A相，于6月某日下午17時49分，發(fā)生故障跳閘，重合成功。經(jīng)分布式故障診斷裝置判定為非雷擊，發(fā)生故障位置位于98#—99#塔位之間，故障區(qū)段路徑圖見圖1。

圖1 故障區(qū)段路徑圖

1.2 放電痕跡及地線脫落情況

通過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)1 000千伏特高壓I線98#塔A相(右上相)大號側(cè)導(dǎo)線線夾出口2米處、脫落繞跳地線脫落端、FHJ1- 2繞跳地線連接塔身處存在明顯放電痕跡見圖2，98#塔繞跳地線脫落點位于FHJ1-3大號側(cè)地線預(yù)絞絲接續(xù)線夾連接點見圖3，98#塔繞跳地線FHJ1- 2至FHJ1-3繞跳地線在FHJ1-3塔地線掛點脫落見圖4，98#換位塔見圖5。

圖2 1 000千伏特高壓I線98#塔故障相導(dǎo)線及塔身放電痕跡圖

圖3 1 000千伏特高壓I線98#繞跳地線預(yù)絞絲金具脫落位置圖

圖4 1 000千伏特高壓I線98#繞跳地線脫落后的狀態(tài)圖

圖5 故障桿塔情況圖

通過對1 000千伏特高壓I線98#塔現(xiàn)場調(diào)查及放電痕跡檢查等情況綜合分析，判定故障跳閘原因為FHJ1- 2至FHJ1-3繞跳地線脫落后，受水平張力與自身重力作用下繞跳地線迅速擺向FHJ1- 2塔身處，在繞跳地線運動過程中，其端部與下方A相(右上相)大號側(cè)導(dǎo)線間凈距不足，引起繞跳地線與A相導(dǎo)線放電跳閘。

2 試驗檢測

1 000千伏特高壓I線98#塔繞跳地線為鋁包鋼絞線，型號為LBGJ- 240- 20AC，發(fā)生斷裂部位為型號TJL- 240AC預(yù)絞絲。分別截取該處繞跳地線預(yù)絞絲及鋁包鋼絞線進行材料試驗。

2.1 斷口檢查及尺寸檢測

通過對預(yù)絞絲斷裂面進行觀察，發(fā)現(xiàn)所有預(yù)絞絲均為45°斜斷口見圖6，斷口附近幾乎未發(fā)生塑性變形，推測預(yù)絞絲軸向拉應(yīng)力過載，導(dǎo)致預(yù)絞絲沿最大切應(yīng)力方向斷裂。部分斷絲有燒熔現(xiàn)象見圖7，推測為地線斷裂后被電弧灼燒所致[2]。

圖6 斷裂預(yù)絞絲照片

圖7 預(yù)絞絲斷口形貌圖

2.2 斷口微觀形貌觀察

在實驗室采用Carl-Zeiss掃描電子顯微鏡對有代表性的預(yù)絞絲斷口的裂紋起始位置進行觀察，發(fā)現(xiàn)斷口表面具有極少量韌窩和撕裂棱，斷口表面以層片狀的解理刻面為主，可以清楚地看到河流狀花紋見圖8，判斷本次斷裂性質(zhì)為準(zhǔn)解理斷裂，預(yù)絞絲斷口微觀形貌見圖9。

圖8 電子顯微鏡下斷口形貌圖(100×)

圖9 預(yù)絞絲斷口微觀形貌圖(500×)

2.3 化學(xué)成分分析

截取斷裂后未受損的預(yù)絞絲單絲，對外層進行打磨處理，采用便攜式激光光譜儀對預(yù)絞絲進行材質(zhì)分析，表明該預(yù)絞絲為鋁合金材質(zhì)，考慮檢測誤差的情況下，樣品成分符合NB/T 10305—2019《架空線路預(yù)絞式金具用鋁合金線》中代號LHYJ1成分范圍，見表1。

表1 化學(xué)成分分析結(jié)果表

2.4 單絲力學(xué)性能檢測

截取斷裂后未受損的預(yù)絞絲單絲，檢驗其力學(xué)性能。試驗結(jié)果表明預(yù)絞單絲強度滿足標(biāo)準(zhǔn)對于鋁合金強度的要求見表2，但是塑性遠低于NB/T 10305—2019標(biāo)準(zhǔn)要求值(線路工程投產(chǎn)于2013年)。此外，實驗室拉伸后的斷口同樣表現(xiàn)為脆性45°斜斷口見圖10，與此次發(fā)生斷裂樣式一致，再次證明此次斷裂的預(yù)絞絲為過載斷裂，同時材料塑性較差。

表2 單絲力學(xué)性能表

圖10 預(yù)絞絲單絲實驗室拉伸斷后宏觀形貌圖

2.5 鋁包鋼絞線檢測結(jié)果

分別對繞跳地線用鋁包鋼絞線開展絞線外徑、直徑及直徑偏差、抗拉強度、拉伸率等檢測，對照標(biāo)準(zhǔn)分析檢測結(jié)果均為合格。

經(jīng)檢測，繞跳地線預(yù)絞絲發(fā)生了脆性斷裂，斷裂原因為過載導(dǎo)致。

3 原因分析

3.1 繞跳地線施工質(zhì)量分析

通過計算，依據(jù)設(shè)計資料脫落繞跳地線長度48.8 m，弧垂5 m，地線型號LBGJ- 240- 20AC的鋁包鋼絞線，兩端掛點高度基本一致，計算地線懸掛點張力1.009 kN。但比較地線斷裂工況，推測斷裂地線弧垂遠小于設(shè)計弧垂(僅1 m左右)，大幅度降低的弧垂導(dǎo)致預(yù)絞絲承受張力顯著增加(達5 kN)。繞跳地線弧垂小導(dǎo)致預(yù)絞絲承受張力增大。

3.2 繞跳地線設(shè)計分析

98#塔桿塔繞跳地線采用TJL- 240AC型預(yù)絞絲與主地線連接，預(yù)絞絲除承受軸向拉力外，還承受橫向彎曲，在長期運行情況下，易造成疲勞斷裂。參照其他繞跳地線，合理的方式應(yīng)為繞跳地線為整根地線，且與主地線連接采用十字形預(yù)絞絲，見圖11。

圖11 十字形預(yù)絞絲連接示意圖

3.3 繞跳地線脫落原因

根據(jù)試驗及綜合理論分析，判斷由于預(yù)絞絲力學(xué)性能不滿足NB/T 10305—2019《架空線路預(yù)絞式金具用鋁合金線》要求。預(yù)絞絲彎曲約直角，受力狀態(tài)不好，單絲之間受力不均勻；繞跳地線弧垂過小，張力偏大，尤其在冬季低溫工況下，張力更大，過大的靜態(tài)張力，再疊加上主地線在橫線路方向風(fēng)力作用下，發(fā)生偏擺，給繞跳地線增加一個較大交替張力，發(fā)生了預(yù)絞絲疲勞，并最終導(dǎo)致拉斷預(yù)絞絲發(fā)生過載斷裂[3,4]。

4 對1 000千伏特高壓輸電線路分支塔類似繞跳地線改進措施

(1)采用整根式繞跳地線，降低繞跳地線張力，滿足設(shè)計要求，將主地線和繞跳地線連接方式改為兩個預(yù)絞式懸垂線夾相連，再用一組預(yù)絞絲進行電氣連接。

(2)采用整根式繞跳地線，并用十字型預(yù)絞絲接續(xù)線夾進行連接。

(3)在中間塔滿足強度的前提下，中間塔順線路方向增加一根較長橫擔(dān)，繞跳地線掛在該橫擔(dān)和兩側(cè)塔橫擔(dān)上，不與主地線連接，在中間塔上實現(xiàn)接地。

5 對1 000千伏特高壓運行輸電線路分支塔類似繞跳地線處置建議

5.1 隱患排查

依據(jù)上述分析結(jié)論，運行維護單位可組織對1 000千伏同塔架設(shè)特高壓類似線路及所有分支塔類似繞跳地線開展專項排查，一是排查安裝型式不滿足十字型預(yù)絞絲鏈接要求的，二是預(yù)絞絲運行過程中出現(xiàn)散股等缺陷的。發(fā)現(xiàn)線路繞跳地線類似隱患2處，見圖12、圖13。

圖12 1 000千伏特高壓某線98#左相大號側(cè)繞跳地線預(yù)絞絲散股圖

圖13 1 000千伏特高壓某線472#左相小號側(cè)繞跳地線預(yù)絞絲散股圖

5.2 臨時處置措施

5.2.1 脫落地線拆除

在電網(wǎng)大負荷運行工況下，線路無法采取停電處理時，建議運行單位可采用帶電作業(yè)方式臨時拆除脫落地線，待線路停電檢修時采取永久處理措施。

5.2.2 隱患點臨時加固

帶電對1 000千伏特高壓某線98#左相小號側(cè)繞跳地線采取臨時補強措施前后對比，見圖14和圖15。采用繞跳地線(預(yù)絞絲區(qū)段)-U型索夾-鋼絞加固線-U型索夾-主地線(或光纜)預(yù)絞絲區(qū)段-鋼絞加固線-U型索夾-繞跳地線(預(yù)絞絲區(qū)段)，分別將4處L型連接地線加固，確保不發(fā)生地線脫落。

圖14 1000千伏特高壓某線98#左相小號側(cè)繞跳地線臨時補強前圖

圖15 1000千伏特高壓某線98#左相小號側(cè)繞跳地線臨時補強后圖

6 總結(jié)

本文對某1 000千伏特高壓同塔雙回路輸電線路繞跳地線脫落造成線路故障跳閘進行分析，通過現(xiàn)場情況調(diào)研、試驗檢測等綜合研究，發(fā)現(xiàn)了造成線路繞跳地線脫落的原因，為在運特高壓線路及后續(xù)工程分支塔類似繞跳地線的實施提出了切實可行的改進措施，從而確保大電網(wǎng)安全可靠運行。